[네트워크 스터디] 7 응용 계층 : 애플리케이션에 데이터 전송하기(웹 서버, DNS, 이름 해석 구조, 메일 송수신, SMTP, POP3, HTTP)

아래에서 이야기하는 응용 계층은 5계층의 세션 계층과 6개층의 표현 계층을 포함한다. 응용 계층은 애플리케이션과 데이터를 주고 받기 위해 필요한 계층으로 OSI 계층의 최상위 층이다.

 

응용 계층에서는 클라이언트의 요청을 전달하기 위해 통신 대상(서버 등)이 이해할 수 있는 메세지(데이터)로 변환하고, 전송 계층으로 전달하는 역할을 한다. 당연히, 응용 계층을 위한 응용 계층만의 프로토콜이 존재한다. 응용 계층 프로토콜을 이용하는 통신 흐름에서 클라이언트와 서버의 기본적인 정의를 우선 짚고 넘어가자.

 

• 클라이언트 : 서비스를 요청하는 측 (웹 브라우저, 메일 프로그램 등)
• 서버 : 서비스를 제공하는 측 (웹 서버, 메일 서버 프로그램 등). 또한 이러한 애플리케이션은 응용 계층에서 동작한다.

OSI 모델의 계층에서 사용되는 프로토콜과 기술

응용 계층	HTTP	DNS	FTP	SMTP	POP3	기타 프로토콜
전송 계층	TCP			UDP
네트워크 계층	IP 등
데이터 링크 계층	이더넷
물리 계층	전기 신호 변환

 

• HTTP(HyperText Transfer Protocol) : 웹 사이트 접속
• DNS(Domain Name System) : 네트워크에서 컴퓨터나 네트워크 장비에 붙여진 이름을 기반으로 IP 주소를 알아내는 것(이름 해석)을 위해서 DNS를 사용한다.
• FTP(File Transfer Protocol) : 파일 전송
• SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) : 메일 송신 (뿐만 아니라 메일 서버 사이에서 메일을 전달할 때도 쓰이는 프로토콜)
• POP3(Post Office Protocol version) : 메일 수신. 다양한 기기에서 메일을 확인하기 위해 접속할 때 쓰이는 프로토콜. 메일 송수신과 관련된 프로토콜은 다른 블로그 포스트에서 자세하게 다뤄볼 예정.

 

웹 서버의 구조(웹 사이트 접속)

응용 계층에는 웹 페이지를 접속하기 위한 프로토콜이 있다.

www

www은, world wide web의 줄임말로, 수많은 사이트, 데이터, 정보를 가진 거대한 통신망인 인터넷을 생각해보면 통신 회선은 서로 긴밀하게 연결되어 언제 어디서든 필요한 곳에 접근하고, 정보를 공유하고, 주고 받을 수 있는 멀티미디어 인터넷 서버이다. 여기에는 HTML, URL, HTTP라는 주요한 세 가지 기술이 사용된다. 

 

• HTML(HyperText Markup Language) : 인터넷 서비스의 하나인 WWW를 통해 볼 수 있는 문서를 만들 때 사용하는 프로그래밍 언어이다. 하이퍼텍스트를  작성하기 위해 개발되었다. 하이퍼텍스트로는 문자와 이미지를 표시하거나, 하이퍼링크를 사용할 수 있다. 일반적으로 하이퍼링크는 링크라고 불린다. 아이콘, 버튼 등의 링크를 클릭하면 다른 사이트로 이동이 가능하다. 이때 이동한 사이트에서는 html 파일이나 이미지 파일이 웹 서버에서 전송된다. 이때 중요한 것은 문서와 이미지가 각각 별도로 요청된다는 점이다.
• URL(Uniform Resource Locator) : 인터넷에서 파일 위치를 지정하기 위해 기술된 주소. 웹 사이트 주소를 지정하기 위해 사용한다.
• HTTP(HyperText Transfer Protocol) : 웹 서비스에서 클라이언트-웹 서버 간의 정보를 주고 받기 위해 사용되는 네트워크 프로토콜이다. 이때 클라이언트가 웹 사이트를 보기 위해 서버(웹 서버 프로그램)의 80번 포트를 사용할 때 HTTP 통신을 시도한다. 즉, 클라이언트에서 HTTP 요청(request)을 보내고, 서버에서 HTTP 응답(response)을 반환한다.
  • 클라이언트가 데이터를 요청할 때는 "GET"이라는 요청 정보, 파일 이름, 버전 등의 정보를 서버에게 전송한다.
  • 서버가 클라이언트에게 응답을 보낼 때는 요청이 제대로 처리되었다는 "OK"라는 정보를 반환하고, 요청한 리소스를 클라이언트에게 보낸다.

