[S3U6] 네트워크 심화

👽·2024년 5월 7일
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CH1. TCP/IP

📌 네트워크의 시작

기존에 회선교환 방식으로 네트워크를 구축하다가 당시 미 국방성에서 냉전시대에 핵전쟁을 대비하기 위해 통신망 구축을 위한 아르파넷(ARPANET) 프로젝트에서 패킷교환 방식으로 네트워크를 구축하게 됨. 이는 오늘날 우리가 사용하는 인터넷 프로토콜 (IP) 기반이 됨.

회선교환 방식

🔸 발신자와 수신자 사이에 데이터를 전송할 전용선을 미리 할당하고 둘을 연결함.
🔸 내가 연결하고 싶은 상대가 다른 상대와 연결 중이라면, 그 연결이 끊어지고 나서야 상대방과 연결할 수 있음.
🔸 또한, 특정 회선이 끊어지는 경우 처음부터 다시 연결을 성립해야 함.

패킷교환 방식

🔸 패킷이라는 단위로 데이터를 잘게 나누어 전송하는 방식으로, 각 패킷에는 출발지와 목적지 정보가 있고 이에 따라 패킷이 목적지를 향해 가장 효율적인 방식으로 이동함.
🔸 이를 통해, 특정 회선이 전용선으로 할당되지 않기 때문에 빠르고 효율적으로 데이터 전송 가능.
🔸 IP 주소라는 특정한 숫자값으로 출발지와 목적지의 정보를 표기하고 패킷단위로 데이터를 전송.

📌 IP/IP packet

🔸 복잡한 인터넷 망 속 수많은 노드(하나의 서버 컴퓨터)들을 지나 클라이언트와 서버가 통신을 하기 위해서 IP 주소를 컴퓨터에 부여해 패킷이라는 통신 단위로 데이터를 전달함.

IP packet

🔸 IP 패킷은 pack과 bucket이 합쳐진 단어로 데이터 통신을 위한 소포라고 볼 수 있음.
🔸 전송 데이터를 전송하기 위해 출발지 IP, 목적지 IP와 같은 정보를 포함.

🔸 패킷 단위로 전송을 하면 노드들은 목적지 IP에 도달하기 위해 서로 데이터를 전달하고, 이를 통해 복잡한 인터넷 망 사이에서도 정확한 목적지로 패킷을 전송할 수 있음.

🔸 또한 서버에서 데이터를 받으면 이에 대한 응답을 IP 패킷을 통해 클라이언트에 전달함.

IP 한계

🔸 비연결성

  • 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도 클라이언트는 서버의 상태를 파악할 수 없기 때문에 패킷을 그대로 전송함.

🔸 비신뢰성

  • 중간에 있는 서버가 데이터를 전달하던 중 장애가 생겨 패킷이 중간에 소실되더라도 클라이언트는 이를 파악할 수 없음. 즉, 패킷이 중간에 소실될 수 있음.
  • 전달 데이터의 용량이 클 경우 이를 패킷 단위로 나눠 데이터를 전달하게 되는데 이때 패킷들은 중간에 서로 다른 노드를 통해 전달 될 수 있기 때문에 클라이언트가 의도하지 않은 순서로 서버에 패킷이 도착할 수 있음. 즉, 패킷이 순서대로 도착하지 않을 수 있음.

📌 TCP/UDP

🔸 네트워크 프로토콜 계층은 OSI 7계층과 TCP/IP 4 계층으로 나눌 수 있음.

💡 TCP/IP 4 계층은 OSI 7 계층보다 먼저 개발되었으며, TCP/IP 프로토콜의 계층은 OSI 모델의 계층과 정확하게 일치하지는 않음. 실제 네트워크 표준은 업계표준을 따르는 TCP/IP 4 계층에 가까움.

🔸 IP 프로토콜 보다 더 높은 계층에 TCP 프로토콜이 존재하기 때문에 IP 프로토콜의 한계를 보완할 수 있음.

