Network & OS
Network & OS (30개)
프로토콜에 대해 설명해 보세요
프로토콜이란 통신 규약으로, 일종의 약속입니다. 사람도 같은 언어를 사용해야 의사소통이 가능한 것처럼, 네트워크 역시 보내는 쪽과 받는 쪽이 서로 동일한 형식과 규칙으로 데이터를 주고 받아야 통신이 가능합니다. 우리가 많이 사용하는 프로토콜에는 TCP와 HTTP 등이 있습니다.
브라우저 주소창에 www.google.com을 입력하고 엔터를 쳤을 때 발생하는 일들을 최대한 상세하게 설명해주세요. (DNS, TCP/IP, HTTP 등)
IP 주소 찾기 (DNS 조회)
브라우저는 www.google.com이라는 '사람이 읽는 주소'를 컴퓨터가 이해하는 'IP 주소'(예: 172.217.175.100)로 변환해야 합니다. 이 과정을 DNS(Domain Name System) 조회라고 합니다.
브라우저 캐시 확인: 브라우저는 가장 먼저 자신의 캐시(최근 방문 기록)에 www.google.com의 IP 주소가 저장되어 있는지 확인합니다. 있다면, 이 단계는 여기서 즉시 종료됩니다.
운영체제(OS) 캐시 확인: 브라우저 캐시에 없다면, 브라우저는 OS에게 "이 주소의 IP 알아?"라고 물어봅니다. OS도 자체적인 DNS 캐시를 가지고 있습니다.
hosts파일 확인: OS는 네트워크 요청을 보내기 전, 마지막으로 로컬 hosts 파일을 확인합니다. 이 파일은 특정 도메인 이름에 대한 IP 주소를 수동으로 지정할 수 있는 특별한 파일입니다. (악성코드가 이 파일을 변조하여 피싱 사이트로 유도하기도 합니다.)라우터 캐시 확인: 컴퓨터에도 정보가 없다면, 요청은 공유기(라우터)로 전달됩니다. 공유기 역시 DNS 캐시를 가지고 있어, 최근에 다른 장치가 같은 주소를 요청했다면 여기서 바로 응답할 수 있습니다.
DNS 서버에 재귀적(Recursive) 조회 요청 (가장 핵심적인 과정): 위 모든 캐시에 정보가 없다면, 드디어 인터넷 세상으로 DNS 조회가 시작됩니다. 컴퓨터는 미리 설정된 DNS 서버(보통 인터넷 서비스 제공업체(ISP)의 서버나 사용자가 직접 설정한 8.8.8.8(Google), 1.1.1.1(Cloudflare) 등)에게 IP 주소를 물어봅니다.
a. DNS 서버(리졸버) → 루트(Root) 네임 서버: 내 DNS 서버는 "."을 관리하는 전 세계 13개의 루트 네임 서버 중 하나에게 묻습니다. "혹시 .com 주소는 누가 관리하는지 알아?" 루트 서버는 .com을 관리하는 TLD(Top-Level Domain) 네임 서버의 주소를 알려줍니다.
b. DNS 서버 → TLD 네임 서버: 내 DNS 서버는 이제 .com TLD 서버에게 묻습니다. "혹시 google.com 주소는 누가 관리해?" TLD 서버는 google.com을 관리하는 구글의 자체 네임 서버(Authoritative Name Server) 주소를 알려줍니다.
c. DNS 서버 → 구글 네임 서버: 마지막으로 내 DNS 서버는 구글의 네임 서버에게 직접 묻습니다. "드디어 찾았네. www.google.com의 IP 주소가 뭐야?" 구글 네임 서버는 자신의 기록(Zone File)에서 www에 해당하는 IP 주소(172.217.175.100)를 찾아 최종적으로 응답해 줍니다.
d. 결과 반환: IP 주소를 받은 내 DNS 서버는 이 정보를 자신의 캐시에 저장(다음에 또 물어보면 바로 답하기 위해)하고, 내 컴퓨터의 OS에게 전달합니다. OS도 이 정보를 캐시에 저장하고, 최종적으로 브라우저에게 전달합니다.
서버와 연결 수립 (TCP 및 TLS 핸드셰이크)
이제 브라우저는 목적지의 IP 주소와 포트 번호(https://는 443번 포트)를 모두 알게 되었습니다. 이제 서버와 통신 채널을 엽니다.
TCP 3-Way Handshake: 데이터를 안정적으로 주고받기 위해 TCP 연결을 수립합니다.
SYN: 내 컴퓨터가 구글 서버에 "연결 요청할게!" 라는 의미의 SYN 패킷을 보냅니다.
SYN-ACK: 구글 서버는 "요청 받았어, 너도 준비됐니?" 라는 의미의 SYN-ACK 패킷으로 응답합니다.
ACK: 내 컴퓨터는 "응, 준비됐어!" 라는 의미의 ACK 패킷을 보내고, 이로써 양방향 통신 채널이 열립니다.
TLS Handshake (보안 연결 설정): https:// 통신이므로, 열린 채널 위의 모든 데이터를 암호화해야 합니다.
Client Hello: 브라우저가 서버에게 "안녕! 내가 사용 가능한 암호화 방식 목록이야. 그리고 내 인증서를 확인해줘." 라고 말합니다.