HTTP/2, HTTP/1.1, HTTP/1.0

• HTTP/1.0 : 요청을 보낼 때마다 연결을 끊는 작업이 반복되어 웹 페이지가 느리게 로드되곤 했다.

(연결 수립 -> 요청 -> 응답 -> 연결 끊기 -> 다시 연결 수립 -> 요청 -> 응답 -> 연결 끊기 -> 반복)

• HTTP/1.1 : 새로운 1.1 버전에서는 Keep Alive라는 기능이 추가되었다. 연결이 한 번 수립되면 데이터 교환이 끝날 때까지 연결을 유지하고, 데이터 교환이 모두 마무리되면 그때 연결을 끊는다. 또한, 요청도 순서대로 처리해서 1의 요청에 대해 1의 응답을 반환 -> 2의 요청에 대해 2의 응답을 반환하는 순서다. 순서대로 요청을 처리하기 때문에, 한 요청에 대한 응답이 늦어지면, 다른 요청에 따른 응답 역시 늦어지게 마련이다. 콘텐츠 표시가 늦어진다는 단점을 갖는다.

(연결 수립 -> 1의 요청 -> 1의 응답 -> 2의 요청 -> 2의 응답 -> 연결 끊기 -> 순차적으로 반복)

• HTTP/2 : 1.1 버전의 단점을 보완해서 콘텐츠를 빠르게 보여줄 수 있는 새로운 프로토콜. HTTP/1.1의 주요 특징이었던 "요청을 보낸 순서대로 응답을 반환"하지 않아도 된다.

DNS 서버의 구조 (이름 해석)

DNS는 응용 계층에서 이름 해석이라는 기법을 통해 도메인 이름을 IP 주소로 변환하는 역할을 해준다. DNS의 구조를 알아보자.

 

도메인 이름이란

기본적으로 컴퓨터(서버)는 IP 주소를 갖고, 인터넷을 통해 웹 서버에 접속해 웹 사이트를 볼 수 있다. 이때 우리는 복잡하고 긴 IP 주소를 이용해 어떤 웹 사이트 주소에 접근하는 것이 아니라, 기억하기 쉬운 이름을 통해 접근한다. 이때 URL을 IP 주소로 변환하는 서비스(시스템)인 DNS가 이름 해석을 통해 구현한 기능이다.

즉, IP 주소로도 http://google.com 같은 주소를 사용해 접근하도록 하는 것이 이름 해석이다.

 

• 도메인 이름 : 컴퓨터나 네트워크를 식별하기 위해 붙여진 이름
• 호스트 이름(서버 이름) : 도메인 이름 앞, www를 예로 들 수 있다.

컴퓨터와 DNS 서버 간의 IP 주소 교환 : 웹 브라우저 URL(예를 들어 www.google.com)을 직접 입력해 접속 -> www.google.com의  IP 주소를 알려달라고 DNS 서버에 요청 -> DNS 서버는 해당 URL의 IP 주소를 반환 -> 이렇게 서버로부터 받은 IP를 이용해 컴퓨터(클라이언트)는 IP 주소로 서버에 접속한다. 만일, 해당 DNS 서버가 요청한 도메인의 IP 주소를 모른다면, 이 서버는 다른 DNS 서버에게 IP 주소를 요청하게 된다.

 

이것이 가능한 이유는, DNS 서버가 모두 계층적으로 연결된 채 전 세계에 흩어져 있기에 서로 연계하며, 동작하기 때문이다.

 

메일 서버의 구조 (SMTP와 POP3)

메일을 송수신할 때도 클라이언트 측의 메일 프로그램과 서버 측의 메일 서버 프로그램끼리 통신을 해야 한다. 이때 사용되는 프로토콜이 SMTP와 POP3이다.