📍 채팅 프로그램에서 메세지를 보낼 때 일어나는 일 1. 프로그램이 HTTP 메세지를 생성.
2. Socket을 통해 전달. (소켓 : 프로그램이 네트워크에서 데이터를 송수신할 수 있도록 네트워크 환경에 연결할 수 있게 만들어진 연결부)
3. TCP 정보 생성, 메세지 데이터 포함.
4. IP 패킷 생성, TCP 데이터 포함.
5. 생성된 TCP/IP 패킷은 LAN 카드와 같은 물리적 계층을 지나기 위해 이더넷 프레임 워크에 포함되어 서버로 전송됨.

TCP (Transmission Control Protocol, 전송 제어 프로토콜) 특징

🔸 IP 패킷의 출발지 IP와 목적지 IP 정보를 보완할 수 있는 출발지 PORT, 목적지 PORT, 전송 제어, 순서, 검증 정보 등을 포함.

🔸 같은 계층에 속한 UDP에 비해 상대적으로 신뢰할 수 있는 프로토콜.

🔸 장치들 사이에 논리적인 접속을 성립하기 위해 TCP 3 way handshake (가상 연결)를 사용하는 연결지향형 프로토콜.

    1. 클라이언트가 서버에 접속을 요청하는 SYN (Synchronize) 패킷을 보냄.
    1. 서버는 SYN 요청을 받고, 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK (Acknowledgment)와 SYN이 설정된 패킷을 발송.
    1. 클라이언트가 서버에게 ACK를 보내면, 이 이후로부터 연결이 성렵되며 데이터를 전송할 수 있음.
  • 현재는 최적화가 이루어져 3번 ACK를 보낼때 데이터를 함께 보내기도 함.

🔸 데이터 전달 보증. 데이터 전송이 성공적으로 이루어졌을 때 이에 대한 응답을 돌려주기 때문에 IP 패킷의 한계인 비연결성을 보완함.
🔸 순서 보장, 신뢰할 수 있는 프로토콜. 만약 패킷이 순서대로 도착하지 않는다면 TCP 세그먼트에 있는 정보를 토대로 다시 패킷 전송을 요청할 수 있어, IP 패킷의 비신뢰성(순서를 보장하지 않음)을 보완.

UDP (User Datagram Protocol, 사용자 데이터그램 프로토콜) 특징

🔸 IP에 PORT, 체크섬(ckecksum) 필드 정보만 추가된 단순한 프로토콜.

  • 체크섬 : 중복 검사의 한 형태로, 오류 정정을 통해 공간(전자 통신)이나 시간(기억 장치) 속에서 송신된 자료의 무결성을 보호하는 단순한 방법)

🔸 기능이 거의 없음 (HTTP3는 UDP를 사용해 이미 여러 기능이 구현된 TCP보다는 커스터마이징이 가능하다는 장점을 가짐).
🔸 비 연결지향 - TCP 3 way handshake X
🔸 데이터 전달 보증 X
🔸 순서 보장 X
🔸 데이터 전달 및 순서가 보장되진 않지만, 단순하고 빠름.
🔸 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스 (e.g. 실시간 스트리밍)에 자주 사용됨.

CH2. 네트워크 계층 모델

📌 OSI 7계층 모델

🔸 ISO (International Organization for Standardization)라고 하는 국제표준화기구에서 1984년에 제정한 표준 규격.

옛날에는 같은 회사에서 만든 컴퓨터끼리만 통신이 가능했음. 따라서 다른 회사의 시스템이라도 네트워크 유형에 관계없이 상호 통신이 가능한 규약, 즉 프로토콜이 필요했음. ISO에서는 제조사에 상관없이 공통으로 사용할 수 있는 네트워크 표준 규격을 정의함.


🔸 OSI 7계층 모델은 네트워크를 이루고 있는 구성요소들을 7단계로 나누고, 각 계층의 표준을 정함.

🔸 목적 : 표준화를 통하여 포트, 프로토콜의 호환 문제를 해결하고, 네트워크 시스템에서 일어나는 일을 해당 계층 모델을 이용해 쉽게 설명하는 것.

🔸 네트워크 관리자가 문제가 발생했을 때 이것이 물리적인 문제인지, 응용 프로그램과 관련이 있는지 등 원인이 어디에 있는지 범위를 좁혀 문제를 쉽게 파악할 수 있음.

