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1 2 장. 애플리케이션계층 (Application Layer) 순천향대학교컴퓨터공학과이상정 순천향대학교컴퓨터공학과 1 2 장. 애플리케이션계층 2.1 네트워크애플리케이션의원리 2.2 웹과 HTTP 2.3 인터넷전자메일 SMTP, POP3, IMAP 2.4 DNS-인터넷디렉터리서비스 2.5 P2P 파일분배 2.6 비디오스트리밍과컨텐츠분배네트워크 2.7 소켓프로그래밍 : 네트워크애플리케이션생성 순천향대학교컴퓨터공학과 2

2 강의목표 네트워크애플리케이션의개념과구현측면학습 애플리케이션계층프로토콜 클라이언트와서버, P2P 트랜스포트계층서비스모델 컨텐츠분배네트워크 주요애플리케이션프로토콜계층학습 HTTP SMTP / POP3 / IMAP DNS 네트워크애플리케이션프로그래밍 소켓 API 순천향대학교컴퓨터공학과 3 2 장. 애플리케이션계층 2.1 네트워크애플리케이션의원리 2.2 웹과 HTTP 2.3 인터넷전자메일 SMTP, POP3, IMAP 2.4 DNS-인터넷디렉터리서비스 2.5 P2P 파일분배 2.6 비디오스트리밍과컨텐츠분배네트워크 2.7 소켓프로그래밍 : 네트워크애플리케이션생성 순천향대학교컴퓨터공학과 4

3 네트워크애플리케이션예 e-메일 ( ) 웹 (web) 인턴스트메시징 (instant messaging) 원격로그인 (remote login) P2P 파일공유 (P2P file sharing) 다중사용자네트워크게임 (multi-user network games) 스트리밍저장비디오 (streaming stored video clips) YouTube, Hulu, Netflix VoIP (Voice over IP): Skype 실시간화상회의 (real-time video conferencing) 소셜네트워킹 (social networking) 검색 (search) 순천향대학교컴퓨터공학과 5 네트워크애플리케이션개발 애플리케이션프로그램 서로다른종단시스템 (end system) 에서동작 네트워크상에서통신 예 : 웹서버프로그램과통신하는웹브라우저프로그램 네트워크코어장비에서실행되는소프트웨어를개발할필요없음 네트워크코어장비는사용자 애플리케이션실행하지않음 따라서종단시스템의애플리케이션을빠르게개발하고전파가가능 순천향대학교컴퓨터공학과 6

4 네트워크애플리케이션구조 애플리케이션구조 (application architecture) 개발자가설계하는애플리케이션이다양한종단시스템에서어떻게조직되어야하는지를지시 클라이언트 / 서버구조 (client-server architecture) P2P 구조 (Peer-to-Peer architecture) 순천향대학교컴퓨터공학과 7 클라이언트 / 서버구조 서버 (server) 항상켜져있는호스트 서비스제공 고정 IP 주소 데이터센터로확장 client/server 클라이언트 (client) 서버와통신 서비스요청 클라이언트들간직접통신하지않음 유동 IP 가질수있음 항상연결되어있지않고간헐적으로통신할수있음 순천향대학교컴퓨터공학과 8

5 P2P 구조 항상켜져있는서버없음 임의의종단시스템과직접통신 각피어 (peer) 들이각각서비스를요청하고제공 높은자기확장성 (self-scalability) 새피어가새로운서비스를제공하고, 새서비스를요청 피어 (peer) 는간헐적으로연결되고 IP 주소를변경 관리가어려움 peer-peer 순천향대학교컴퓨터공학과 9 프로세스간통신 (Processes Communicating) 프로세스 (process) 는호스트에서실행중인프로그램 호스트내에서두프로세스는 OS 에서정의한 IPC(inter-process communication) 로통신 다른호스트간의프로세스들은메시지 (message) 를교환하여통신 클라이언트 (client) 와서버 (server) 프로세스 클라이언트는두프로세스간의통신세션을초기화 ( 접속을초기화 ) 하는프로세스 서버는세션을시작하기위해접속을기다리는프로세스 웹예 브라우저는웹서버프로세스와접속을초기화 브라우저는클라이언트프로세스, 웹서버는서버프로세스 P2P 구조의애플리케이션들은클라이언트프로세스와서버프로세스를가짐 순천향대학교컴퓨터공학과 10

