HTTP와 IP주소

IP 주소

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인터넷 계층에 IP 주소를 쓴다.

• 컴퓨터 - 컴퓨터 간의 통신
  • IP 주소에서 ARP를 통해 MAC 주소를 찾아 MAC 주소를 기반으로 통신
• IP 주소를 이용한 위치 추척
  • IP 주소는 인터넷에서 사용하는 네트워크 주소이기 때문에 이를 통해 동 또는 구까지 위치 추적 가능

ARP (Address Resolution Protocol)

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IP 주소로부터 MAC 주소를 구하는 IP와 MAC 주소의 다리 역할을 하는 프로토콜

ARP를 통해 IP 주소(가상 주소, 논리적 주소)를 -> MAC 주소(실제 주소, 물리적 주소)로 변환
RARP를 통해 MAC 주소 -> IP 주소로 변환

ARP의 주소 찾는 과정

![[Pasted image 20230116003053.png]]

• 장치 A가 Request 브로드캐스트 전송 -> IP주소(120.70.80.3)에 해당하는 MAC 주소 찾음 -> 해당 주소에 맞는 장치 B가 "ARP reply 유니 캐스트"를 통해 MAC 주소 반환 과정 거침 -> IP 주소에 맞는 MAC 주소 찾음
  • 브로드캐스트 : 송신 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송되는 방식
  • 유니캐스트 : 고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1:1로 데이터를 전송하는 방식

홉바이홉 통신 (hop by hop)

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수많은 서브네트워크 안에 있는 라우터의 라우팅테이블의 IP를 기반으로 패킷 전달
전달해나가며 라우팅을 수행하여 최종 목적지까지 패킷 전달

• 통신망에서 각 패킷이 여러 개의 라우터를 건너감

![[Pasted image 20230116003812.png]]

• 통신 장치에 있는 '라우팅 테이블'의 IP를 통해 시작 주소부터 시작하여 다음 IP로 계속해서 이동하는 '라우팅' 과정을 거쳐 패킷이 최종 목적지까지 도달하는 통신
  • 라우팅 : IP 주소를 찾아가는 과정

라우팅 테이블(routing table)

• 송신지에서 수신지까지 도달하기 위해 사용된다.
• 라우터에 들어가 있는 목적지 정보들과 그 목적지로 가기 위한 방법이 들어 있는 리스트
• 게이트웨이와 모든 목적지에 대해 해당 목적지에 도달하기 위해 거쳐야 할 다음 라우터의 정보를 가지고 있다.

게이트웨이(gateway)

서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 컴퓨터나 소프트웨어

• 서로 다른 네트워크상의 통신 프로토콜을 변환해주는 역할
• 사용자는 인터넷에 접속하기 위해 수많은 톨게이트인 게이트웨이를 거쳐야 한다.
  ![[Pasted image 20230116004139.png]]
• 게이트웨이 확인 방법
  • 라우팅 테이블을 통해 볼 수 있다.
  • 라우팅 테이블은 netstat -r 명령어 실행하여 확인
    • 라우팅 테이블(IPv4 경로 테이블, IPv6 경로 테이블), 게이트웨이, 인터페이스 등을 볼 수 있다.

IP 주소 체계

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IP 주소 구분

• IPv4
  • 32비트를 8비트 단위로 점 표기 (ex. 123.45.67.89)
• IPv6
  • 128비트 -> 16비트 단위로 점 표기 (ex. 2001:db8::ff00:42:8329)

클래스 기반 할당 방식 (Classful Network Addressing)

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A, B, C, D, E 다섯 개의 클래스로 구분하는 방식
앞에 있는 부분을 네트워크 주소, 그 뒤에 있는 부분을 호스트 주소(컴퓨터에 부여하는 주소)로 놓아서 사용한다.