1계층 - 물리 계층

  • OSI 모델의 맨 밑에 있는 계층으로 시스템 간의 물리적인 연결과 전기 신호를 변환 및 제어하는 계층.
  • 주로 물리적 연결과 관련된 정보를 정의.
  • 전기 신호를 전달하는데 초점을 두고, 들어온 전기 신호를 그대로 잘 전달하는 것이 목적.
  • e.g. 디지털 또는 아날로그로 신호 변경

2계층 - 데이터링크 계층

  • 네트워크 기기 간의 데이터 전송 및 물리주소(e.g. MAC 주소)를 결정하는 계층.
  • 물리 계층에서 들어온 전기 신호를 모아 알아볼 수 있는 데이터 형태로 처리.
  • 주소 정보를 정의하고 출발지와 도착지 주소를 확인한 후, 데이터 처리를 수행.
  • e.g. 브리지 및 스위치, MAC 주소

3계층 - 네트워크 계층

  • 가장 복잡한 계층 중 하나로서 실제 네트워크 간에 데이터 라우팅을 담당.
  • 라우팅 : 어떤 네트워크 안에서 통신 데이터를 짜인 알고리즘에 의해 최대한 빠르게 보낼 최적의 경로를 선택하는 과정.
  • e.g. IP 패킷 전송

4계층 - 전송 계층

  • 컴퓨터 간(End-To-End) 신뢰성 있는 데이터를 서로 주고받을 수 있도록 하는 서비스를 제공하는 계층.
  • 해당 데이터들이 실제로 정상적으로 보내지는지 확인하는 역할.
  • 네트워크 계층에서 사용되는 패킷은 유실되거나 순서가 바뀌는 경우가 있는 데, 이를 바로 잡아주는 역할도 담당.
  • e.g. TCP/UDP 연결

5계층 - 세션 계층

  • 세션 연결의 설정과 해제, 세션 메시지 전송 등의 기능을 수행하는 계층. 즉, 컴퓨터 간의 통신 방식에 대해 결정.
  • 양 끝 단의 프로세스가 연결을 성립하도록 도와주고, 작업을 마친 후에는 연결을 끊는 역할.

6계층 - 표현 계층

  • 응용 계층으로 전달하거나 전달받는 데이터를 인코딩 또는 디코딩하는 계층.
  • 인코딩/디코딩, 압축/해제, 암호화/복호화 등의 역할을 수행.
  • e.g. 문자 코드, 압축, 암호화 등의 데이터 변환

7계층 - 응용 계층

  • 최종적으로 사용자와의 인터페이스를 제공하는 계층.
  • 사용자가 실행하는 응용 프로그램(e.g. Google Chrome)들이 해당 계층에 속함.
  • e.g. 이메일 및 파일 전송, 웹 사이트 조회 등 애플리케이션에 대한 서비스를 사용자에게 제공하는 계층.
  • 애플리케이션은 서비스를 요청하는 측(사용자 측)에서 사용하는 애플리케이션과 서비스를 제공하는 측의 애플리케이션으로 분류. (서비스를 요청하는 측을 클라이언트, 서비스를 제공하는 측을 서버).
  • 클라이언트와 서버 모두 응용 계층에서 동작.

데이터 캡슐화

🔸 OSI 7계층 모델은 송신 측의 7계층과 수신 측의 7계층을 통해 데이터를 주고받음. 각 계층은 독립적이므로 데이터가 전달되는 동안에 다른 계층의 영향을 받지 않음.

🔸 데이터를 전송하는 쪽 - 데이터를 보내기 위해서 상위 계층에서 하위 계층으로 데이터를 전달, 이때 데이터를 상대방에게 보낼 때 각 계층에서 필요한 정보를 데이터에 추가하는데 이 정보를 헤더(데이터링크 계층에서는 트레일러)라고 함. 이렇게 헤더를 붙여나가는 것을 캡슐화라고 함.

🔸 마지막 물리 계층에 도달하면, 송신 측의 데이터링크 계층에서 만들어진 데이터가 전기 신호로 변환되어 수신 측에 전송됨.

