스미스요원

프로세스란 종단 시스템, 즉 어플리케이션 계층에서 실행되는 프로그램을 의미한다.

그럼 프로세스 간의 통신은 언제 일어날까?

먼저 통신 프로세스가 동일한 어플리케이션 계층에서 실행될 때 발생한다.

같은 계층 안에서 프로세스간에 이루어지는 통신은 어플리케이션 계층, 즉 종단 시스템의 운영체제에 따라 그 방식이 결정된다.

두번째로 서로 다른 어플리케이션 계층 간에도 프로세스 통신이 발생할 수 있다.

서로 다른 2개의 종단 시스템에서 프로세스는 컴퓨터 네트워크를 통해 메시지(message)를 교환하는 방식으로 통신한다.

송신 프로세스가 메시지를 만들어 네트워크로 보내면, 수신 프로세스는 메시지를 받아 다시 그에 대한 응답 메시지를 보내는 식이다.

네트워크 통신에서  프로세스 간 통신이라 하면, 주로 이렇게 서로 다른 어플리케이션 계층 간의 통신을 의미한다.

이번 포스팅에서는 네트워크 통신에서의 프로세스 간 통신에 대해 알아보자.

클라이언트 프로세스 & 서버 프로세스

이전 포스팅에서 클라이언트 - 서버 어플리케이션 구조에서는 클라이언트끼리 직접적으로 통신하는 것이 아니라, 서버가 클라이언트와

클라이언트 사이에서 중재자 역할을 하며, 클라이언트가 보낸 데이터를 다시 다른 클라이언트에게 전달해 준다는 내용을 살펴보았다.

이 때 클라이언트가 바로 클라이언트 프로세스를 의미하고, 서버가 서버 프로세스를 의미하며,

클라이언트와 서버 사이를 왔다갔다 하는 데이터가 바로 메시지를 의미한다고 이야기할 수 있다.

즉 클라이언트 브라우저 프로세스가 웹 서버 프로세스와 메시지를 교환하는 경우,

브라우저는 클라이언트 프로세스이고, 웹 서버는 서버 프로세스인 것이다.

P2P 구조에서 피어(peer) 역시 하나의 프로세스라고 할 수 있는데, 이 때 피어는 클라이언트 프로세스가 될 수도 있고,

동시에 서버 프로세스가 될 수도 있다. 

이런 경우 클라이언트 프로세스와 서버 프로세스는 다음과 같이 분리된 개념으로 보면 편하다.

• 클라이언트 프로세스 : 두 프로세스 간의 통신 세션에서 통신을 초기화하는 프로세스

                                      (다른 프로세스와 세션을 시직하기 위해 접속을 초기화 시킴)

• 서버 프로세스 : 세션을 시작하기 위해 접속을 기다리는 프로세스

웹 브라우저는 웹 서버와 접촉을 초기화한다.

따라서 브라우저 프로세스는 클라이언트 프로세스이고, 웹 서버 프로세스는 서버 프로세스이다.

P2P 파일 공유 어플리케이션에 피어 A, B 가 있다고 가정하자.

A 가 B 에게 특정 파일을 보낼 것을 요청하는 경우 A 는 클라이언트 프로세스, B 는 서버 프로세스이다.

반대로 B 가 A 에게 특정 파일을 보낼 것을 요청하는 경우 다시 B 가 클라이언트 프로세스, A 가 서버 프로세스가 된다.

쉽게 말해 요청을 보내는 쪽이 클라이언트, 요청을 받고 응답을 보내주는 쪽이 서버이다.

소켓 between 프로세스 & 컴퓨터 네트워크

대부분의 어플리케이션은 메시지를 주고 받는 두 통신 프로세스의 쌍으로 구성된다.

이 때 두 프로세스간의 메시지는 인터넷, 즉 네트워크를 통해 움직이며, 프로세스는 소켓(socket)을 통해 네트워크로 메시지를 보내거나 받는다.

쉽게 말해 프로세스는 집 이고 소켓은 출입구이며, 메시지는 출입구를 통해 집을 빠져 나간다고 볼 수 있다.