![[Pasted image 20230116152948.png]]

• 클래스 A,B,C : 일대일 통신으로 사용
  • 클래스 A의 범위 : 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
• 클래스 D : 멀티캐스트 통신
• 클래스 E : 앞으로 사용할 예비용

![[Pasted image 20230116153248.png]]

• 구분 비트 : 아래 맨 왼쪽에 있는 비트로, 클래스 간의 IP가 나눠진다.
  • 클래스 A : 0
  • 클래스 B : 10
  • 클래스 C : 110
• 네트워크의 첫 번쩨 주소 : 네트워크 주소로 사용된다.
• 네트워크의 마지막 주소 : 브로드캐스트용 주소로 사용된다.
  • 네트워크에 속해 있는 모든 컴퓨터에 데이터를 보낼 때 사용

![[Pasted image 20230116153702.png]]

• 클래스 A로 12.0.0.0 네트워크 부여 받았다고 가정
  • 12.0.0.1 ~ 12.255.255.254의 호스트 주소(컴퓨터에 부여할 수 있는 주소)를 부여받은 것
  • 사용하면 안되는 주소
    • 첫 번째 주소인 12.0.0.0 : 네트워크 구별 주소로 사용 X
    • 마지막 주소인 12.255.255.255 : 브로드캐스트용으로 남겨두어야 하므로 사용 X
• 사용 시 단점
  • 사용하는 주소보다 버리는 주소가 많다.
  • 이를 해소하기 위해 DHCP, IPv6, NAT 등장

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

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IP 주소 및 기타 통신 매개변수를 자동으로 할당하기 위한 네트워크 관리 프로토콜

• 네트워크 장치의 IP 주소를 수동으로 설정할 필요 없이 인터넷에 접속할 때마다 자동으로 IP 주소 할당 가능
• 많은 라우터와 게이트웨이 장비에 DHCP 기능이 있다.
• 이를 통해 대부분의 가정용 네트워크에서 IP 주소 할당

NAT (Network Address Translation)

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패킷이 라우팅 장치를 통해 전송되는 동안 패킷의 IP 주소 정보를 수정하여 IP 주소를 다른 주소로 매핑하는 방법

• NAT로 공인 IP 와 사설 IP로 나눠서 많은 주소 처리
  • IPv4 주소 체계만으로는 많은 주소들을 모두 감당하지 못하는 단점 해결
• 장점
  • 내부 네트워크에서 사용하는 IP 주소와 외부에 드러나는 IP 주소를 다르게 유지할 수 있기 때문에 내부 네트워크에 대한 어느 정도의 보안이 가능해진다.
• 단점
  • 여러 명이 동시에 인터넷 접속하게 되므로 실제로 접속하는 호스트 숫자에 따라 접속 속도가 느려질 수 있다.
• NAT를 가능하게 하는 소프트웨어
  • ICS
  • RRAS
  • Netfiler 등

![[Pasted image 20230116154540.png]]
NAT 장치를 통해 사설 IP를 공인 IP로 변환하거나 공인 IP를 사설 IP로 변환하는 데 쓰인다.

• 192.168.0.xxx를 기반으로 사설 IP(각각 다른 IP)를 가지고 있다.
• NAT 장치를 통해 하나의 공인 IP인 121.165.151.200으로 외부 인터넷 요청 가능
• 하나의 IP인 121.165.151.200을 기반으로 각각의 다른 IP를 가지는 것처럼 인터넷 사용

공유기와 NAT

NAT을 쓰는 이유
- 주로 여러 대의 호스트가 하나의 공인 IP 주소를 사용하여 인터넷에 접속하기 위함
ex. 인터넷 회선 하나 개통하고 인터넷 공유기를 달아 여러 PC 연결하여 사용
- 인터넷 공유기에 NAT 기능이 탑재되어 있기 때문이다.

HTTP

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HTTP는 전송 계층 위에 있는 애플리케이션 계층으로서 웹 서비스 통신에 사용된다.

HTTP/1.0

기본적으로 한 연결당 하나의 요청을 처리하도록 설계되었다.
-> 이는 RTT 증가를 불러오게 된다.