🔸 데이터를 받는 쪽 - 하위 계층에서 상위 계층으로 각 계층을 통해 전달된 데이터를 받게 됨. 이때 상위 계층으로 데이터를 전달하며 각 계층에서 헤더(데이터링크 계층에서는 트레일러)를 제거해 나가는 역캡슐화를 진행.

🔸 역캡슐화를 거쳐 마지막 응용 계층에 도달하면 드디어 전달하고자 했던 원본 데이터만 남게 됨.

📌 TCP/IP 4계층 모델

🔸 OSI 모델을 기반으로 실무적으로 이용할 수 있도록 현실에 맞춰 단순화된 모델로 실용성에 기반을 둔 인터넷 표준임.

4계층 - 애플리케이션 계층

  • OSI 계층의 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층에 해당.
  • TCP/UDP 기반의 응용 프로그램을 구현할 때 사용.
  • e.g. FTP, HTTP, SSH

3계층 - 전송 계층

  • OSI 계층의 전송 계층에 해당.
  • 통신 노드 간의 연결을 제어하고, 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당.
  • e.g. TCP/UDP

2계층 - 인터넷 계층

  • OSI 계층의 네트워크 계층에 해당.
  • 통신 노드 간의 IP 패킷을 전송하는 기능 및 라우팅을 담당.
  • e.g. IP, ICMP, ARP, RARP

1계층 - 네트워크 인터페이스 계층

  • OSI 계층의 물리 계층과 데이터 링크 계층에 해당.
  • 물리적인 주소로 MAC을 사용.
  • e.g. LAN, HDLC, PPP, 패킷망 등에 사용됨.

CH3. HTTP

📌 HTTP의 특징

🔸 HTTP/1.1, HTTP/2 - TCP 기반 프로토콜
🔸 HTTP/3 - UDP 기반 프로토콜

클라이언트 서버 구조

  • Request Response 구조 - 클라이언트가 서버에 요청을 보내고, 응답을 대기. 서버가 요청에 대한 결과를 만들어 응답.

무상태 프로토콜 (Stateless)

  • 상태 유지 : 서버가 클라이언트의 상태를 보존. 클라이언트 A의 요청을 서버 1이 기억하고 있기 때문에 항상 서버 1이 응답해야 함. 만약 서버 1이 장애가 난다면 유지되던 상태 정보가 다 날아가 처음부터 다시 서버에 요청해야 함.
  • 무상태 : 서버가 클라이언트의 상태를 보존하지 않아 갑자기 클라이언트 요청이 증가해도 서버를 대거 투입할 수 있음. 클라이언트 A가 요청할 때 이미 필요한 데이터를 다 담아서 보내기 때문에 아무 서버나 호출해도 됨. 한 서버에 장애가 생기더라도 다른 서버에서 응답을 전달하면 되기 때문에 클라이언트는 다시 요청할 필요가 없음.
  • 장점 : 응답 서버를 쉽게 바꿀 수 있어 무한한 서버 증설이 가능. 즉, 서버 확장성 높음 (스케일 아웃)
  • 단점 : 클라이언트가 추가 데이터 전송
  • 한계
    • 모든 것을 무상태로 설계할 수 있는 경우도 있고 없는 경우도 있음.
    • 무상태 - e.g. 로그인이 필요없는 단순한 서비스 소개 화면.
    • 상태 유지 - e.g. 로그인, 로그인한 사용자의 경우 로그인했다는 상태를 서버에 유지 (브라우저 쿠키, 서버 세션, 토큰 등을 이용해 상태를 유지해야 함)
    • 상태 유지는 최소한만 사용.