지난 포스팅에서 살펴본 OSI 7 계층을 떠올려 본다면,

소켓은 어플리케이션 계층과 트랜스포트 계층 간의 인터페이스 이며, API 라고 이야기할 수도 있다.

이 때 어플리케이션 개발자는 어플리케이션 계층에 대해서는 모든 통제권을 가지나, 트랜스포트 계층에 대해서는 그렇지 않다.

트랜스포트 계층에 대해 어플리케이션 개발자가 조작할 수 있는 것은 트랜스포트 프로토콜을 선택하는 것과,

최대 버퍼/세그먼트 크기 등의 매개변수를 설정하는 것 뿐이다.

어플리케이션은 개발자가 선택한 트랜스포트 프로토콜이 제공하는 전송 서비스를 사용하여 구성되는데,

이 트랜스포트 프로토콜에 대해서는 이후 포스팅에서 좀 더 자세히 알아보도록 하자.

프로세스 주소 : IP 주소와 포트 넘버

이전 포스팅에서 클라이언트-서버 구조를 다룰 때 고정 IP 주소의 개념을 간단하게 살펴본 적이 있었다.

프로세스간에 메시지를 주고 받기 위해서는 두가지 정보가 필요한데, 그 중 하나가 IP 주소이고,

나머지 하나는 IP 주소가 가리키는 목적지 호스트 안에서 통신에 참여하고 있는 프로세스의 식별자이다.

호스트 안에 여러개의 프로세스가 존재할 수 있기 때문에, 그 중 어떤 프로세스가 메시지를 보냈는지 알기 위해 식별자가 필요하고

포트 넘버(port number)가 바로 이 프로세스를 식별하는데 사용된다.

자주 사용되는 어플리케이션에는 보통 약속처럼 정해진 포트 넘버가 할당되는데,

예를 들어 웹 서버는 포트 넘버 80번으로 식별되고, SMTP 프로토콜을 사용하는 메일 서버는 포트 넘버 25번으로 식별된다.

인터넷 표준 프로토콜들이 이렇게 약속처럼 정해두고 사용하는 포트 번호 리스트는 여기에서 찾아볼 수 있다.

참고자료

네트워크 이론을 공부할 때 반드시 마주치게 되는 개념이 있다. 바로 OSI 7 Layers 이다.
이 용어가 무엇을 의미하는지, 각 레이어는 무엇으로 이루어져 있는지 간단하게 살펴보자.

일단 컴퓨터 네트워킹이라는 개념은 아주 광대하고 복잡하다.
전 세계에 퍼져있는 거대한 인터넷망에 대한 이론이 상당히 심플하게 정리될 수 있다면 그거야말로 초-신기술일 것이다.
하지만 그런 마법같은 일은 일어나지 않았고, 개발자들은 이 복잡한 개념을 어떻게 정리해야 할지 고민한 결과,

네트워크 구조는 총 7가지의 계층 구조로 나누어지게 되었다.

그 결과, 거대한 네트워크 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있게 되었고
네트워크 통신 규칙 및 통신 기술도 이러한 계층 구조에 기반하여 만들어지기 시작했다.

이에 따라 7개의 레이어 중 특정한 곳에 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건들지 않고도
이상이 생긴 단계만 고칠 수 있게 되니 기술의 생산성이 높아졌고, 통신 기술은 점점 빠르게 발전할 수 있었다.

OSI 7 계층

OSI 7 계층은 위 그림과 같이 총 7개의 레이어로 이루어져 있다.

사용자가 데이터를 다른 누군가에게 보내면, 해당 데이터는 각 레이어를 거치며 제각기 다른 형태로 감싸져 다음 레이어로 전달된다.
7번째 계층부터 차례대로 각 계층의 의미와 역할을 간단하게 살펴보자.

7 Layer : Application Layer (응용 계층)

• 네트워크 상에서 데이터가 이동할 때 가장 끝과 끝에 위치한 목적지라고 볼 수 있다.
   - 예를 들어 A가 B에게 편지를 보낸다고 할 때, A가 보낸 편지는 A의 집에서 시작되어 우체국을 거치고, 도로 위를 이동하고,
       우편 배달부의 손을 거쳐 최종적으로 B의 집에 도착한다면 A의 집과 B의 집이 Application Layer에 해당한다.