6 소켓 (Socket) 프로세스는소켓 (socket) 을통해네트워크로메시지를송수신 소켓은호스트의애플리케이션계층과트랜스포트계층간의인터페이스 프로세스는집 (house), 소켓은출입구 (door) 에비유 송신프로세스는출입구 ( 소켓 ) 바깥네트워크로메시지를밀어냄 소켓은애플리케이션과네트워크사이의 API(Application Programming Interface) 순천향대학교컴퓨터공학과 11 프로세스의주소 메시지수신을위해프로세스를구분하는식별자 (identifier) 가있어야함 호스트는 32 비트IP 주소로식별 Q: 프로세스가수행되는호스트의 IP 주소로프로세스들을식별할수있는가? A: 아니요, 호스트에서많은프로세스들이동시에수행될수있음 순천향대학교컴퓨터공학과 12 호스트상의프로세스는 IP 주소와포트번호로구분 포트번호예 HTTP 서버 : 80 메일서버 : 25 인터넷표준프로토콜에대한알려진 (well-known) 포트번호리스트는 참조 HTTP 메시지를 gaia.cs. umass.edu 웹서버에전송 IP 주소 : 포트번호 : 80

7 애플리케이션계층프로토콜 애플리케이션계층프로토콜은다음과같은내용을정의 교환되는메시지의타입 예 : 요청메시지, 응답메시지 여러메시지타입의문법 (syntax) 예 : 메시지내부의필드 (field) 와필드간의구별방법 메시지의미 (message semantics) 필드에있는정보의의미 언제, 어떻게프로세스가메시지를전송하고메시지에응답하는지를결정하는규칙 오픈프로토콜 (open protocol) RFC(Request For Comments) 로정의 상호작용 (interoperability) 허용 예 : HTTP, SMTP 독점적인프로토콜 (proprietary protocol): Skype, 카카오톡 순천향대학교컴퓨터공학과 13 애플리케이션이요구하는트랜스포트서비스 데이터무결성 (data integrity) 일부응용들 (e.g., 파일전송, 웹트랜잭션 ) 은 100% 신뢰적데이터전송 (reliable data transfer) 요구 다른응용들 (e.g., 오디오 ) 은일부손실감내 처리율 (throughput) 일부응용들 (e.g., 멀티미디어 ) 은효과적인서비스를위해요구되는최소의처리율보장 다른응용들은처리율에덜민감 시간 (time) 일부응용들 (e.g., 인터넷전화, 다자간상호작용게임 ) 은효율적인서비스를위해최소의지연을요구 보안 (security) 암호화 (encryption), 데이터무결성등서비스제공 순천향대학교컴퓨터공학과 14

8 애플리케이션들의트랜스포트서비스요구사항 애플리케이션 데이터손실 대역폭 시간민감성 파일전송 비손실 가변적 아니요 전자메일 비손실 가변적 아니요 웹문서 비손실 가변적 ( 수 kbps) 아니요 실시간오디오 / 비디오 손실허용 오디오 : 수 kbps~1mbps 비디오 : 10kbps~5Mbps 저장오디오 / 비디오 손실허용 오디오 : 수 kbps~1mbps 비디오 : 10kbps~5Mbps 네 : 100msec 네 : 수초 상호작용게임 손실허용 수 kbps ~ 10kbps 네 : 100msec 인스턴트메시징 비손실 가변적 네그리고아니오 순천향대학교컴퓨터공학과 15 인터넷트랜스포트계층이제공하는서비스 (1) TCP (Transmission Control Protocol) 서비스 연결지향형서비스 (connection-oriented service) 클라이언트와서버프로세스들간에연결설정 서로간전송제어정보교환 (handshaking) 하고송수신준비 신뢰적인데이터전송 송수신프로세스간에데이터의손실없이올바른순서로전달 흐름제어 (flow control) 송신프로세스가수신프로세스의데이터수신속도에맞추어송신 혼잡제어 (congestion control) 네트워크가혼잡상태에이르면프로세스의전송속도를낮춤 제공하지않는서비스 시간보장, 최소처리율보장, 보안 순천향대학교컴퓨터공학과 16

