네, 반갑습니다. 오늘 이 영상을 끝까지 보신 후엔 프로토콜 스펙에서 정의한 소켓, 포트, 그리고 TCP 커넥션의 개념을 이해하게 됩니다.

먼저 우리가 지난번 영상을 통해서 이 네트워크의 계층 구조를 표현하는 모델이 두 가지가 있다고 배웠습니다.

하나는 OSI 7 레이어고, 다른 하나는 TCP/IP 스택입니다. 그러면 이 두 개가 어떤 차이가 있냐면 먼저 이 OSI 7 레이어는 네트워크 시스템을 구성할 수 있도록 제한된 범용적이고 개념적인 모델이라고 보시면 됩니다.

그리고 이 TCP/IP 스택은 인터넷이 발명되면서 함께 개발된 프로토콜 스택입니다.

그러니까 이 인터넷에 동작하는 방식이 이 TCP/IP 스택을 기반으로 해서 동작을 한다라는 거죠.

그래서 얘 같은 경우에는 개념적인 모델이라면 얘는 실제로 인터넷에서 사용되고 있는 프로토콜 스택이라고 보면 되고요.

그리고 이 두 개의 모델을 관리하는 주체도 다릅니다.

먼저 OSI 7 레이어는 ISO와 IEC에서 협력해서 이 모델을 개발했고 또 관리를 하고 있고요.

반면에 이 TCP/IP 스택은 IETF라고 해서 인터넷 표준을 관리하는 곳이 있는데 여기서 이 TCP/IP 스택에 있는 프로토콜들도 같이 관리를 합니다.

이때 관리하는 방식은 RFC라는 이름의 문서를 통해서 표준을 관리를 하고요.

그래서 우리가 흔히 알고 있는 TCP, UDP, IP 프로토콜에 대한 표준 스펙은 이 RFC 문서에 정의되어 있다라고 보시면 됩니다.

그래서 사실 엄밀히 말하면 이 TCP나 UDP는 TCP/IP 스택에 있는 트랜스포트 레이어에 소속된 프로토콜이고요.

그 다음에 이 IP 프로토콜은 TCP/IP 스택에 있는 인터넷 레이어에 소속된 프로토콜입니다.

그런데 지금 이 두 개의 모델이 각각 어느 정도 호환이 되기 때문에 이 TCP나 UDP 같은 경우에는 이 OSI 7 레이어에서 트랜스포트 레이어에 해당한다고 말할 수도 있는 거고요.

그 다음에 IP 프로토콜 같은 경우에는 OSI 7 레이어에서 네트워크 레이어에 소속된다라고도 말할 수 있는 겁니다.

왜냐하면 이 두 모델이 이렇게 어느 정도 매칭이 되기 때문에 그렇게 말할 수가 있는 거죠.

자, 그러면 오늘은 소켓과 포트에 대해서 살펴볼 건데 얘네들은 사실 TCP/IP 스택이 개발되는 과정에서 나온 개념들이기 때문에 오늘은 예의 관점에서 프로토콜 스펙이 소켓과 포트의 개념을 어떻게 정의했는지 살펴보도록 하겠습니다.

자, TCP/IP 스택은 이렇게 4개의 레이어로 구성이 되어 있는데요.

사실 이 4개의 레이어는 두 종류로 분류를 할 수 있습니다. 이런 식으로 분류를 할 수 있는데요.

먼저 이 아래쪽에 있는 이 세 개의 레이어는 어떤 공통적인 특징이 있냐면 얘는 하드웨어나 펌웨어 그리고 OS 레벨에서 구현이 되고 또 관리가 되는 레이어입니다.

그러니까 어떻게 보면 시스템 레벨에서 관리가 되는 레이어들인 거죠.

그러면 얘네들이 존재하는 이유는 뭐냐?

얘네들은 네트워크 기능을 지원하기 위한 목적으로 존재를 합니다.

그러니까 이 컴퓨터에 존재하는 애플리케이션들이 얘네들이 제공하는 이 네트워크 기능을 사용해서 네트워크 서비스를 구현할 수 있도록 그렇게 네트워크 기능을 지원하는 데 그 목적이 있는 거죠.

반면에 이 애플리케이션 레이어 같은 경우에는 이름 그대로 애플리케이션 레벨에서 구현이 되고 관리가 되는 레이어입니다.

그래서 이번에는 이 아래쪽에서 제공하는 네트워크 기능을 사용하는 데 그 목적이 있어요.