• RTT
  • 패킷이 목적지에 도달하고 나서 다시 출발지로 돌아오기까지 걸리는 시간
  • 패킷 왕복 시간
    ![[Pasted image 20230116160508.png]]

단점
- 서버로부터 파일을 가져올 떄마다 TCP의 3-way handshake를 계속해서 열어야 하기 때문에 RTT가 증가한다.
- 매번 연결 시 RTT 증가로 서버에 부담이 많이 가ㅏ고, 사용자 응답 시간이 길어진다.

RTT의 증가 해결 방법

1. 이미지 스플리팅
2. 코드 압축
3. 이미지 Base64 인코딩

이미지 스플리팅

많은 이미지 다운로드 시에 과부화가 걸리기 때문에 많은 이미지가 합쳐 있는 하나의 이미지를 다운로드 받고,
이를 기반으로 background-image의 position을 이용하여 이미지를 표기하는 방법

• background-image: url("icons.png");, background-position 등을 기반으로 이미지를 설정

코드 압축

코드를 압축하여 개행 문자, 빈칸을 없애 코드의 크기를 최소화하는 방법

• 개행 문자, 띄어쓰기 등이 사라져 코드 용량이 줄어든다.

이미지 Base64 인코딩

이미지 파일을 64진법으로 이루어진 문자열로 인코딩하는 방법

• 인코딩 : 정보의 형태나 형식을 표준화, 보안, 처리 속도 향상, 저장 공간 절약 등을 위해 다른 형태나 형식으로 변환하는 처리 방식
• 장점
  • 서버와의 연결을 열고 이미지에 대해 서버에 HTTP 요청 불필요
• 단점
  • Base64 문자열로 변환할 경우, 37% 정도 크기가 커진다.

HTTP/1.1

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HTTP/1.0에서 발전한 것으로, 매번 TCP 연결을 하는 것이 아니라 한 번 TCP 초기화를 한 이후에 keep-alive 기본 옵션으로 여러 개의 파일을 송수신할 수 있다.

![[Pasted image 20230116161212.png]]

• 장점
  • 한 번 TCP 3-way handshake 발생하면 그다음부터 발생하지 않는다.
• 단점
  • 문서 안에 포함된 다수의 리소스(css,이미지,script파일)를 처리하려면 요청할 리소스 개수에 비례해서 대기 시간이 길어진다.

HOL Blocking (Head Of Line Blocking)

네트워크에서 같은 큐에 있는 패킷이 그 첫 번째 패킷에 의해 지연될 때 발생하는 성능 저하 현상

• 예를 들어 jpg,css,xml을 다운받을 때 jpg가 느리게 받아지면 그 뒤에 있는 파일들이 대기하게 되며 다운로드가 지연되는 상태가 된다.

무거운 헤더 구조

HTTP/1.1의 헤더에는 쿠키 등 많은 메타데이터가 들어 있고, 압축되지 않아 무겁다.

HTTP/2

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SPDY 프로토콜에서 파생된 HTTP/1.x 보다 지연 시간을 줄이고 응답 시간을 더 빠르게 할 수 있다.
멀티플렉싱, 헤더 압축, 서버 푸시, 요청의 우선순위 처리를 지원하는 프로토콜

멀티플렉싱

여러 개의 스트림을 사용하여 송수신

• 특정 스트림의 패킷이 손실되었다고 해도 해당 스트림에만 영향을 미치고 나머지 스트림은 멀쩡하게 동작 가능하게 한다.
• 스트림 (stream) : 시간이 지남에 따라 사용할 수 있게 되는 일련의 데이터 요소를 가리키는 데이터 흐름

장점

• 단일 연결을 사용하여 병렬로 여러 요청을 받을 수 있고 응답을 줄일 수 있다.
  • HTTP/1.x에서 발생하는 문제인 HOL Blocking 해결 가능
• 헤더 압축
  • HTTP/1.x의 크기가 큰 헤더 문제 해결 가능
  • 허프만 코딩 압축 알고리즘을 사용하는 HPACK 압축 형식을 가진다.
• 서버 푸시
  • HTTP/1.1에서 클라이언트가 서버에 요청을 해야 파일을 다운로드 받을 수 있었다.
  • HTTP/2는 클라이언트 요청 없이 서버가 바로 리소스를 푸시할 수 있다.