9 인터넷트랜스포트계층이제공하는서비스 (2) UDP (User Datagram Protocol) 서비스 비연결형으로두프로세스가통신전에정보교환 (handshaking) 을하지않음 비신뢰적인데이터전송서비스를제공 흐름제어, 혼잡제어, 시간보장, 처리율보장, 보안등의서비스도제공하지않음 실시간애플리케이션들이전송속도를위해 UDP 사용 TCP 혼잡제어와패킷오버헤드문제회피 많은방화벽들이 UDP 트래픽을차단하도록설정되어점차적으로 TCP 상에서멀티미디어와실시간애플리케이션을수행하도록선택 순천향대학교컴퓨터공학과 17 인터넷애플리케이션의트랜스포트프로토콜 애플리케이션 애플리케이션프로토콜 트랜스포트프로토콜 전자메일 SMTP [RFC 2821] TCP 원격터미널접속 Telnet [RFC 854] TCP 웹 HTTP [RFC 2616] TCP 파일전송 FTP [RFC 959] TCP 스트리밍멀티미디어 HTTP( 예 : YouTube), RTP TCP 혹은 UDP 인터넷전화 SIP, RTP, 독점적인 ( 예 : Skype) TCP 혹은 UDP 순천향대학교컴퓨터공학과 18

10 보안 TCP TCP 와 UDP 암호화를제공하지않음 소켓을통한평문 ( 암호화되지않은내용 ) 의비밀번호등이인터넷으로전송 SSL (Secure Socket Layer) 암호화된 TCP 연결을제공 데이터무결성 (data integrity) 종단인증 SSL 은애플리케이션계층에서구현 애플리케이션은 SSL 라이브러리를사용하여암호화된데이터를 TCP 소켓에전달 순천향대학교컴퓨터공학과 19 2 장. 애플리케이션계층 2.1 네트워크애플리케이션의원리 2.2 웹과 HTTP 2.3 인터넷전자메일 SMTP, POP3, IMAP 2.4 DNS-인터넷디렉터리서비스 2.5 P2P 파일분배 2.6 비디오스트리밍과컨텐츠분배네트워크 2.7 소켓프로그래밍 : 네트워크애플리케이션생성 순천향대학교컴퓨터공학과 20

11 웹과 HTTP 웹페이지 (web page) 는객체 (object) 들로구성 객체는 HTML 파일, JPEG 이미지, 자바애플릿, 오디오파일 웹페이지는기본 HTML 파일과여러참조객체들로구성 각객체는 URL (Uniform Resource Locator) 로지정 URL 은객체를가지고있는서버의호스트이름과객체의경로이름으로구성 순천향대학교컴퓨터공학과 21 HTTP 개요 (1) HTTP (HyperText Transfer Protocol) 는웹의애플리케이션계층프로토콜 클라이언트 / 서버모델 클라이언트는웹객체들을요청하고받아서디스플레이하는브라우저 (browser) 서버는요청에응답하여객체들을보내는웹서버 순천향대학교컴퓨터공학과 22