비연결성 (Connectionless)

  • TCP/IP의 경우 기본적으로 연결을 유지함.
  • 연결 유지 모델 - 클라이언트 1, 2는 요청을 보내지 않더라도 계속 연결을 유지해야 하고, 이러는 동안 서버의 자원이 계속 소모가 됨.
  • 비연결성을 가지는 HTTP에서는 실제로 요청을 주고받을 때만 연결을 유지하고 응답을 주고나면 TCP/IP 연결을 끊음 ➡️ 최소한의 자원으로 서버 유지 가능.
  • HTTP 1.0 기준으로, HTTP는 연결을 유지하지 않는 모델.
  • 일반적으로 초 단위 이하의 빠른 속도로 응답. 트래픽이 많지 않고, 빠른 응답을 제공할 수 있는 경우, 비연결성의 특징은 효율적으로 작동.
  • 한 시간 동안 수천 명이 서비스를 사용해도, 실제 서버에서는 초당 처리 요청 개수는 수십 개에 불과. e.g. 웹브라우저에서 계속 연속해서 검색 버튼을 누르지 않음.
  • 한계
    • 트래픽이 많고, 큰 규모의 서비스를 운영할 때에는 비연결성은 한계.
    • TCP/IP 연결을 새로 맺어야 함 - 3 way handshake 시간 추가.
    • 웹 브라우저로 사이트를 요청하면 HTML 뿐만 아니라 자바스크립트, CSS, 추가 이미지 등 수 많은 자원이 함께 다운로드
    • 해당 자원들을 각각 보낼 때마다 연결 끊고 다시 연결하고를 반복하는 것은 비효율적이기 때문에 지금은 HTTP 지속 연결(Persistent Connections)로 문제를 해결.
      • HTTP 초기에는 각각의 자원을 다운로드하기 위해 연결과 종료를 반복해야 했음.
      • HTTP 지속 연결에서는 연결이 이루어지고 난 뒤 각각의 자원들을 요청하고 모든 자원에 대한 응답이 돌아온 후 연결을 종료함.
    • HTTP/2, HTTP/3에서 더 많은 최적화.

HTTP 메세지

단순함, 확장 가능

📌 HTTP Headers의 종류와 특징

🔸 HTTP 메시지는 헤더와 바디로 구분됨.

🔸 HTTP 바디 : 데이터 메세지 본문(Message body)을 통해 표현(Representation) 데이터를 전달.

🔸 메세지 본문 🟰 데이터를 실어 나르는 부분 🟰 페이로드(payload)

🔸 표현 데이터 : 요청이나 응답에서 전달할 실제 데이터.

🔸 표현 헤더 : 표현 데이터를 해석할 수 있는 정보를 제공. 데이터 유형(html, json), 데이터 길이, 압축 정보 등.

표현 헤더(Representation Headers)

🔸 HTTP 헤더 형식 : <field-name>:<field-value> (field-name은 대소문자 구분없음)
🔸 용도

  • HTTP 전송에 필요한 모든 부가정보를 담기 위해 사용.
    • e.g. 메세지 바디의 내용, 메세지 바디의 크기, 압축, 인증, 요청 클라이언트, 서버 정보, 캐시 관리 정보...
    • 표준 헤더가 너무 많음 (List of HTTP header fields)
    • 필요 시 임의의 헤더 추가 가능 e.g. Helloworld: hihi

🔸 표현 헤더는 요청, 응답 둘 다 사용.

Content-Type : 표현 데이터의 형식

Content-Encoding : 표현 데이터의 압축 방식

  • 표현 데이터를 압축하기 위해 사용
  • 데이터를 전달하는 곳에서 압축 후 인코딩 헤더 추가
  • 데이터를 읽는 쪽에서 인코딩 헤더의 정보로 압축 해제
    • e.g.
      • gzip
      • deflate
      • identity
  • [MDN] Content-Encoding

Content-Length : 표현 데이터의 길이

  • 바이트 단위
  • Transfer-Encoding : 전송 시 어떤 인코딩 방법을 사용할 것인가를 명시. chunked의 방식으로 사용.
  • 현재는 Transfer-Encoding보다는 Content-Encoding을 사용.
  • Transfer-Encoding(전송 코딩)을 사용하면 Content-Length를 사용하면 안됨. chunked 방식의 인코딩은 많은 양의 데이터를 분할하여 보내기 때문에 전체 데이터의 크기를 알 수 없어 표현 데이터의 길이를 명시해야 하는 Content-Length 헤더와 함께 사용할 수 없음

Content-Language : 표현 데이터의 자연어 언어

요청(Request)에서 사용되는 헤더

From : 유저 에이전트의 이메일 정보

  • 일반적으로 잘 사용하지 않음.
  • 검색 엔진에서 주로 사용.