Server Hello: 서버는 그 목록에서 가장 강력한 암호화 방식을 하나 고르고, 자신의 SSL 인증서(공개키 포함)를 브라우저에게 보냅니다.
인증서 검증: 브라우저는 이 인증서가 신뢰할 수 있는 기관(CA)에서 발급한 것인지 확인합니다.
키 교환: 브라우저와 서버는 방금 교환한 정보를 바탕으로 이 통신 세션에서만 사용할 대칭 암호화 키를 생성합니다. 이제부터 이 키로 암호화된 데이터는 둘만 해독할 수 있습니다.
데이터 요청 및 수신 (HTTP 프로토콜)
드디어 안전한 통신 채널이 열렸고, 브라우저는 실제 웹 페이지 데이터를 요청합니다.
HTTP 요청 메시지 전송: 브라우저는 서버에게 다음과 같은 내용의 HTTP 요청을 보냅니다.
Request Line: GET / HTTP/1.1 (루트(/) 페이지를 GET 방식으로 줘)
Headers: Host: www.google.com, User-Agent: ..., Accept-Language: ko-KR, Cookie: ... 등 브라우저 정보, 언어 설정, 로그인 정보(쿠키) 등을 담아 보냅니다.
서버의 처리: 구글 서버는 이 요청을 받고, 요청 헤더(특히 쿠키)를 분석하여 사용자가 로그인 상태인지, 어떤 언어를 사용하는지 등을 파악한 뒤 그에 맞는 HTML 문서를 생성합니다.
HTTP 응답 메시지 수신: 서버는 브라우저에게 HTTP 응답을 보냅니다.
Status Line: HTTP/1.1 200 OK (요청이 성공적으로 처리되었어)
Headers: Content-Type: text/html, Content-Length: ..., Set-Cookie: ... 등 응답 데이터의 종류, 크기, 그리고 브라우저에 저장할 쿠키 정보 등을 담아 보냅니다.
Body: 응답의 본문, 즉 우리가 보게 될 Google 홈페이지의 HTML 코드가 담겨 있습니다.
웹 페이지 그리기 (브라우저 렌더링)
브라우저는 서버로부터 받은 HTML 코드를 사용자가 볼 수 있는 시각적인 페이지로 변환합니다.
HTML 파싱 및 DOM 트리 생성: 브라우저의 렌더링 엔진은 HTML 코드를 위에서부터 한 줄씩 읽어내려가며 DOM(Document Object Model) 트리라는 객체 모델을 만듭니다.
CSS 파싱 및 CSSOM 트리 생성: HTML을 파싱하다가 같은 태그를 만나면, 즉시 서버에 해당 CSS 파일을 요청(위의 2~4단계 반복)하여 받아옵니다. 그리고 CSS 코드를 파싱하여 CSSOM(CSS Object Model) 트리를 만듭니다.
렌더 트리(Render Tree) 생성: DOM 트리와 CSSOM 트리를 결합하여 화면에 실제로 표시될 요소들만으로 구성된 렌더 트리를 만듭니다. (display: none; 속성이 적용된 요소 등은 여기서 제외됩니다.)
레이아웃(Layout/Reflow): 렌더 트리를 기반으로 각 요소가 화면의 어느 위치에, 어떤 크기로 배치될지 정확한 좌표와 크기를 계산합니다.
페인팅(Painting): 레이아웃 계산이 끝나면, 각 요소를 실제 픽셀로 변환하여 화면에 그립니다. 이 단계에서 텍스트, 색상, 이미지, 그림자 효과 등이 모두 표현됩니다.
자바스크립트(JavaScript) 실행: HTML 파싱 중 태그를 만나면, 렌더링 엔진은 파싱을 잠시 멈추고 자바스크립트 엔진에게 제어권을 넘깁니다. 자바스크립트 코드는 DOM을 변경(예: 새로운 HTML 요소 추가)하거나 서버와 추가적인 통신(AJAX)을 할 수 있으며, 이로 인해 레이아웃과 페인팅 과정이 다시 발생할 수 있습니다.
이 모든 과정이 1초도 안 되는 시간에 일어나, 우리는 마침내 www.google.com의 홈페이지를 볼 수 있게 됩니다.
만약 DNS가 www.google.com이라는 도메인에 대한 정보를 가지고 있지 않으면?
만약 DNS 시스템 전체에서 www.google.com이라는 도메인에 대한 정보를 최종적으로 찾을 수 없다면, 결론적으로 브라우저는 사용자에게 오류 페이지를 보여줍니다.
하지만 그 과정은 단순히 "없네, 끝!"이 아니라, "정말로 없는지"를 확실히 확인하는 체계적인 실패 과정을 거칩니다.
DNS 조회의 '실패 확인' 여정
이전의 성공적인 DNS 조회 과정과 비교해 보면 이해가 쉽습니다.
시작은 동일: 내 컴퓨터의 브라우저, OS 캐시, hosts 파일, 공유기 캐시를 순서대로 확인합니다. 여기에 정보가 없다는 것은 동일합니다.
DNS 리졸버(ISP 서버)로 요청: 내 컴퓨터는 설정된 DNS 리졸버에게 www.google.com의 IP 주소를 물어봅니다.
재귀적 조회의 시작: DNS 리졸버는 루트(.) 서버부터 여행을 시작합니다.