그래서 어떻게 보면 이렇게 나누어서 이 위쪽은 애플리케이션에 해당하고 이 아래쪽은 시스템에 해당한다고 볼 수 있습니다.

자, 그러면 오늘은 소켓과 포트에 관련된 내용이고 이 소켓과 포트는 어플리케이션 레이어와 트랜스포트 레이어 사이에 있는 개념이기 때문에 좀 더 쉽게 이해를 하기 위해서 이 위쪽은 어플리케이션이 아래쪽은 시스템이라고 이렇게 표기를 하도록 하겠습니다.

자, 그러면 이런 상황에서 TCP/IP 스택이 활발하게 개발되던 1970년대에서 1980년대 초반으로 돌아가 보도록 하겠습니다.

이 당시는 TCP/IP 스택이 완전하게 정립된 시기는 아니었기 때문에 여러 가지 개념들이 등장하고 또 조금씩 바뀌고 있던 그런 시기였어요.

자, 그러면 이 시기에 우리가 하나 살펴볼 개념이 있는데요.

자, 어떤 개념이냐? 일단 지금 이런 상황에서 이렇게 하나의 프로세스가 실행되고 있다라고 해보겠습니다.

그러면 만약에 이 프로세스가 네트워크 통신을 하고 싶다면, 그래서 인터넷 상에 있는 또 다른 프로세스에 데이터를 주고받고 싶다면 이렇게 프로세스와 연결돼서 데이터를 주고받을 수 있는 어떤 데이터 통로가 있어야 될 겁니다 그래야 이 프로세스에서 데이터를 시스템으로 내려주면 그 시스템이 지원하는 네트워크 기능을 사용을 해서 이 데이터를 인터넷 상에 있는 또 다른 프로세스에게 전달을 할 수 있을 거고요.

반면에 이 프로세스가 데이터를 받는 경우에도 이 컴퓨터까지 데이터가 전달되면 이 통로를 통해서 이 프로세스에게 전달할 수 있을 겁니다.

프로세스와 연결돼서 데이터 패스 역할을 하는 혹은 데이터 채널 역할을 하는 얘를 뭐라고 부르냐면 포트라고 부릅니다.

이 당시에 얘를 포트라고 불렀어요.

그런데 제가 이렇게 얘기를 하면 이미 네트워크에서 포트의 개념을 알고 계시는 분들은 '어, 포트는 숫자 아니야?

' 이렇게 생각하실 수 있는데요.

사실 그게 맞기도 한데 좀 애매한 부분이 있더라고요.

TCP의 표준을 정의한 RFC 793번 문서를 읽어봤을 때 이 포트의 개념이 조금 애매한 부분이 있어서 여기에 정의되어 있는 포트의 개념도 참고를 하고 또 이 표준 문서가 직간접적으로 레퍼런스 하고 다른 여러 페이퍼들도 찾아봤어요.

그래서 이 당시에 포트가 정확히 어떤 의미인지를 찾아봤는데 몇 가지 포트에 대해서 설명하고 있는 그런 페이퍼들을 발견했고 거기서 설명하고 있는 포트의 개념을 종합해 봤을 때 적어도 이 당시에 포트라는 개념은 프로세스와 연결된 데이터 패스 혹은 데이터 채널이라고 볼 수 있겠다.

그렇게 저는 판단을 하게 됐습니다.

그래서 이 포트라는 개념이 이런 의미를 가진다, 그렇게 볼 수 있을 것 같고요.

그러면 이 애플리케이션 레벨에서 동작하는 프로세스는 단 하나만 있지 않을 거잖아요.

여러 종류의 프로세스가 존재를 할 거고 이 여러 종류의 프로세스도 모두 네트워크 통신을 하고 싶다면 이렇게 포트를 통해서 네트워크 통신을 할 수 있는 겁니다.

그래서 이 포트라는 것은 프로세스와 연결돼서 데이터를 주고 받을 수 있는 어떤 통로 혹은 어떤 채널이라고 그렇게 봐주시면 될 것 같아요.

자, 그러면 이렇게 한 시스템만에서 한 컴퓨터 시스템 안에서 이렇게 여러 개의 포트가 존재할 수 있기 때문에 이 포트를 어떻게 유니크하게 식별할 것인가, 이게 또 중요한 부분인데요.

보통 이제 포트 네임을 통해서 식별을 합니다.

그런데 각각의 포트에 대해서 포트 네임을 어떻게 지정할지, 그것은 각 시스템마다, 각 운영체제마다 다른 거죠.