![[Pasted image 20230116161839.png]]
- 하나 연결 내 여러 스트림 모습
- 병렬적인 스트림들을 통해 데이터를 서빙하고, 스트림 내의 데이터들이 쪼개져 있다.
- 애플리케이션에서 받아온 메시지를 독립된 프레임으로 조각내어 서로 송수신한 이후 다시 조립하며 데이터를 주고받는다.

• 허프만 코딩 (Huffman coding)
  • 문자열을 문자 단위로 쪼개 빈도수를 세어 전체 데이터의 표현에 필요한 비트양을 줄이는 원리
  • 빈도가 높은 정보 : 적은 비트 수 사용하여 표현
  • 빈도가 낮은 정보 : 비트 수를 많이 사용하여 표현

HTTPS

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애플리케이션 계층과 전송 계층 사이에 신뢰 계층인 SSL/TLS 계층을 넣은 신뢰할 수 있는 HTTP 요청을 말한다.

• HTTP/2는 HTTPS 위에서 동작

SSL/TLS (Secure Socket Layer/(Transport Layer Security Protocol)

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전송 계층에서 보안을 제공하는 프로토콜
클라이언트와 서버가 통신할 때 SSL/TLS를 통해 제3자가 메시지를 도청하거나 변조하지 못하도록 한다.

• 공격자가 서버인 척하며 사용자 정보를 가로채는 네트워크상의 '인터셉터'를 방지할 수 있다.

• 보안 세션을 기반으로 데이터를 암호화

• 보안 세션이 만들어질 때 인증 메커니즘, 키 교환 암호화 알고리즘, 해싱 알고리즘 사용된다.

• 세션 : 운영체제가 어떠한 사용자로부터 자신의 자산 이용을 허락하는 일정한 기간을 뜻한다.

  • 사용자는 일정 시간 동안 응용 프로그램, 자원 등 사용 가능

보안 세션

보안이 시작되고 끝나는 동안 유지되는 세션

• SSL/TLS는 핸드셰이크를 통해 보안 세션 생성하고 이를 기반으로 상태 정보 공유

![[Pasted image 20230116171240.png]]
TLS의 핸드셰이크

• 클라이언트, 서버와 키 공유 -> 이를 기반으로 단 한 번의 1-RTT (인증, 인증 확인 등 작업이 일어남)가 생김 -> 데이터 송수신
• 클라이언트에서 사이퍼 슈트를 서버에 전달 -> 서버는 받은 사이퍼 슈트의 암호화 알고리즘 리스트 제공 가능한 지 확인 -> 제공 가능하다면 서버에서 클라이언트로 인증서를 보내는 인증 메커니즘이 시작됨 -> 이후 해싱 알고리즘 등으로 암호화된 데이터의 송수신 시작

사이퍼 슈트 (cypher suites)

• 프로토콜, AEAD 사이퍼 모드, 해싱 알고리즘이 나열된 규약
• 총 5개의 규약
  • TLS_AES_128_GCM_SHA256
  • TLS_AES_256_GCM_SHA384
  • TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256
  • TLS_AES_128_CCM_SHA256
  • TLS_AES_128_CCM_8_SHA256
• ex. TLS_AES_128_GCM_SHA256
  • TLS에는 프로토콜
  • AES_128_GCM은 AEAD 사이퍼 모드
  • SHA256은 해싱 알고리즘
  • 뜻하는 세 가지 규약이 들어 있다.