"없다"는 응답의 전파 (The Negative Answer Chain): 여기서부터 시나리오가 갈립니다. "정보가 없다"는 것에도 여러 종류가 있습니다.
시나리오 1: 도메인 자체가 존재하지 않을 때 (예:
www.goooogle-nonexistent.com)a. 루트 서버 → TLD 서버: 루트 서버는 .com TLD 서버의 주소를 알려줍니다. (성공) b. TLD 서버 → 권한 네임 서버: TLD 서버는 goooogle-nonexistent.com을 관리하는 네임 서버를 찾아보지만, 등록된 정보가 없습니다. c. TLD 서버의 최종 응답: TLD 서버는 DNS 리졸버에게 "내가 .com의 관리자인데, goooogle-nonexistent.com이라는 도메인은 내 장부에 등록된 적이 없어" 라는 공식적인 '없음' 응답을 보냅니다.
시나리오 2: 도메인은 존재하지만, 특정 서브도메인(
www)이 없을 때 (예:google.com은 있지만wwwwww.google.com은 없을 때)a. 루트 서버 → TLD 서버 → 구글 네임 서버: 이 과정은 성공적으로 진행되어, DNS 리졸버는 google.com을 담당하는 구글의 권한 네임 서버(Authoritative Name Server)까지 찾아갑니다. b. 권한 네임 서버의 최종 응답: 리졸버는 구글 네임 서버에게 "너의 주소록에서 wwwwww의 IP 주소를 알려줘" 라고 묻습니다. c. 구글 네임 서버는 자신의 주소록(Zone File)을 확인하고, wwwwww라는 항목이 없다는 것을 확인합니다. 그리고 "내가 google.com의 최종 책임자인데, wwwwww라는 이름은 우리 주소록에 없어" 라는 공식적인 '없음' 응답을 보냅니다.
NXDOMAIN: 결정적인 "없음" 신호 위 두 시나리오에서 DNS 서버가 보내는 공식적인 '없음' 응답을
NXDOMAIN(Non-Existent Domain) 이라고 합니다. 이는 "내가 책임지고 확인했는데, 당신이 찾는 도메인 이름은 존재하지 않음이 확실하다"는 뜻의 명확한 응답 코드입니다.실패 정보의 역전파 및 캐싱:
DNS 리졸버는 NXDOMAIN 응답을 받고, 이 "없다"는 정보 또한 네거티브 캐시(Negative Cache)에 일정 시간 동안 저장합니다. (똑같은 없는 주소를 또 물어보는 낭비를 막기 위함입니다.)
리졸버는 내 컴퓨터의 OS에게 NXDOMAIN 응답을 전달하고, OS는 브라우저에게 최종적으로 "그 주소는 존재하지 않는다"고 알려줍니다.
사용자가 보게 되는 최종 결과: 오류 페이지
브라우저는 IP 주소를 얻는 데 실패했으므로, 서버에 연결하는 다음 단계(TCP 핸드셰이크 등)를 아예 시작할 수 없습니다. 대신, 다음과 같은 익숙한 오류 메시지 중 하나를 화면에 표시합니다.
(Chrome) DNS_PROBE_FINISHED_NXDOMAIN - NXDOMAIN이라는 기술 용어가 그대로 드러나는 가장 대표적인 오류입니다.
(Firefox) 흠... 이 사이트에 연결할 수 없습니다 또는 서버를 찾을 수 없습니다
(Edge) 연결할 수 없습니다 또는 이 페이지에 연결할 수 없습니다
(Safari) Safari가 서버를 찾을 수 없습니다
왜 DNS 조회가 실패할까? (실제 원인들)
NXDOMAIN 응답을 받는 이유는 다양합니다.
단순 오타: 가장 흔한 원인입니다. googel.com 처럼 주소를 잘못 입력한 경우.
존재하지 않는 도메인: 해당 도메인 이름이 실제로 등록된 적이 없거나, 만료되어 삭제된 경우.
DNS 서버 자체의 문제: 내가 사용하고 있는 ISP의 DNS 서버나 8.8.8.8 같은 공용 DNS 서버가 일시적으로 다운된 경우.
네트워크 연결 문제: 내 컴퓨터가 DNS 서버까지 도달하는 경로 어딘가에 문제가 생긴 경우.
DNS 전파 지연: 도메인을 방금 막 등록했거나 DNS 정보를 변경한 경우, 그 정보가 전 세계의 모든 DNS 서버로 퍼지는 데 시간이 걸릴 수 있습니다. (최대 48시간)
방화벽 또는 보안 프로그램 차단: 방화벽이 특정 DNS 쿼리를 차단하는 경우.
ISP(Internet Service Provider의 역할
DHCP 서버: "주소 할당 사무소"
핵심 역할: 공인 IP 주소 자동 할당
상세 설명: 우리가 컴퓨터를 켜거나 공유기를 인터넷에 연결하는 순간, 가장 먼저 만나는 서버입니다. 이 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 서버는 ISP가 보유한 수많은 공인 IP 주소 중에서 현재 비어있는 주소 하나를 우리 집 공유기(또는 컴퓨터)에 임대해 줍니다. 이 덕분에 우리는 인터넷에 접속할 때마다 복잡한 IP 주소를 직접 입력할 필요가 없습니다.