그래서 포트의 네임을 부여하는 방법은 시스템마다 다르다, 그렇게 이해를 해주시면 좋을 것 같고요.

그리고 지금은 설명하기 편하려고 프로세스 하나의 포트 하나 이렇게 연결을 시켰지만 사실은 상황에 따라서는 이렇게 프로세스 하나에 두 개 이상의 포트가 연결될 수도 있겠죠.

하지만 지금은 설명을 편하게 하기 위해서 이런 식으로 프로세스와 포트가 일대일로 연결되는 것처럼 그렇게 표현을 하도록 하겠습니다.

그러니까 실제로는 이런 제약 사항이 있는 건 아니에요. 단지 설명을 편하게 하기 위해서 프로세스 하나의 포트 하나 이렇게 그냥 그려 놓은 겁니다.

자, 그럼 이런 백그라운드를 바탕으로 TCP/IP 스택의 프로토콜들이 활발하게 개발되고 또 정립되던 시절인 1970년대에서 1980년대로 돌아가 보도록 하겠습니다.

자, 여기 이렇게 두 대의 컴퓨터가 있습니다.

인터넷 상에 존재하는 서로 다른 컴퓨터에요. 이 두 개의 컴퓨터는 각각 이렇게 프로세스를 가지고 있다고 해볼게요.

그러면 이제 이 프로세스끼리 통신을 하고 싶은데, 그러면 통신을 하려면 일단 이렇게 포트가 필요할 겁니다.

그러면 이제 포트를 통해서 네트워크 통신을 하게 되겠죠.

자, 그러면 이제 이 두 개의 프로세스가 이렇게 인터넷 상에서 네트워크 통신을 한다고 가정해 볼게요.

자, 그러면 우리가 잘 아는 것처럼 이렇게 프로세스 간의 통신을 할 때는 그 아래쪽 레이어에서 제공하는 기능을 사용을 해서 프로세스 사이에서 통신을 할 수 있게 되는 거잖아요.

그러면 그 아래쪽 레이어는 어떤 역할을 하냐면 이 두 호스트 사이에서 데이터를 보내고 또 데이터를 받는 역할을 합니다.

그리고 이 기능을 하는 프로토콜이 바로 인터넷 프로토콜이죠.

그래서 얘는 데이터를 목적하는 호스트까지 라우팅 하는 역할, 즉 최적의 경로로 전송을 하는 역할을 수행하게 됩니다.

그런데 이 인터넷 프로토콜은 중요한 특징이 있어요.

어떤 특징이냐, 얘는 언릴라이업을, 그러니까 신뢰할 수 없는 프로토콜이라는 그런 중요한 특징이 있습니다.

이게 무슨 말이냐? 데이터가 유실될 수도 있고 또 보내는 순서대로 받는 쪽에서 받지 못할 수도 있다라는 그런 의미입니다.

그러니까 무슨 말이냐면 이 인터넷 프로토콜은 하나의 호스트에서 다른 호스트 데이터를 보내는 역할을 하는 프로토콜인데 얘가 목적지 호스트까지 데이터를 보내기 위해서 최선을 다하겠지만 100% 안전성을 보장할 수도 없고 100% 원래 순서대로 받는 것을 보장할 수도 없다라는 거예요.

대신에 이렇게 하면 인터넷 프로토콜 자체의 구조는 단순해지고 그만큼 별다른 기능 없이 그냥 전송만 하면 되는 거니까 좀 더 데이터를 빠르게 보낼 수는 있겠죠.

그래서 그때나 지금이나 이 인터넷 프로토콜은 기본적으로 신뢰할 수 없는 형태로 데이터를 보낸다라는 그런 특징을 가지고 있고요.

자, 그러면 이제 어떤 부분이 중요해지냐.

지금 프로세스와 프로세스 사이에서 통신을 할 때는 이때는 데이터의 유실이 발생하거나 혹은 순서가 바뀌어서 도착하면 안 되잖아요.

그래서 정확하게 데이터를 받는 것이 중요한데, 그런데 호스트와 호스트 사이에서 데이터를 전달하는 방식은 신뢰할 수 없는 방식이기 때문에 그 위에서 동작할 프로토콜, 즉 프로세스 간의 통신에서 사용될 프로토콜은 데이터를 안정적으로 주고받을 수 있는 프로토콜이어야 한다.

그럼 필요성이 발생을 하게 돼요.

그리고 그렇게 해서 개발된 프로토콜이 바로 TCP입니다.

트랜스미션 컨트롤 프로토콜의 약자인데요.