• SMTP : 메일을 보낼 때 사용하는 프로토콜. 포트 번호 25번을 사용한다. 뿐만 아니라 메일 서버끼리의 메일 전송에도 이용되는 프로토콜이다.
• POP3 : 메일을 받는 때 사용하는 프로토콜. 포트 번호 110번을 사용한다.

실제로 메일 송수신이 이뤄질 때 사용자는 메일 서비스를 제공하는 포털 사이트나 회사의 메일 서버를 사용한다. 사용자가 이렇게 메일 주소를 받으면, 메일 서버를 이용할 수 있게 된다. 즉, 사용자는 메일을 보낼 때 메일 서비스를 제공하는 회사의 메일 서버에 메일을 보내는 것이다. 이 서버를 메일 서버 1이라고 하자. 사용자의 컴퓨터에서 메일 서버 1로 메일을 보낼 때는 SMTP 프로토콜이 사용된다.

• 사용자의 컴퓨터에서 메일 서버 1로 세션 시작을 통지한다 -> 송신자의 메일 주소를 통지하고 -> 목적지 메일 주소를 통지한다 -> 메일 본문 전송을 통지 후 -> 메일 본문을 송신한다 -> 세션 종료를 통지한다.

이제 사용자의 컴퓨터에서 메일 서버 1로 메일이 전송이 되었다면, 마찬가지로 같은 프로토콜인 SMTP 프로토콜을 사용해 메일 서버 1에서 메일 서버 2로 메일을 전송한다.

 

메일 서버에는 메일 박스(메일 서버 프로그램마다 다른 이름을 가지고 있을 수 있다)라는 메일 보관 기능이 있다. 메일 서버 2는 메일을 받을 사용자의 컴퓨터로 메일을 가져와 전달해주기 위해 이 메일 박스에서 POP3라는 프로토콜을 사용한다.

 

이제 메일 서버 2로부터 사용자의 컴퓨터에 메일이 도착했고, 메일 서버 2와 컴퓨터 2 사이의 메일 교환 과정을 살펴보면 아래와 같다. 

세션 시작을 통지한다 -> 수신자의 사용자 이름을 통지한다. 메일 서버 2는 "OK"라는 확인 응답을 반환한다. -> 수신자의 비밀번호를 통지한다. 마찬가지로 '비밀번호 확인'이라는 확인 응답을 반환한다. -> 컴퓨터 2에서 자신의 메일이 존재하는지 확인하고, 메일 서버 2는 메일이 "있음"이라고 확인 응답을 반환해준다. -> 메일의 전송을 요청한다. (즉, 컴퓨터 2에서 메일 박스에 보관된 이메일을 전송받는다) -> 세션 종료를 통지한다.

 

ping 명령

목적지 컴퓨터와 통신하려면 ping 명령이 이용된다. ping 명령은 ICMP(Internet Control Message Protocol)이라는 프로토콜을 사용해서 목적지 컴퓨터에 ICMP 패킷을 전송하고, 패킷에 대한 응답이 제대로 오는지를 확인하는 명령이다.

ping 명령이 제대로 실행된다면 네트워크 연결은 정상이므로, 다른 문제를 검토할 때 자주 사용이 된다.

 

🔍 ICMP(Internet Control Message Protocol) : 인터넷 제어 메세지 프로토콜. 인터넷 프로토콜 스위트에 기록된 주요 프로토콜 가운데 하나로, 네트워크 컴퓨터 위에서 돌아가는 운영 체제에서 오류 메세지를 전송받는데 주로 쓰이고, 인터넷 프로토콜의 주요 구성원 중 하나로 인터넷 프로토콜에 의존해 작업을 수행한다. 프로토콜 번호 1로 할당되고, 시스테 사이에 데이터를 교환하지 않거나 최종 사용자에 적용되지 않는다는 점에서 TCP와 UDP와는 다르다. (ping이나 traceroute 같은 몇 몇 진단 프로그램 제외)

윈도우라면 CMD 창을 열어

• ping 목적지 IP 주소 또는
• ping 목적지 호스트 이름

이렇게 실행해보고 확인할 수 있다.