비유: 우리가 새로운 도시에 이사 왔을 때, 시청의 '주소 할당 사무소'가 우리 집에 "강남구 테헤란로 123번지"라는 고유한 주소를 자동으로 부여해주는 것과 같습니다. 이 주소가 있어야 다른 곳과 우편물을 주고받을 수 있습니다.
DNS 서버: "도시의 길안내 시스템 (GPS)"
핵심 역할: 도메인 이름(예:
www.google.com)을 IP 주소로 변환상세 설명: 우리가 브라우저에 www.google.com을 입력했을 때, 이 "이름"을 컴퓨터가 이해하는 실제 "IP 주소"로 바꿔주는 역할을 합니다. ISP의 DNS 서버는 우리가 물어보는 거의 모든 웹사이트의 주소를 알고 있거나, 모를 경우 다른 DNS 서버에게 물어봐서라도 알아내 우리에게 알려줍니다. 이 서버가 응답하지 않으면, 우리는 주소를 입력해도 웹사이트에 접속할 수 없습니다.
비유: 도시의 '114 안내 서비스' 또는 'GPS 내비게이션'과 같습니다. "구글 본사"라는 상호명을 알려주면, "강남구 테헤란로 123번지"라는 실제 주소를 찾아 알려주는 역할을 합니다.
인증(Authentication) 서버: "도시 출입 관리소"
핵심 역할: 인터넷 사용 자격 확인 및 관리
상세 설명: 우리가 유효한 고객인지 확인하는 서버입니다. (과거 ADSL 시절에는 ID/비밀번호를 입력하는 PPPoE 방식에서 더 명확하게 드러났습니다.) 이 서버는 우리의 계정 정보를 바탕으로 인터넷 접속을 허용하거나 차단하고, 사용량에 따라 과금을 관리하는 등 고객 관리의 핵심적인 역할을 담당합니다.
비유: 도시로 들어오는 정문의 '출입 관리소'와 같습니다. 유효한 시민증(고객 정보)이 있는 사람만 도시로 들여보내고, 방문 기록을 관리하는 역할을 합니다.
이메일 서버 (SMTP/POP3/IMAP): "공식 우체국"
핵심 역할: ISP가 제공하는 이메일 서비스 관리
상세 설명: 많은 ISP는 고객에게 @myisp.com과 같은 형태의 자체 이메일 계정을 제공합니다. 이메일 서버는 이러한 이메일을 보내고(SMTP), 받고(POP3/IMAP), 저장하는 모든 과정을 처리합니다. 요즘은 Gmail이나 네이버 메일 같은 웹메일을 더 많이 쓰지만, 여전히 ISP의 중요한 기본 서비스 중 하나입니다.
비유: 도시에서 운영하는 '공식 우체국'입니다. 시민들에게 개인 우편함을 제공하고, 편지를 보내고 받는 업무를 처리해 줍니다.
웹 서버: "시청 홈페이지 및 공지 게시판"
핵심 역할: ISP의 공식 웹사이트 및 고객 서비스 페이지 운영
상세 설명: 우리가 요금을 확인하거나, 서비스를 신청하거나, 고객 지원을 받기 위해 접속하는 ISP의 공식 홈페이지를 운영하는 서버입니다. 또한, 과거에는 고객들이 개인 홈페이지를 만들 수 있도록 약간의 서버 공간을 제공하기도 했습니다.
비유: '시청 공식 홈페이지'나 '주민센터의 공지 게시판'과 같습니다. 도시의 공식적인 정보를 제공하고 민원 업무를 처리하는 창구 역할을 합니다.
라우터가 구글 웹서버를 찾아가는 과정
📦 IP와 MAC의 역할을 '택배 배송'으로 비유한 설명
🧠 핵심 비유 요소
패킷
택배 (배송될 정보)
프레임
택배 상자 (겉 포장, MAC 주소 포함)
라우터
물류센터 or 분기 허브
IP 주소
최종 수신자 주소 (예: 부산시 해운대)
MAC 주소
바로 다음 물류차량 주소 (다음 허브)
전달 수단
물류 트럭 (전송 매체, 케이블 등)
🚚 배송 여정 3단계 설명
1️⃣ 출발 – 내 집에서 택배 접수
내가 보낼 택배 안에 '구글 서버(172.217.175.100)'라는 주소를 적음.
IP 주소 = 최종 수신자 주소
택배를 상자(프레임) 에 포장하고, 바로 다음 물류차량(MAC 주소)을 적음.
2️⃣ 중간 – 물류센터 허브 경유
각 라우터(물류센터)는 택배 겉면(IP 주소) 을 보고 다음 갈 허브를 결정 (라우팅 테이블 = 배송 지도).
“부산 가려면 대전 → 대구 → 부산으로 보내야지.”
하지만 라우터는 한 번에 한 구간(한 허브)만 보냄.
구간별로 MAC 주소는 계속 바뀜:
서울 → 대전 MAC
대전 → 대구 MAC
대구 → 부산 MAC
3️⃣ 도착 – 최종 허브에서 수령자에게 전달
마지막 라우터는 구글 서버로 직접 전달.
이때도 MAC 주소는 직접 연결된 대상을 가리킴.
IP는 한 번도 바뀌지 않지만, MAC 주소는 각 구간마다 계속 새로 포장.