Referer : 이전 웹 페이지 주소

  • 현재 요청된 페이지의 이전 웹 페이지 주소
  • A → B로 이동하는 경우 B를 요청할 때 Referer: A를 포함해서 요청
  • Referer를 사용하면 유입경로 수집 가능
  • referer는 단어 referrer의 오탈자이지만 스펙으로 굳어짐

User-Agent : 유저 에이전트 애플리케이션 정보

  • 클라이언트의 애플리케이션 정보(웹 브라우저 정보, 등등)
  • 통계 정보
  • 어떤 종류의 브라우저에서 장애가 발생하는지 파악 가능
  • e.g.
    • user-agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/
      537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/86.0.4240.183 Safari/537.36

Host : 요청한 호스트 정보(도메인)

  • 필수 헤더
  • 하나의 서버가 여러 도메인을 처리해야 할 때 호스트 정보를 명시하기 위해 사용
  • 하나의 IP 주소에 여러 도메인이 적용되어 있을 때 호스트 정보를 명시하기 위해 사용

Origin : 서버로 POST 요청을 보낼 때, 요청을 시작한 주소를 나타냄

  • 여기서 요청을 보낸 주소와 받는 주소가 다르면 CORS 에러가 발생.
  • 응답 헤더의 Access-Control-Allow-Origin와 관련.

Authorization : 인증 토큰(e.g. JWT)을 서버로 보낼 때 사용하는 헤더

  • “토큰의 종류(e.g. Basic) + 실제 토큰 문자”를 전송
  • e.g
    • Authorization: Basic YWxhZGRpbsDufhVuc2VzYW1l

응답(Response)에서 사용되는 헤더

Server : 요청을 처리하는 ORIGIN 서버의 소프트웨어 정보

  • e.g.
    • Server: Apache/2.2.22 (Debian)
    • Server: nginx

Date : 메시지가 발생한 날짜와 시간

  • e.g.
    • Date: Tue, 15 Nov 1994 08:12:31 GMT

Location : 페이지 리디렉션

  • 웹 브라우저는 3xx 응답의 결과에 Location 헤더가 있으면, Location 위치로 리다이렉트(자동 이동)
  • 201(Created): Location 값은 요청에 의해 생성된 리소스 URI
  • 3xx(Redirection): Location 값은 요청을 자동으로 리디렉션하기 위한 대상 리소스를 가리킴

Allow : 허용 가능한 HTTP 메서드

  • 405(Method Not Allowed)에서 응답에 포함
  • e.g.
    • Allow: GET, HEAD, PUT

Retry-After : 유저 에이전트가 다음 요청을
하기까지 기다려야 하는 시간

  • 503(Service Unavailable): 서비스가 언제까지 불능인지 알려줄 수 있음
  • e.g.
    • Retry-After: Fri, 31 Dec 2020 23:59:59 GMT(날짜 표기)
    • Retry-After: 120(초 단위 표기)

콘텐츠 협상 헤더

🔸 클라이언트가 선호하는 표현 요청으로 요청시에만 사용함. [MDN] Content Negotiation
🔸 Accept: 클라이언트가 선호하는 미디어 타입 전달
🔸 Accept-Charset: 클라이언트가 선호하는 문자 인코딩
🔸 Accept-Encoding: 클라이언트가 선호하는 압축 인코딩
🔸 Accept-Language: 클라이언트가 선호하는 자연 언어

예시 1) Accept-Language 헤더를 통해 클라이언트가 원하는 언어를 서버에 요청.

  • 한국어 브라우저에서 특정 웹사이트에 접속했을 때 콘텐츠 협상(Accept-Language)이 적용되지 않았다면, 서버는 요청으로 받은 우선순위가 없으므로 기본 언어로 설정된 영어로 응답.
  • 클라이언트에서 Accept-Language로 KO를 작성해 요청한다면 서버에서는 해당 우선순위 언어를 지원할 수 있기 때문에 한국어로 된 응답을 돌려줌.