TCP는 프로세스 사이에서 데이터를 안정적으로 주고받을 수 있는 프로토콜이에요. 얘는 인터넷 프로토콜 위에서 동작하는 프로토콜이지만 어떤 논리적인 방법을 통해서 실제로 프로세스 사이에서는 데이터를 안정적으로 주고받을 수가 있게 되는 겁니다.

자, 그러면 이제부터 이 TCP 세계관에서 중요한 용어들을 몇 가지 살펴볼 텐데요.

먼저 이 커넥션이라는 개념입니다.

이 커넥션은 사전적인 의미로는 연결이라는 의미를 가지고 있는데요.

TCP 세계관에서 이 커넥션이라는 개념은 그 사전적인 의미 이상의 의미를 가지고 있습니다.

이 TCP에서 커넥션은 프로세스 간의 안정적이고 논리적인 통신 통로예요.

여기서 논리적이라는 의미는 좀 헷갈릴 수가 있는데요, 이때는 이제 물리적인이라는 의미의 반대 개념이라고 보시면 됩니다.

어떤 통신 통로인데 물리적인 통신 통로가 아니라 안정적으로 데이터를 주고받을 수 있도록 논리적으로 구현된 통신 통로다, 그렇게 이해를 하시면 될 것 같아요.

그러면 이 두 프로세스가 TCP를 사용해서 데이터를 주고받으려면 어떻게 동작을 하게 되냐면 먼저 커넥션을 엽니다.

이 커넥션을 먼저 열어요. 이때 이 커넥션을 열 때 쓰리웨이 핸드셰이크가 일어나는 거고요.

그래서 이제 이 커넥션이 열리고 나면 그 커넥션 위에서 두 프로세스가 데이터를 주고받게 됩니다.

그리고 데이터를 주고받는 게 끝이 나면 이제 커넥션을 다시 닫아 줘야 되는데요.

이때 four-way hand shake로 커넥션을 닫아 주게 됩니다. 그래서 이 쓰리웨이 핸드 쉐이크와 영상을 통해서 설명을 드릴 거고요.

지금은 이렇게 TCP에서 데이터를 주고받기 위해서는 먼저 커넥션을 열어야 되고 그 다음에 데이터를 주고받고, 그리고 나서는 커넥션을 닫아야 된다.

그렇게 이해를 해주시면 좋을 것 같습니다. 그리고 참고로 데이터를 주고받기 전에 커넥션을 먼저 여는 이유는 그래서 이렇게 3-way handshake를 먼저 하는 이유는 프로세스 간의 데이터를 안정적으로 주고받기 위해서는 몇 가지 기본적으로 셋업이 필요하거든요.

본격적으로 데이터를 주고받기 전에 미리 몇 가지 셋업을 해줘야 되는 부분이 있어요.

그래서 초기화를 시켜 줘야 되는 부분이 있기 때문에 그 부분이 이렇게 커넥션을 여는 동안 실행된다고 보시면 되겠습니다.

그리고 커넥션을 닫는 동안에는 시스템으로부터 할당받았던 여러 가지 자원들을 다시 반환하는 과정이다.

그렇게 봐주시면 될 것 같아요. 자, 그리고 이렇게 커넥션에 기반해서 데이터를 주고받는 방식, 그래서 데이터를 주고받기 전에 커넥션을 먼저 열고, 그리고 주고받는 것이 끝난 뒤에는 커넥션을 닫는 식으로 동작하는 이런 방식, 이런 방식을 부르는 용어가 있는데요, 그게 뭐냐면 바로 커넥션 오리엔티드라는 용어입니다.

그래서 이 용어를 만나게 되면 '아, 이게 커넥션 기반으로 동작하는 프로토콜을 의미하는 거구나.

그래서 이런 과정을 통해서 데이터를 주고받게 되는구나' 그렇게 이해를 해 주시면 될 것 같습니다.

자, 그러면 TCP에서 커넥션이라는 개념을 살펴봤는데요, 실제로 이렇게 연결이 되고 데이터를 주고받으려면 상대방 프로세스의 포트를 식별할 수 있어야 되잖아요.

[1부] 프로토콜 표준 스펙에서 정의한 Socket(소켓), Port(포트), TCP connection(연결) 개념

8년차 백엔드 개발자가 배워서 남주려고 만든 채널이에요

알기 쉽게 설명합니다

함께 성장했으면 좋겠어요 :)


#컴공맛집 #백엔드전문채널


[1부] 프로토콜 표준 스펙에서 정의한 Socket(소켓), Port(포트), TCP connection(연결) 개념

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