✅ 최종 요약 표
의미
최종 목적지 주소 (예: 해운대 우동)
다음 전달 대상의 물리 주소 (MAC)
비유
택배 안에 적힌 수신자 주소
상자 겉면에 적힌 바로 다음 물류차량 주소
범위
인터넷 전체 (End-to-End)
로컬 네트워크 내 (Hop-by-Hop)
사용 시점
모든 라우터가 참고
각 라우터가 바로 다음 허브에게 전달 시
변하는가?
❌ 고정 (처음부터 끝까지)
✅ 구간마다 계속 바뀜
🧩 결론
IP 주소는 택배의 최종 목적지를 알려주는 주소표, MAC 주소는 바로 다음 허브까지 안전하게 전달하기 위한 표식입니다.
각 구간에서 프레임(MAC 기반 상자) 으로 포장하고, 최종적으로는 IP 목적지까지 도달하는 식이죠.
구글 웹서버 장비에서 어떻게 트래픽이 웹 서비스로 접근하나요?
인터넷을 통해 구글 데이터 센터의 문 앞까지 도착한 트래픽이, 어떻게 그 거대한 건물 안의 수많은 서버 장비 중 정확한 하나의 웹 서비스 프로세스까지 도달하는지 알아보겠습니다.
이 과정은 마치 거대한 쇼핑몰에 도착한 고객이, 특정 매장의 특정 계산원에게 정확히 찾아가는 과정과 매우 유사합니다.
구글 데이터 센터: 초대형 쇼핑몰 단지
로드 밸런서: 쇼핑몰의 정문이자 중앙 안내 데스크
서버 장비 (랙의 한 칸): 쇼핑몰 안의 특정 매장 (예: '구글 스토어 1호점')
네트워크 카드 (NIC): 매장의 자동문
운영체제 (OS): 매장 내부의 모든 직원과 시스템을 총괄하는 점장
포트 번호: 매장 안의 특정 계산대 번호 (예: '웹 문의 전용 443번 계산대')
웹 서비스 프로세스 (GWS): 그 계산대에서 대기 중인 계산원
1단계: 로드 밸런서 (Load Balancer) - 쇼핑몰의 중앙 안내 데스크
데이터 패킷이 구글 데이터 센터에 도착하면, 가장 먼저 만나는 것은 개별 웹 서버가 아니라 로드 밸런서라는 매우 중요한 장비입니다.
역할:
대표 주소 역할: www.google.com의 공인 IP 주소는 사실 이 로드 밸런서를 가리키는 경우가 많습니다. 즉, 모든 트래픽을 가장 먼저 받는 '관문'입니다.
트래픽 분산: 로드 밸런서는 수천, 수만 대의 실제 웹 서버들의 상태를 실시간으로 확인합니다. "어떤 서버가 가장 한가한가?", "어떤 서버가 응답이 없는가?" 등을 계속 체크합니다. 그리고 들어온 요청(트래픽)을 가장 최적의 상태에 있는 웹 서버에게 전달해 줍니다.
SSL/TLS 처리 (Termination): 많은 경우, 이 로드 밸런서가 암호화된 HTTPS 트래픽을 해독(복호화)하는 작업을 전담합니다. 이렇게 하면 개별 웹 서버들이 암호 해독에 CPU 자원을 낭비하지 않고, 오직 웹 페이지를 만드는 핵심 작업에만 집중할 수 있어 효율이 극대화됩니다.
비유: 쇼핑몰 정문의 안내 데스크 직원이 고객을 보고, "지금 '구글 스토어 1호점'이 가장 한가하니 그쪽으로 가세요"라고 안내하며, 동시에 고객의 외투를 받아주는(암호 해독) 것과 같습니다.
2단계: 네트워크 카드 (NIC) - 매장의 자동문
로드 밸런서가 "이 요청은 서버 135번으로 보내라"고 결정하면, 데이터 패킷은 마침내 특정 서버 장비의 네트워크 카드(NIC, 랜 카드)에 도착합니다.
역할:
물리적 연결점: 서버와 네트워크를 연결하는 하드웨어입니다.
MAC 주소 확인: 패킷을 감싸고 있는 이더넷 프레임의 목적지 MAC 주소가 자신의 MAC 주소와 일치하는지 확인합니다. 일치하면 패킷을 받아들이고, 아니면 무시합니다.
CPU 부담 감소: 받은 패킷을 CPU에 직접 전달하지 않고, DMA(Direct Memory Access) 기술을 사용해 서버의 메모리(RAM)의 특정 영역에 직접 복사해 넣습니다. 그 후 CPU에게 "메모리에 새 패킷 도착했으니 확인해봐" 라고 신호(인터럽트)를 보냅니다.
비유: 고객이 '구글 스토어 1호점'의 자동문(NIC) 앞에 도착합니다. 자동문은 우리 매장 고객이 맞는지(MAC 주소) 확인하고 문을 열어주며, 고객의 요청서를 매장 안 '접수함'(RAM)에 넣어두고 점장에게 "새로운 요청서가 들어왔습니다"라고 알립니다.
3단계: 운영체제(OS)의 네트워크 스택 - 점장의 서류 처리
CPU는 NIC의 신호를 받고, 운영체제(OS)의 핵심인 커널(Kernel)을 시켜 메모리에 도착한 패킷을 처리하도록 지시합니다. 이 과정은 '역캡슐화(De-encapsulation)'라고 불리며, 양파 껍질을 벗기듯 패킷을 분석합니다.