• 네트워크 소프트웨어의 UI 부분 및 사용자의 입출력(I/O) 부분을 담당한다.

• 어플리케이션 계층 프로토콜

   -  HTTP(웹 문서), SMTP(전자메일), FTP(파일) 등 다양한 프로토콜을 포함한다.

   -  특정 위치에 있는 어플리케이션이 다른 위치에 있는 어플리케이션과 데이터를 교환할 때 이 프로토콜이 사용된다.

• 네트워크 어플리케이션

   -  어플리케이션 계층에서 생성되는 데이터는 메시지(message) 라고 불린다.

   -  이러한 메시지들은 어플리케이션 계층 프로토콜에 의해 처리되며, 우리가 사용하는 브라우저나 메일 프로그램 등은
      프로토콜을 보다 쉽게 사용하게 해주는 응용프로그램이다.

   -  메시지는 또 다른 어플리케이션 계층까지 전해지기 위해 바로 다음 계층인 Transport Layer로 전달된다.

6 Layer : Presentation Layer (표현 계층)

• 표현 계층은 데이터 표현 형식이 서로 다른 어플리케이션끼리 통신할 때 서로의 데이터를 해석할 수 있도록 해주며,
    데이터 해석 외에도 데이터 압축, 데이터 암호화 등의 작업을 담당한다.

   -  예를 들어 EBCDIC로 인코딩된 문서 파일을 ASCII 파일로 바꿔 주는 것,
       데이터가 TEXT 인지, GIF 인지, JPG 인지 구분하는 것 등이 표현 계층이 수행하는 역할이다.

• 표현 계층이 이러한 서비스를 제공해주기 때문에 어플리케이션 단계에서는 데이터가 표현 및 저장되는 형식을 신경쓰지 않아도 된다.

5 Layer : Session Layer (세션 계층)

• 데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결이 이루어지는 계층이다. 쉽게 말해 통신이 맺어지는 관문이라고 할 수 있다.

• 세션 설정, 유지, 종료, 전송 중단시 복구 등의 기능을 수행하며 TCP/IP 세션의 생성과 소멸 작업을 책임지고 담당한다.

• 통신을 관리할 수 있는 기능으로 동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(Full Duplex) 등을 제공하며

    통신 체크 포인팅 작업, 그리고 유휴/종료/다시 시작 등의 상태에 대한 작업을 수행한다. 

4 Layer : Transport Layer (전송 계층)

• 어플리케이션 레이어(4~7 계층)에서 만들어진 메시지를 클라이언트 단에서 서버로 전송하는 역할을 담당하는 계층이다.

    -  A가 B에게 편지를 보내려면 편지를 우체통에 넣어야 한다. 이 때 A가 쓴 편지가 어플리케이션 레이어에서 만들어진 메시지라면,
       편지를 우체통에 넣는 행위가 메시지를 서버에 올리는 작업이라고 할 수 있다.

• 즉 통신을 활성화시키는 계층이며 포트를 열어 응용프로그램이 데이터를 전송 할 수 있도록 연결을 맺는 역할을 수행한다.

• 어플리케이션 레이어에서 메시지를 받아 Transport 레이어에서 한번 더 감싸는 작업을 거치면 해당 데이터는 세그먼트(Segment)
    라고 불리게 된다. 이 데이터는 다시 바로 다음 계층인 Network 레이어로 전달된다.

• 만약 어플리케이션 레이어에서 데이터가 여러 개 도착했다면 전송 계층에서 이를 하나의 세그먼트로 모아 다음 계층에 전달한다.

• Transport Layer에는 TCP 와 UDP 라는 Transport Protocol 이 존재한다.

• 이 두가지 통신 규약을 통해 사용자들은 데이터가 신뢰할 수 있고, 손상되지 않은 데이터임을 보장받을 수 있다.

• Transport Layer가 존재함으로써 해당 계층의 상위 계층들은 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 신경쓰지 않아도 된다.

• TCP (Transmission Control Protocol)

    -  연결 지향형 서비스 : 연결 관리를 위한 연결 설정(3 way handshake) 및 연결 해제(4 way handshake)가 필요하다.