12 HTTP 개요 (2) HTTP 는 TCP 트랜스포트프로토콜을사용 클라이언트는 80 번포트로서버에게 TCP 연결 ( 소켓을생성 ) 을시작 서버는클라이언트의 TCP 연결요청을수락 브라우저 (HTTP 클라이언트 ) 와웹서버 (HTTP 서버 ) 사이에 HTTP 메시지 ( 애플리케이션계층프로토콜메시지 ) 를교환 TCP 연결종료 HTTP 는비상태프로토콜 (stateless protocol) 서버는클라이언트의과거요청들에대한정보를유지하지않음 참고 : 상태를유지하는프로토콜은복잡 과거의기록들 ( 상태 ) 를유지관리해야함 서버나클라이언트중하나가깨진경우각각의상태는불일치하게되어조정이필요 순천향대학교컴퓨터공학과 23 HTTP 연결 (HTTP Connections) HTTP 연결은비지속연결과지속연결 2 가지방식이있음 비지속연결 (nonpersistentconnection) 요구 / 응답쌍이분리된 TCP 연결을통해송수신 하나의 TCP 연결로하나의객체만전송 지속연결 (persistent connection) 모든요구 / 응답쌍이같은 TCP 연결상에서송수신 다수의객체들이하나의 TCP 연결로전송 순천향대학교컴퓨터공학과 24

13 비지속연결 HTTP (1) 다음 URL를접속하는예 웹페이지는한개의기본HTML 파일과10개JPEG 이미지로구성 1a. HTTP 클라이언트는 서버의 80 번포트로 TCP 연결을시도 2. HTTP 클라이언트는 TCP 연결소켓을통해 HTTP 요청메시지 (request message) 를보냄. 요청메시지에는다음경로이름이포함. somedepartment/home.index 시간 1b. 80 번포트로 TCP 연결을기다리는 호스트의 HTTP 서버는연결을수락 3. HTTP 서버는요청메시지를받고, 요청된객체들이포함된응답메시지 (response message) 를생성하고, 소켓을통해송신 순천향대학교컴퓨터공학과 25 비지속연결 HTTP (2) 시간 5. HTTP 클라이언트는 HTML 파일이포함된응답메시지를받아서 HTML 을디스플레이. HTML 파일을파싱하여 10 개의 JPEG 객체에대한참조를획득. 4. HTTP 서버는 TCP 연결을종료 개의 JPEG 객체에대해 1-5 단계를반복 순천향대학교컴퓨터공학과 26

14 비지속연결 : 응답시간 (Response Time) RTT (Round-Trip Time) 클라이언트에서송신된작은패킷이서버까지간후 ( 그응답이 ) 다시클라이언트로되돌아오는데걸리는시간 HTML 파일요청응답시간 (response time) TCP 연결을초기화하는 1 RTT HTTP 요청을하고 HTTP 응답으로처음몇바이트를받는데필요한 1 RTT 파일전송시간 2 RTT + 파일전송시간 순천향대학교컴퓨터공학과 27 지속연결 HTTP 비지속연결의단점 각객체당 2 RTT 필요 각 TCP 연결에대한 OS 오버헤드 브라우저는참조객체들을가져오기위해종종병렬 TCP 연결을시도 지속연결 HTTP (persistent connection HTTP) 서버는응답을보낸후에 TCP 연결을그대로유지 클라이언트 / 서버간의이후 HTTP 메시지들은같은연결을통해송수신 클라이언트는객체를참조하자마자요청을송신 모든참조객체들에대해 1 RTT 만필요 순천향대학교컴퓨터공학과 28

15 HTTP 요청메시지 (HTTP Request Message) 두유형의 HTTP 메시지 : 요청 (request), 응답 (response) HTTP 요청메시지 ASCII 텍스트 요청라인 (request line) (GET, POST, HEAD commands) 헤더라인 (header lines) CR(Carriage Return), LF(Line Feed ) 메시지의끝을표시 순천향대학교컴퓨터공학과 29 HTTP 요청메시지 : 일반포맷 순천향대학교컴퓨터공학과 30

16 폼입력업로드 (Uploading Form Input) 웹페이지는폼입력을포함 사용자가브라우저의폼필드 (form field) 에입력하여서버에전달 POST 방식 (POST method) 입력은개체몸체 (entity body) 로서버에업로드 URL 방식 GET 방식 (method) 사용 입력은요청라인의 URL 필드로서버에업로드 순천향대학교컴퓨터공학과 31 방식유형 (Method Type) HTTP/1.0 GET POST HEAD GET 방식과유사하나서버가응답시요청된객체는보내지않음 HTTP/1.1 GET, POST, HEAD PUT URL 필드에명시된경로로개체몸체안의파일을업로드 DELETE URL 필드에명시된파일을삭제 순천향대학교컴퓨터공학과 32