2계층 처리: 커널은 이더넷 프레임(MAC 주소 정보)을 확인하고 버립니다.
3계층 처리: 남은 IP 패킷을 보고, 목적지 IP 주소가 자신(서버)의 IP 주소와 일치하는지 최종 확인합니다. 그리고 IP 헤더를 버립니다.
4계층 처리: 이제 남은 것은 TCP/UDP 세그먼트입니다. 커널은 여기서 가장 중요한 정보인 목적지 포트 번호(Destination Port Number)를 확인합니다. (HTTPS의 경우 443번)
비유: 점장(OS 커널)이 접수함에서 요청서를 꺼내, 겉봉투(이더넷 프레임)와 속봉투(IP 패킷)를 차례로 뜯어냅니다. 그리고 마침내 내용물을 확인하고, 서류 상단에 적힌 "처리 부서: 443번 계산대" 라는 정보를 발견합니다.
4단계: 포트와 소켓(Socket) - 정확한 계산대 찾아가기
이제 OS는 이 데이터를 어떤 프로그램에게 전달해야 할지 결정해야 합니다.
리스닝(Listening) 프로세스: 구글 웹 서버 프로그램(Google Web Server, GWS)은 서버가 부팅될 때 미리 실행되어 OS에게 이렇게 말해 둡니다. "나는 웹 서버인데, 앞으로 443번 포트로 들어오는 모든 데이터는 나에게 보내줘. 내가 그 포트에서 귀 기울여 듣고(Listening) 있을게."
소켓(Socket) 테이블: OS는 어떤 프로그램이 어떤 포트에서 '리스닝'하고 있는지 테이블 형태로 관리합니다. 이 연결 통로의 개념을 소켓(Socket)이라고 합니다.
데이터 전달: OS는 들어온 패킷의 목적지 포트가 443번인 것을 확인하고, 소켓 테이블을 참조하여 "아, 이 데이터는 GWS 프로세스가 받기로 했지!" 라고 판단합니다. 그리고 해당 데이터를 GWS 프로세스에게 최종적으로 전달합니다.
비유: 점장은 "443번 계산대"가 '웹 문의 전용 계산대'라는 것을 알고 있습니다. 그리고 그곳에서 대기 중인 계산원(GWS 프로세스)에게 고객의 요청서를 정확하게 건네줍니다.
5단계: 웹 서비스 애플리케이션 - 계산원의 업무 처리
드디어 데이터가 최종 목적지인 웹 서비스 애플리케이션(GWS)에 도착했습니다.
GWS는 전달받은 데이터(HTTP 요청 메시지)를 읽고 파싱합니다.
GET /search?q=gemini ... 와 같은 요청 내용을 분석하여, 사용자가 무엇을 원하는지 파악합니다.
필요한 작업을 수행하고(검색 엔진을 돌리거나, 데이터베이스를 조회하는 등), 그 결과를 바탕으로 응답할 HTML 페이지를 생성합니다.
생성된 응답 데이터를 다시 OS에게 전달하여, 위 과정을 정확히 역순으로 거쳐 사용자에게 보냅니다.
이처럼 데이터 센터에 도착한 트래픽은 로드 밸런서, NIC, OS 커널, 소켓 등 여러 계층의 정교한 시스템을 거쳐, 수많은 프로세스 중 단 하나의 올바른 웹 서비스 프로세스에게 정확하게 전달되는 것입니다.
트래픽은 사용자의 PC에서 구체적으로 어떤 과정을 거쳐 빠져나가나요? TCP/IP 4 계층을 기준으로 설명
💌 캡슐화(Encapsulation) 과정과 MTU: 데이터를 포장하여 전송하는 여정
TCP/IP 4계층 모델을 기준으로, "편지를 해외로 보내는 과정" 에 비유해 설명하며, MTU와 데이터 단편화(Fragmentation) 과정까지 자연스럽게 통합합니다.
📤 4계층: 애플리케이션 계층 (Application Layer)
역할: 사용자와 직접 상호작용하며 데이터를 생성
예시: 브라우저가 HTTP 요청 메시지를 생성
비유: 편지지에 내용을 작성하는 단계 (예: “안녕하세요, 구글에서 gemini를 검색하고 싶습니다”)
포장 없음: 이 시점의 데이터는 '내용' 그 자체입니다.
📦 3계층: 전송 계층 (Transport Layer)
역할: 데이터의 신뢰성 있는 전송 및 포트 구분
작업:
애플리케이션 계층에서 내려온 메시지를 TCP 세그먼트로 변환
TCP 헤더 부착: 출발지 포트, 목적지 포트, 시퀀스 번호 등
비유: 편지를 부서 번호가 적힌 첫 번째 봉투에 담음 (예: 보내는 사람: 포트 51000 / 받는 사람: 포트 443)
이 단계에서도 데이터가 너무 클 경우 세그먼트 분할(Segmentation) 이 발생합니다. 하지만 이 때의 분할은 애플리케이션 논리 기준에 가깝고, 실제 네트워크 전송 가능 여부는 다음 계층인 인터넷 계층에서 판단합니다.