예시2) Accept-Language에 한국어를 요청했지만 서버는 한국어를 지원하지 않으며 기본 언어는 독일어로 설정되어 있음, 한국어가 안되면 영어로라도 응답을 받길 원할 경우

  • 서버에서 지원하는 언어가 여러 개일 때 클라이언트가 최우선으로 선호하는 언어가 지원되지 않는다면 협상 헤더에서는 원하는 콘텐츠에 대한 우선순위를 지정할 수 있음.
  • 1부터 0까지 우선순위를 부여하면 이를 토대로 서버는 응답을 지원함. 언어;q=숫자

    [MDN] Language localisation

CH4. HTTPS

🔸 HTTPS는 HTTP Secure의 약자로, 기존의 HTTP와 달리 요청과 응답으로 오가는 내용을 암호화하기 때문에 프로토콜을 더 안전하게(Secure) 사용할 수 있음.

HTTP

  • 위 사진은 HTTP로 보낸 요청을 'wireshark'라는 패킷 분석 프로그램을 이용한 것으로 email과 password 같은 값을 그대로 볼 수 있는 것을 알 수 있음.
  • 이는 제3자가 HTTP 요청 및 응답을 탈취한다면 전달되는 데이터의 내용을 그대로 확인할 수 있다는 뜻임.
  • 위 사진은 동일한 요청을 HTTPS 프로토콜로 보냈을 때를 확인한 것. 똑같은 요청임에도 데이터가 암호화되었음을 알 수 있음.
  • 중간에 제3자에게 데이터가 탈취되더라도 그 내용을 알아볼 수 없음.

📌 암호화 방식

🔸 데이터를 암호화를 할 때 사용할 키, 암호화한 것을 해석(복호화)할 때 사용할 키가 필요.

🔸 암호화와 복호화할 때 사용하는 키가 동일하다면 대칭 키 암호화 방식, 다르다면 공개 키(비대칭 키) 암호화 방식.

대칭 키 암호화 방식

🔸 하나의 키만 사용, 암호화할 때 사용한 키로만 복호화가 가능.
🔸 연산 속도가 빠름.
🔸 키를 주고받는 과정에서 탈취당했을 경우, 암호화가 소용없어지기 때문에 키를 관리하는데 신경을 많이 써야 함.

공개 키(비대칭 키) 암호화 방식

🔸 두 개의 키 사용, 암호화할 때 사용한 키(공개 키)와 다른 키로만 복호화(비밀 키)가 가능.
🔸 공개 키는 공개되어 있기 때문에 누구든지 접근 가능. 누구든 이 공개 키를 사용해서 암호화한 데이터를 보내면, 비밀 키를 가진 사람만 그 내용을 복호화할 수 있음.
🔸 보통 요청을 보내는 사용자가 공개 키를, 요청을 받는 서버가 비밀 키를 가짐. 이때, 비밀 키는 서버가 해킹당하는 게 아닌 이상 탈취되지 않음.
🔸 이러한 공개 키 방식은 공개 키를 사용해 암호화한 데이터가 탈취당한다고 하더라도, 비밀 키가 없다면 복호화할 수 없으므로 대칭 키 방식보다 보안성이 더 좋음.
🔸 대칭 키 방식 보다 더 복잡한 연산이 필요하여 더 많은 시간을 소모한다는 단점.

📌 SSL/TLS 프로토콜

🔸 HTTPS는 HTTP 통신을 하는 소켓 부분에서 SSL (Secure Sockets Layer) 혹은 TLS (Transport Layer Security)라는 프로토콜을 사용하여 서버 인증과 데이터 암호화를 진행. (SSL이 표준화되며 바뀐 이름이 TLS이므로 사실상 같은 프로토콜임)

🔸 CA(Certificate Authority)를 통한 인증서 사용

🔸 대칭 키, 공개 키 암호화 방식을 모두 사용

인증서와 CA(Certificate Authority)

🔸 HTTPS를 사용하면 브라우저가 서버의 응답과 함께 전달된 인증서를 확인할 수 있음. 이러한 인증서는 서버의 신원을 보증.

🔸 이때 인증서를 발급해 주는 공인된 기관들을 Certificate Authority, CA라고 부름.