17 HTTP 응답메시지 (HTTP Response Message) 상태라인 (status line) 프로토콜 (protocol) 상태코드 (status code) 상태문장 (status phrase) 헤더라인 (header lines) 데이타, e.g., 요청된 HTML file 순천향대학교컴퓨터공학과 33 HTTP 응답상태코드 (HTTP Response Status Code) 응답메시지의상태라인에서표시 일반적인상태코드 200 OK 요청이성공되었고, 요청된객체가이메시지로보내짐 301 Moved Permanently 요청된객체가이동되었고, 새로운위치는메시지의 Location: 헤더로표시 400 Bad Request 서버가요청을이해할수없다는일반오류코드 404 Not Found 요청된문서가서버에존재하지않음 505 HTTP Version Not Supported 요청된 HTTP 프로토콜버전을서버가지원하지않음 순천향대학교컴퓨터공학과 34

18 HTTP 응답메시지확인 1. 웹서버에텔넷으로접속 : telnet cis.poly.edu 80 cis.poly.edu 호스트의 80 번포트로 TCP 연결설정 ( 이후입력된문자는 cis.poly.edu 호스트의 80 번포트로전송 ) 2. GET HTTP 요청입력 : GET /~ross/ HTTP/1.1 Host: cis.poly.edu 마지막줄입력후엔터를두번입력 ( HTTP 서버에 GET 요청을전송 ) 3. HTTP 서버에서보낸응답메시지를확인 순천향대학교컴퓨터공학과 35 실습과제 2-1: HTTP, curl 적용하여메시지확인 특정웹서버에 curl 로접속하여 GET HTTP 요청을입력한후응답메시지를확인 방문하는웹사이트는다른사람과중복되지말아야함 참고 : curl 명령행데이터전송도구 (command line data transfer tool) HTTP/HTTPS/FTP/LDAP/SCP/TELNET/SMTP/POP3 등주요프로토콜을지원 C 언어기반 libcurl 라이브러리도제공 윈도우버전 curl은아래에다은로드 순천향대학교컴퓨터공학과 36

19 curl 사용예 순천향대학교컴퓨터공학과 37 사용자와서버간의상호작용 : 쿠키 (Cookie) (1) 대부분의상용웹사이트들이쿠키 (cookie) 를사용하여사용자상태를추적하고유지 쿠키는 4 가지요소로구성 HTTP 응답메시지의쿠키헤더라인 HTTP 요청메시지의쿠키헤더라인 사용자호스트에저장되어브라우저에의해관리되는쿠키파일 웹사이트의백엔드 (back-end) 데이터베이스 예 수전은항상 PC 로인터넷을접속 처음특정전자상거래사이트방문 사이트에첫 HTTP 요청이들어올때서버는다음을생성 유일한식별번호 (unique ID) 식별번호로인덱스되는백엔드데이터베이스안의엔트리 순천향대학교컴퓨터공학과 38

20 사용자와서버간의상호작용 : 쿠키 (Cookie) (2) 순천향대학교컴퓨터공학과 39 쿠키 (Cookie) 쿠키의활용 사용자식별확인 쇼핑카트 제품추천 사용자세션상태 ( 웹 e-메일 ) 상태보존 일반프로토콜종단은송신자 / 수신자사이의다수의전송들간에상태유지 쿠키는 http 메시지가상태를전송 쿠키와사용자사생활침해 쿠키와사용자계정정보 ( 이름, 메일주소등 ) 와결합 사용자의많은정보가노출 순천향대학교컴퓨터공학과 40