📦 2계층: 인터넷 계층 (Internet Layer) + ✂️ MTU와 단편화(Fragmentation)
역할: IP 주소 기반으로 데이터를 목적지까지 전달
작업:
TCP 세그먼트를 받아 IP 패킷(Packet) 으로 포장
IP 헤더 부착: 출발지 IP, 목적지 IP 등
비유: TCP 봉투를 더 큰 상자에 넣고 건물 주소(IP)를 적음 (예: 보내는 주소: 203.0.113.10 / 받는 주소: 172.217.175.100)
🧱 여기서 등장하는 MTU (Maximum Transmission Unit)
MTU란? 네트워크 인터페이스가 한 번에 보낼 수 있는 최대 프레임 크기를 의미하며, 이더넷의 기본 MTU는 일반적으로 1,500바이트입니다.
🪓 IP 패킷이 MTU보다 클 경우?
계산:
MTU = 1500바이트 (이더넷 기준)
이더넷 헤더+트레일러 = 18바이트
남는 공간 = 1482바이트 (IP + TCP + Data 포함)
분할 필요:
TCP + IP 헤더 합쳐서 약 40바이트 → 데이터는 약 1460바이트까지만 가능
데이터를 초과하면 IP 계층에서 조각(Fragmentation) 작업이 발생
프래그멘테이션(Fragmentation):
IP 계층은 큰 패킷을 여러 조각(Fragment) 으로 나눔
각 조각은 자체 IP 헤더를 가지고 전송됨
조각 정보는 IP 헤더의 Identification / Fragment Offset / MF(More Fragment) 필드에 저장
재조립(Reassembly):
목적지 IP 계층에서 다시 조립됨
순서가 꼬이면 오류 발생 → UDP에서는 종종 유실됨
⚠️ MTU 관련 이슈
Path MTU Discovery (PMTUD): 목적지까지 가는 경로의 가장 작은 MTU 값을 찾기 위한 기법 → ICMP 메시지를 이용해 "이거 너무 커요"를 알리고, 송신 측이 자동 조절
IP Fragmentation 문제점:
하나라도 손실되면 전체 패킷 무효
처리 비용 증가
MTU 문제로 인한 TCP 성능 저하 가능
📦 1계층: 네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer)
역할: 프레임 단위로 물리 전송 (MAC 주소 사용)
작업:
IP 패킷(또는 IP 조각)을 받아 프레임(Frame)으로 포장
이더넷 헤더 부착:
출발지 MAC 주소: 내 컴퓨터 NIC 주소
목적지 MAC 주소: 다음 홉(라우터)의 MAC 주소
0과 1의 비트로 변환 후 신호로 전송
비유: 택배 상자를 마지막 컨테이너에 실어 '바로 다음 배송기사(MAC)'에게 전달 (IP 주소는 최종 목적지지만, MAC 주소는 다음 인계 지점까지)
🧩 최종 요약 표: 캡슐화 + MTU 개념 포함
4. 애플리케이션 계층
데이터 (Message)
없음
편지 내용 작성
없음
3. 전송 계층
세그먼트 (Segment)
TCP 헤더 (포트 번호, 순번 등)
부서 봉투에 담음
세그먼트화 가능
2. 인터넷 계층
패킷 (Packet)
IP 헤더 (출발/도착 IP, 조각 정보 등)
택배 상자에 포장
✂️ 조각(Fragmentation) 발생
1. 네트워크 인터페이스 계층
프레임 (Frame)
이더넷 헤더 (MAC 주소), 트레일러 등
마지막 컨테이너 → 다음 배송기사
MTU: 최대 프레임 크기 제한
✅ 결론 요약
MTU는 프레임 단위로 전송 가능한 최대 크기를 의미합니다.
데이터를 전송하기 전, IP 계층에서 MTU를 넘는 경우 조각화(Fragmentation) 가 발생합니다.
MTU 설정은 성능, 신뢰성, 호환성에 큰 영향을 줍니다.
최신 네트워크는 Path MTU Discovery 기능을 통해 자동 최적화합니다.
TCP와 UDP의 차이
TCP와 UDP는 둘 다 4계층인 전송 계층에 속하는 프로토콜이지만, 데이터를 전송하는 방식에서 큰 차이를 보입니다.
TCP는 먼저 3-way 핸드셰이크를 통해 연결을 수립하고, 데이터를 세그먼트(Segment)라는 단위로 나누어 전송합니다. 그리고 데이터를 보낸 후에는 상대방으로부터 ACK(응답)를 받아야만 다음 데이터를 보내는 흐름 제어나, 중간에 데이터가 유실되면 재전송하는 오류 제어 등을 통해 데이터가 순서에 맞게, 그리고 누락 없이 전달되는 것을 보장합니다. 이러한 신뢰성 때문에 웹 통신(HTTP), 파일 전송(FTP), 이메일처럼 데이터의 완전성이 중요한 서비스에 사용됩니다.
반면 UDP는 데이터를 데이터그램(Datagram)이라는 단위로 전송하며, TCP와 같은 연결 설정이나 응답 확인 절차가 없습니다. 그냥 일방적으로 데이터를 보내기 때문에 신뢰성은 낮지만, 그만큼 오버헤드가 적어 속도가 매우 빠르다는 장점이 있습니다. 따라서 약간의 데이터 손실을 감수하더라도 실시간성이 더 중요한 실시간 스트리밍, 온라인 게임, 인터넷 전화(VoIP) 같은 서비스에 주로 사용됩니다."