    -  신뢰성 있음 (Reliable) : 패킷의 손실, 중복, 순서바뀜 등이 없도록 보장한다.

    -  Network 레이어로 세그먼트를 보낼 때 제대로 전달 되었는지 확인하고, 전송에 실패한 경우 재전송한다.

• UDP (User Datagram Protocol)

    -  TCP와 달리 비연결적인 접속 상태로 통신하며, 신뢰성이 없고 순서화되지 않은 서비스를 제공한다.

        ◦  메세지가 제대로 도착했는지 확인하지 않는다 : 확인 응답 없음

        ◦  수신된 메세지의 순서를 신경쓰지 않고 전송한다 : 순서 제어 없음

        ◦  흐름 제어를 위한 피드백을 제공하지 않는다 : 흐름 제어 없음

        ◦  checksum 을 제외하면 특별한 오류 검출 및 제어가 없다.

    -  그 대신 실시간 응용 및 멀티캐스팅이 가능하므로 빠른 요청과 응답이 필요한 실시간 서비스에 적합하다.

        ◦ 멀티캐스팅 : 여러 다수 지점에 데이터를 동시 전송하는 것 (1:多)

    -  또한 TCP가 세그먼트 헤더로 20 바이트를 사용하는데 비해 UDP는 8 바이트만 사용하므로 헤더 데이터 처리에 소요되는 비용이 적다

3 Layer : Network Layer (네트워크 계층)

• Transport Layer 에서 전달된 세그먼트는 네트워크 계층 내에서 패킷(packet)이라는 이름으로 불린다.

• 이 계층에서 가장 중요한 기능은 데이터그램을 목적지까지 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅)이다.

    -  즉 목적지로 데이터를 보낼 수 있는 가장 빠른 경로를 선택하고, 경로를 따라 패킷을 전달하는 것이 이 계층의 역할이다.

• IP 프로토콜

    -  IP 데이터그램의 필드를 정의하며 라우터가 이 필드에 어떻게 작용하는지를 정의한다.

• 라우팅 프로토콜

    -  출발지와 목적지 사이에서 패킷이 이동하는 경로를 결정한다.

    -  네트워크 레이어는 여러개의 라우터(패킷 스위치)를 통해 패킷을 전송하고,
        라우터를 하나 지날 때 마다 데이터를 가장 빠르게 전송할 수 있는 라우터를 재탐색하며 경로를 만들어 나간다.

2 Layer : DataLink Layer (데이터링크 계층)

• 앞서 Network Layer는 출발지와 목적지 간에 일련의 라우터를 거쳐 데이터그램을 전송한다고 이야기했다.
    이 때 경로상의 한 라우터에서 다른 라우터로 데이터그램을 이동시킬 때 데이터링크 레이어의 서비스를 이용하게 된다.

    -  각 라우터에서 네트워크 계층은 데이터그램을 아래 데이터링크 레이어로 보내고, 데이터링크 레이어는 다음 라우터에 해당

        데이터그램을 전달한다. 다음 라우터에 데이터그램이 도착하면, 해당 라우터의 데이터링크 레이어는 받은 데이터그램을 상위
        네트워크 레이어로 올려 보낸다.

• 데이터링크 계층에서 전송되는 데이터 단위를 프레임(frame)이라고 하며, 이 계층에서는 맥 주소를 가지고 통신한다.

• 대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있다. (해당 장비들이 맥 주소를 사용한다)

1 Layer : Physical Layer (물리 계층)

• 이 계층에서는 주로 전기적, 기계적, 기능적인 특성을 이용해 통신 케이블로 데이터를 전송한다.

• 물리 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트(bit)이며 이것은 1과 0, 즉 전기적으로 On, Off 상태를 나타내는 신호이다.

• 물리 계층은 데이터를 전달하기만 할뿐 수신/발신하려는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등은 전혀 신경 쓰지 않는다.
    단지 데이터를 전기적인 신호로 변환해서 주고받는 기능만 할 뿐이며, 이 계층에 속하는 대표적인 장비는 통신 케이블, 리피터, 허브
    등이 있다.

참고자료