21 웹캐시 ( 프록시서버 ) (1) 웹캐시 (web cache) 는원래웹서버를대신하여 HTTP 요구를충족시켜주는네트워크개체 프록시서버 (proxy server) 라고도함 브라우저는웹캐시와연결을설정하고웹캐시에 HTTP 요청전송 웹캐시에객체가있으면객체를전송 없으면웹캐시가기점서버에객체를요청하여가져와서클라이언트에전송 순천향대학교컴퓨터공학과 41 웹캐시 ( 프록시서버 ) (2) 웹캐시는클라이언트와서버로동작 일반적으로웹캐시는 ISP ( 대학, 회사, 인터넷업체 ) 에의해설치 웹캐싱 (web caching) 이점 클라이언트의요청에대한응답시간을줄일수있음 인터넷으로의기관접속회선상의웹트래픽 (web traffic) 을줄일수있음 웹캐시를갖는고밀도인터넷 ( 기관, 지역, 국가 ) 컨텐츠가제공자가저속도의접속회선을가진느린서버에서사이트를운영하더라도빠른컨텐츠분배를위한기반구조제공 순천향대학교컴퓨터공학과 42

22 웹캐시예 가정 평균객체크기 : 1 M 비트 브라우저에서서버로평균요청비율 : 15 요청 / 초 접속회선 : 15 Mbps 기관라우터에서서버까지요청을전달하고응답을받는평균소요시간 (RTT): 2초성능 LAN 이용율 (15 요청 / 초 x 1 M 비트 ) / 100 Mbps = 0.15, 15% 접속회선 (access link) 이용율 (15 요청 / 초 x 1 M 비트 ) / 15 Mbps = 1, 100% 문제발생!!! 전체지연인터넷지연 + 접속회선지연 + LAN 지연 = 2초 + 수분 (minutes) + 마이크로초 (usec.) 순천향대학교컴퓨터공학과 43 웹캐시예 - 더빠른접속회선 가정 평균객체크기 : 1 M 비트 브라우저에서서버로평균요청비율 : 접속회선의전송률증가시큰비용필요!! 15 요청 / 초 접속회선 : 15 Mbps 150 Mbps 기관라우터에서서버까지요청을전달하고응답을받는평균소요시간 (RTT): 2초성능 LAN 이용율 (15 요청 / 초 x 1 M 비트 ) / 100 Mbps = 0.15, 15% 접속회선 (access link) 이용율 (15 요청 / 초 x 1 M 비트 ) / 15 Mbps = 0.1, 100% 10% 150 Mbps 전체지연인터넷지연 + 접속회선지연 + LAN 지연 = 2초 + 수분 (minutes) + + 마이크로초 (usec.) msec. 순천향대학교컴퓨터공학과 44

23 웹캐시예 캐시추가 기관웹캐시설치 요청의 40% 는히트라고가정 이용율 (utilization) 과지연 요청의 60% 만접속회선을이용하므로회선이용율 60% 80% 미만의이용율의경우접속회선지연은수십밀리초소요 (10ms 라가정 ) 전체지연인터넷지연 + 접속회선지연 + LAN 지연 = 0.6 x (2 초 초 ) x 마이크로초 (usec.) = ~ 1.2 초 150Mbps 접속회선전송률증가보다도빠르면서저렴!!! 순천향대학교컴퓨터공학과 45 조건부 GET (Conditional GET) 조건부 GET 은웹캐시의객체들이최신버전이면서버가객체를보내지않음 캐시는 HTTP 요청에캐시된복사본의시간을명시 If-modified-since: <date> 서버는캐시된복사본이최신의것이면객체가생략된응답을전송 HTTP/ Not Modified 순천향대학교컴퓨터공학과 46

24 REST 소개 REST (REpresentational State Transfer) 아키텍처 웹을활용한분산시스템소프트웨어아키텍처 URI 로자원을기술하고, HTTP 로전송 HTTP 메서드로자원의제어, 명령의결과는 XML, JSON 등으로응답 2000 년 Roy Fielding 의박사학위논문에서제안 순천향대학교컴퓨터공학과이상정 47 REST 소개 HTTP 메서드 자원에대한명령은 CRUD 로압축 C : Create. 자원을생성, SQL 의 Insert R : Read. 자원의정보를읽기, SQL의 Select U : Update. 자원의정보를업데이트, SQL의 Update D : Delete. 자원의삭제, SQL의 Delete REST 는 HTTP 메서드로원격의자원을제어하는명령을기술 C: POST, R: GET, U: PUT, D: DELETE 명령의결과데이터는 HTTP 바디 (body) 로전송 데이터형식은 XML, JSON 등으로표현 순천향대학교컴퓨터공학과이상정 48