AEAD 사이퍼 모드

• AEAD (Authenticated Encryption with Associated Data)
• 데이터 암호화 알고리즘
• AES_128_GCM 등
• ex. AES_128_GCM
  • 128비트의 키를 사용하는 표준 블록 암호화 기술과 병렬 계산에 용이한 암호화 알고리즘 GCM이 결합된 알고리즘

인증 메커니즘

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CA(Certificate Authorities)에서 발급한 인증서를 기반으로 이루어진다.
CA에서 발급한 인증서는 안전한 연결을 시작하는 데 있어 필요한 ‘공개키’를 클라이언트에 제공하고 사용자가 접속한 ‘서버가 신뢰’할 수 있는 서버임을 보장

• 서비스 정보, 공개키, 지문, 디지털 서명 등으로 이루어져 있습니다.
• 신뢰성이 엄격하게 공인된 기업들만 참여 가능 (Comodo, GoDaddy, GlobalSign, 아마존 등)

CA 발급 과정

• 자신의 서비스가 CA 인증서를 발급받으려면 자신의 사이트 정보와 공개키를 CA에 제출해야 한다.

• 이후 CA는 공개키를 해시한 값인 지문(finger print)을 사용하는 CA의 비밀키 등을 기반으로 CA 인증서를 발급한다.

• 개인키 : 비밀키로, 개인이 소유하고 있는 키이자 반드시 자신만이 소유해야 하는 키

• 공개키 : 공개되어 있는 키

키 교환 암호화 알고리즘

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대수곡선 기반의 ECDHE(Elliptic Curve Diffie-Hellman Ephermeral) 또는 모듈식 기반의 DHE(Diffie-Hellman Ephermeral) 사용
디피-헬만(Diffie-Hellman) 방식을 근간으로 만들어졌다.

디피-헬만 키 교환 암호화 알고리즘 (Diffie-Hellman key exchange)

• 암호키를 교환하는 하나의 방법

• y = g^x mod p

  • 위의 식에서 g와 x와 p를 안다면 y는 구하기 쉽지만, g와 y와 p만 안다면 x를 구하기는 어렵다는 원리에 기반한 알고리즘
    ![[Pasted image 20230116220540.png]]

1. 처음에 공개 값 공유하고 각자의 비밀 값과 혼합한 후, 혼합 값을 공유한다.
2. 각자의 비밀 값과 혼합한다.
3. 공통의 암호화키가 생성된다.

클라이언트와 서버 모두 개인키와 공개키를 생성하고 서로에게 공개키를 보내고 공개키와 개인키를 결합하여 PSK(사전 합의된 비밀키)가 생성되므로 악의적인 공격자가 개인키 또는 공개키를 가지고도 PSK가 없기 때문에 아무것도 할 수 없는 것이다.

해싱 알고리즘

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데이터를 추정하기 힘든 더 작고, 섞여 있는 조각으로 만드는 알고리즘

• SHA-256 알고리즘 (더 많이 쓰인다.)
• SHA-384 알고리즘

SHA-256

해시 함수의 결과값이 256비트인 알고리즘

• 비트 코인을 비롯한 많은 블록체인 시스템에 사용

• 해싱을 해야 할 메시지에 1을 추가하는 등 전처리를 하고, 전처리된 메시지를 기반으로 해시 반환

• 해시

  • 다양한 길이를 가진 데이터를 고정된 길이를 가진 데이터로 매핑(mapping)한 값

• 해싱

  • 임의의 데이터를 해시로 바꿔주는 일이며 해시 함수가 이를 담당

• 해시 함수

  • 임의의 데이터를 입력으로 받아 일정한 길이의 데이터로 바꿔주는 함수

0-RTT

• TLS 1.3은 사용자가 이전에 방문한 사이트로 다시 방문한다면 SSL/TLS에서 보안 세션을 만들 때 걸리는 통신을 하지 않아도 된다.