웹 소켓(WebSocket)은 기존의 HTTP와 어떻게 다르며, 어떤 경우에 사용하는 것이 적합한가요?
처음엔 HTTP로 연결하고, 그 후에는 최소한의 헤더로 정보를 교환한다.
왜 처음엔 HTTP를 사용할까?
웹소켓은 완전히 새로운 프로토콜이지만, 기존의 웹 환경 (HTTP) 위에서 작동하도록 설계되었다. 만약 완전히 다른 포트를 사용한다면 , 수많은 방화벽과 프록시 서버들이 이 새로운 종류의 트래픽을 차단할 것이다. 과정 : 클라이언트는 서버에 일반적인 HTTP 'GET' 요청을 보낸다. 특별한 헤더 추가 : 하지만 HTTP 헤더에 웹소켓으로 바꿔줘!라는 특별한 신호가 추가된다. - Connection : Upgrade : " 이 연결을 다른 프로토콜로 업그레이드하고 싶어. - Upgrade: websocket : 그 다른 프로토콜은 바로 웹소켓 - Sec-Webscoket-key : 내가 진짜 웹소켓 클라이언트가 맞는지 확인해봐.
서버의 응답 HTTP 상태 코드 101 : 서버는 알았어, 프로토콜을 바꾸자! 라는 의미로 '101 Switiching Protocols 라는 특별한 상태 코드로 응답한다.
Connection : Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Accept : 클라이언트가 보낸 Sec-WebSocket-Key를 바탕으로 암호화하여 만든 값.
"최소화된 헤더"의 정체: 프레임 (Frame) 이제 HTTP라는 껍데기는 버리고, 처음에 맺었던 TCP 연결 위에서 완전한 양방향 직통 전화 (Full-Duplex Connection)이 개설된다.
웹소켓 프레임의 구조: * FIN (1 bit): 이 프레임이 메시지의 마지막 조각인지 알려줍니다. * Opcode (4 bits): 이 프레임의 데이터가 텍스트인지, 바이너리인지, 아니면 연결 유지를 위한 신호(Ping/Pong)인지 등을 알려줍니다. * Payload length (7 bits ~ 64 bits): 실제 데이터의 길이가 얼마인지 알려줍니다. * Payload data: 실제 전송할 데이터 (메시지 내용)
핵심적인 차이:
HTTP 헤더: 수백 바이트(bytes)에 달하며, 매 요청/응답마다 반복적으로 전송되어 오버헤드가 매우 큽니다.
WebSocket 프레임 헤더: 최소 2바이트(bytes)밖에 되지 않습니다. 오버헤드가 거의 없어 매우 빠르고 효율적인 통신이 가능합니다.
비유: 일단 직통 전화가 연결되면, 더 이상 "저는 서울 사는 김철수이고, 부산 사는 이영희님께..." 라고 말할 필요가 없습니다. 그냥 "밥 먹었어?" 라는 핵심 내용만 말하면 됩니다. 이 짧은 대화가 바로 웹소켓 프레임입니다.
연결 유지를 위해 주기적인 Health Check가 필요함.
HTTP와무상태성 , 비연결성
HTTP란 서버와 클라이언트가 서로 데이터를 주고받기 위해 사용되는 통신 규약, 문서 뿐 아니라 여러 종류의 데이터를 전송할 수 있다.
Stateless (무상태성) : 필요한 상태에 대한 정보를 클라이언트가 가지고 오기 때문에 클라이언트의 요청에 어느 서버가 응답해도 상관 없음. 따라서 클라이언트의 요청이 대폭 증가하면 서버를 증설해 해결할 수 있다.
Connectionless(비연결성) : 클라이언트가 서버에 요청을 하고 응답을 받으면 바로 TCP/IP 연결을 끊어 연결을 유지하지 않음으로써 서버의 자원을 효율적으로 관리하고 수 많은 클라이언트의 요청에 대응할 수 있게 한다.
HTTP 버전 별 특징 정리
HTTP 0.9 스펙
TCP/IP 링크 위에서 동작하는 ASCII 프로토콜
하이퍼 텍스트 문서(html)을 가져오기만 하는 GET 동작만 지원
HTTP 헤더 X , 상태 코드 X
서버와 클라이언트 간의 연결은 모든 요청 후에 닫힘
HTTP 1.0
TCP의 3-way-handshake와 4-way-handshake 과정을 설명해주세요.
TCP가 혼잡 제어를 하는 메커니즘
TCP가 흐름 제어를 하는 메커니즘
TCP가 신뢰성을 보장하는 방법
TCP의 최적화?
HTTPS의 동작 원리를 SSL/TLS 핸드셰이크 과정과 함께 설명해주세요.
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사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드의 차이점은 무엇인가요?
CPU 스케줄링 알고리즘(FCFS, SJF, Priority, Round Robin)에 대해 설명하고, 각각의 장단점을 비교해주세요.
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OSI 7계층과 TCP/IP 4계층 모델을 비교 설명해주세요.
서브넷 마스크(Subnet Mask)의 역할은 무엇인가요?
NAT(Network Address Translation)는 왜 필요하며, 어떻게 동작하나요?
HTTP 상태 코드 301, 302, 304, 307의 차이점을 설명해주세요.
컨텍스트 스위칭(Context Switching)이란 무엇이며, 이로 인해 발생하는 오버헤드는 무엇인가요?
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