25 REST API 로사용자정보조회 JSON 으로전송 REST 예 - 사용자정보조회 순천향대학교컴퓨터공학과이상정 49 실습과제 2-2: HTTP, Wireshark 실습 Wireshark 를다운로드받아설치 Wireshark 강의노트참조 브라우저를통해특정웹사이트를방문한후 Wireshark 를실행하여 HTTP 패킷을캡처하고분석 방문하는웹사이트는다른사람과중복되지않아야함 캡처된내용저장하여제출 디스플레이필터 에 http 입력하여 http 메시지만디스플레이 http && ip.addr == 주소 HTTP 프로토콜과해당 IP 주소포함된패킷만표시 캡처된내용의분석 방식 (method), 헤더내용등 상태코드, HTML 파일등 순천향대학교컴퓨터공학과 50

26 2 장. 애플리케이션계층 2.1 네트워크애플리케이션의원리 2.2 웹과 HTTP 2.3 인터넷전자메일 SMTP, POP3, IMAP 2.4 DNS-인터넷디렉터리서비스 2.5 P2P 파일분배 2.6 비디오스트리밍과컨텐츠분배네트워크 2.7 소켓프로그래밍 : 네트워크애플리케이션생성 순천향대학교컴퓨터공학과 51 전자메일 (Electronic Mail) 3 개주요요소 사용자에이전트 (user agents) 메일서버 (mail server) SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 사용자에이전트 메일리더 (mail reader) 라고도함 메시지를읽고, 작성하고, 보내고, 전달 MS Outlook, Mozilla Thunderbird 등 송수신메시지는서버에저장 순천향대학교컴퓨터공학과 52

27 전자메일 : 메일서버 메일서버 (mail server) 받은메시지를유지하고관리하는메일박스 (mail box) 보내는메시지의메시지큐 (message queue) 메일서버들간의 SMTP 프로토콜 클라이언트 : 보내는메일서버 서버 : 받는메일서버 순천향대학교컴퓨터공학과 53 전자메일 : SMTP [RFC 2821] 클라이언트의메일메시지를 25 번포트의 TCP 연결 보내는서버에서받는서버로직접전송 3 단계전송과정 핸드세이킹 메시지전송 종료 명령 / 응답상호작용 명령 : ASCII 문자 응답 : 상태코드와문장 메시지는 7- 비트 ASCII 이어야함 순천향대학교컴퓨터공학과 54

28 시나리오 : 앨리스가밥에게메시지전송 1. 앨리스는사용자에이전트 (UA) 를사용하여밥에게보낼메시지를작성 2. 앨리스의 UA는메시지를메일서버에보냄. 메시지는서버의메시지큐에놓임 3. SMTP 의클라이언트는밥의메일서버로 TCP 연결설정 4. SMTP 의클라이언트는 TCP 연결로앨리스의메시지를보냄 5. 밥의메일서버는메시지를메일박스에놓음 6. 밥의 UA 는메시지를읽음 순천향대학교컴퓨터공학과 55 SMTP 상호동작예 S: 220 hamburger.edu C: HELO crepes.fr S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you C: MAIL FROM: <alice@crepes.fr> S: 250 alice@crepes.fr... Sender ok C: RCPT TO: <bob@hamburger.edu> S: 250 bob@hamburger.edu... Recipient ok C: DATA S: 354 Enter mail, end with "." on a line by itself C: Do you like ketchup? C: How about pickles? C:. S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 hamburger.edu closing connection 순천향대학교컴퓨터공학과 56