  1. 서버는 인증서를 발급받기 위해서, CA로 서버의 정보와 공개 키를 전달. CA는 서버의 공개 키와 정보를 CA의 비밀 키로 암호화하여 인증서를 발급.

  2. 서버는 클라이언트에게 요청을 받으면 CA에게 발급받은 인증서를 보냄. 사용자가 사용하는 브라우저는 CA들의 리스트와 공개 키를 내장하고 있음.

  3. 우선 해당 인증서가 리스트에 있는 CA가 발급한 인증서인지 확인하고, 리스트에 있는 CA라면 해당하는 CA의 공개 키를 사용해서 인증서의 복호화를 시도.

  4. CA의 비밀 키로 암호화된 데이터(인증서)는 CA의 공개 키로만 복호화가 가능하므로, 정말로 CA에서 발급한 인증서가 맞다면 복호화가 성공적으로 진행.

  5. 복호화가 성공적으로 진행된다면, 클라이언트는 서버의 정보와 공개 키를 얻게 됨과 동시에 해당 서버가 신뢰할 수 있는 서버임을 알 수 있음.

  6. 복호화가 실패한다면, 이는 서버가 보내준 인증서가 신뢰할 수 없는 인증서임을 알 수 있음.

대칭 키 전달

🔸 사용자는 서버의 인증서를 성공적으로 복호화하여 서버의 공개 키를 확보.

🔸 공개 키 암호화 방식은 보안은 확실하지만, 복잡한 연산이 필요하여 더 많은 시간을 소모하기 때문에 모든 요청에서 공개 키 암호화 방식을 사용하는 것은 효율이 좋지 않음.

🔸 공개 키는 클라이언트와 서버가 함께 사용하게 될 대칭 키를 주고받을 때 씀.

🔸 대칭 키는 속도는 빠르지만, 오고 가는 과정에서 탈취될 수 있다는 위험성.

🔸 하지만 클라이언트가 서버로 대칭 키를 보낼 때 서버의 공개 키를 사용해서 암호화하여 보내준다면, 서버의 비밀 키를 가지고 있는 게 아닌 이상 해당 대칭 키를 복호화할 수 없으므로 탈취될 위험성이 줄어듬.

🔸 클라이언트는 데이터를 암호화하여 주고받을 때 사용할 대칭 키를 생성. (대칭 키를 생성하는 데에는 더 복잡한 과정이 있음.)

🔸 클라이언트는 생성한 대칭 키를 서버의 공개 키로 암호화하여 전달. 서버는 전달받은 데이터를 비밀 키로 복호화하여 대칭 키를 확보. 이렇게 서버와 클라이언트는 동일한 대칭 키를 갖게 됨.

🔸 HTTPS 요청을 주고받을 때 이 대칭 키를 사용하여 데이터를 암호화하여 전달. 대칭 키 자체는 오고 가지 않기 때문에 키가 유출될 위험이 없음.(요청이 중간에 탈취되어도 제3자가 암호화된 데이터를 복호화할 수 없음)

🔸 서버와 클라이언트 간의 CA를 통해 서버를 인증하는 과정과 데이터를 암호화하는 과정을 아우른 프로토콜을 SSL 또는 TLS이라고 말하고, HTTP에 SSL/TLS 프로토콜을 더한 것을 HTTPS라고 함.

  1. 서버가 (서버정보 + 서버 공개키)를 CA로 전달
  2. CA는 전달받은 (서버정보 + 서버 공개키)를 CA의 비밀키로 암호화해서 인증서 발급.
  3. 클라이언트가 서버에 요청하면 인증서를 전달.
  4. 클라이언트의 브라우저에 내장된 CA 리스트와 공개키를 통해 전달받은 인증서를 CA 공개키를 통해 복호화. (서버정보 + 서버 공개키) 확보.
  5. 클라이언트는 서버의 공개키를 통해 대칭키를 암호화해서 서버에 전달.
  6. 서버는 전달받은 대칭키를 서버의 비밀키로 복호화.
  7. 클라이언트와 서버는 복호화된 대칭키를 통해 데이터를 암호화 및 복호화.
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