SEO에도 도움되는 HTTPS

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SEO (Search Engine Optimization) : 검색엔진 최적화

사용자들이 구글, 네이버 같은 검색엔진으로 웹 사이트를 검색했을 때 그 결과를 페이지 상단에 노출시켜 많은 사람이 볼 수 있도록 최적화하는 방법

• 서비스 운영 시 SEO 관리는 필수
• 방법
  • 캐노니컬 설정
    • link에 캐노니컬 설정
  • 메타 설정
    • html 파일의 가장 윗부분인 메타 설정
  • 페이지 속도 개선
    • 구글의 PageSpeedInsights 이용 ( 자신의 서비스에 대한 리포팅을 주기적으로 받으며 관리)
  • 사이트맵(sitemap.xml) 관리
    • 사이트맵 제너레이터를 사용하거나 직접 코드를 만들어 구축

HTTPS 구축 방법

1. 직접 CA에서 구매한 인증키를 기반으로 HTTPS 서비스 구축
2. 서버 앞단의 HTTPS를 제공하는 로드밸런서를 두어 구축
3. 서버 앞단에 HTTPS를 제공하는 CDN을 둬서 구축

HTTP/3

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HTTP/1.1 및 HTTP/2와 함께 World Wide Web에서 정보를 교환하는 데 사용되는 HTTP의 세 번째 버전

• TCP 위에서 돌아가는 HTTP/2와는 달리 HTTP/3은 QUIC이라는 계층 위에서 돌아간다.

• TCP 기반이 아닌 UDP 기반
  ![[Pasted image 20230116222443.png]]

• 장점

  • 멀티플렉싱을 가짐
  • 초기 연결 설정 시 지연 시간 감소

초기 연결 설정 시 지연 시간 감소

QUIC은 TCP를 사용하지 않으므로 통신을 시작할 때 번거로운 3-way handshake 과정을 거치지 않아도 된다.
첫 연결 설정에 1-RTT만 소요
클라이언트가 서버에 어떤 신호를 한 번 주고, 서버도 거기에 응답하기만 하면 바로 본 통신을 시작할 수 있다.

QUIC은 순방향 오류 수정 메커니즘(FEC, Forword Error Correction)이 적용되었다.
전송한 패킷이 손실되었다면 수신 측에서 에러를 검출하고 수정하는 방식
열악한 네트워크 환경에서도 낮은 패킷 손실률을 자랑한다.

QUIC

Quick UDP Internet Connections으로, Quick UDP 인터넷 연결을 의미

• 지연시간이 적은 인터넷 전송 프로토콜
• 사용
  • 게임, 스트리밍 미디어, VoIP서비스
• 장점
  • 커넥션 과정 축소로 인한 전송 속도 향상

정리

1. 그렇다면 HTTPS가 HTTP로 부터 가지는 장점은 무엇일까?

• HTTP는 TCP/IP 프로토콜 상위에서 동작하기에 그 특성 또한 사용
• TCP/IP의 가장 큰 문제로는 도청 및 위장이 가능하다는 점, 통신경로 상에서 엿볼 수 있고, 패킷을 수집하는 것만으로도 도청 가능
• 그렇기 때문에 HTTPS는 통신자체를 암호화시키는 SSL(Secure Socket Layer)과 TLS(Transport Layer Security)라는 다른 프로토콜을 조합한다. 또한 컨텐츠 전송시 그를 암호화시킨다.

2. HTTPS 구축 방법

• 직접 CA에서 구매한 인증키를 기반으로 구축
• 서버 앞단의 HTTPS를 제공하는 로드밸런서를 두어 구축
• 서버 앞단의 HTTPS를 제공하는 CDN을 두어 구축

3. 쿠키와 세션의 차이

• 쿠키 : 사용자 인증에 필요한 정보를 클라이언트에 저장하는 방식
• 세션 : 사용자 인증에 필요한 정보가 서버에 저장되는 방식
• 사용자 정보가 서버에 저장되는 세션이 보안적인 측면에서는 더 우수하지만, 속도적인 측면에서는 서버에서 추가적인 처리가 필요한 세션보다 쿠키가 더 빠르다.