29 SMTP 상호동작실습 텔넷을사용하여 SMTP 서버와직접대화 사용자에이전트를사용하지않고메일을전송 telnet servername 25 서버로부터 220 응답을확인 SMTP 명령 HELO, MAIL FROM, RCPT TO, DATA, QUIT 을사용하여입력 위과정을프로그래밍하면메일클라이언트의사용자에이전트 p.166 프로그래밍문제 3 순천향대학교컴퓨터공학과 57 SMTP 특징 SMTP 는지속연결을사용 SMTP 메시지 ( 헤더 & 몸체 ) 는 7- 비트 ASCII 로표시 SMTP 서버는메시지의끝을 CRLF.CRLF 로표시 HTTP 와비교 HTTP: 풀 (pull) 프로토콜 SMTP: 푸시 (push) 프로토콜 모두 ASCII 명령 / 응답상호작용을하고응답코드를가짐 HTTP: 각객체는응답메시지에캡슐화 SMTP: 모든메시지의객체를한메시지로만듬 순천향대학교컴퓨터공학과 58

30 메일메시지포맷 (Mail Message Format) SMTP: 전자메일메시지를주고받는프로토콜 RFC 822: 텍스트메시지포맷의표준 header blank line 헤더라인, e.g., To: From: Subject: SMTP 명령과는다름! body 몸체 ASCII 문자의메시지 순천향대학교컴퓨터공학과 59 MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) ASCII 가아닌데이터를메일로전송시사용되는 RFC 822 의확장 비 ASCII 텍스트메시지 ( 이미지, 오디오, 비디오, 다국적언어등 ) 는 SMTP 가이해하는 ASCII 포맷으로인코딩 RFC 2045, 2046 에추가헤더정의 Content-Transfer-Encoding: 인코딩된코드타입기술 Content-Type: 메시지몸체의타입을기술 NVT(Network Virtual terminal) 순천향대학교컴퓨터공학과 60

31 MIME 메시지예 앨리스가밥에게 JPEG 이미지를전송하는예 From: To: Subject: Picture of yummy crepe. MIME-Version: 1.0 Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Type: image/jpeg (base64 인코딩데이터 base64 인코딩데이터 ) 순천향대학교컴퓨터공학과 61 Base64 인코딩 RFC 1421 인코딩절차 8 비트 3 개를 6 비트 4 개로변형 각 6 비트가 64 개의출력가능문자를인덱스 순천향대학교컴퓨터공학과 62

32 Base64 인코딩예 순천향대학교컴퓨터공학과 63 메일접속프로토콜 (Mail Access Protocol) SMTP 는수신자의서버에메시지를전송하고저장 메일접속프로토콜이서버로부터메시지를추출 POP: Post Office Protocol [RFC 1939] 인증 ( 에이전트 <--> 서버 ) 과다운로드 IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 1730] POP 보다다양한특성을갖고복잡함 서버에저장된메시지를관리 HTTP gmail, Hotmail, Yahoo! Mail, etc. 순천향대학교컴퓨터공학과 64

33 POP3 프로토콜 인증 (authorization ) 클라이언트명령 : user: 사용자이름 pass: 비밀번호 서버응답 +OK -ERR 트랜잭션 (transaction), client: list: 메시지번호를나열 retr: 지정된번호의메시지를추출 dele: 삭제 quit 순천향대학교컴퓨터공학과 65 S: +OK POP3 server ready C: user bob S: +OK C: pass hungry S: +OK user successfully logged on C: list S: S: S:. C: retr 1 S: <message 1 contents> S:. C: dele 1 C: retr 2 S: <message 1 contents> S:. C: dele 2 C: quit S: +OK POP3 server signing off POP3 와 IMAP POP3 앞의예는다운로드와삭제 (download-delete) 모드를사용 밥은클라이언트가바뀌면 (PC에서스마트폰 ) 다시메일을읽을수없음 다운로드및유지 (download-keep) 모드를사용하여여러클라이언트에메시지의복사해야함 POP3는세션간상태를유지하지않음 (stateless) IMAP 모든메시지를서버한장소에보관 사용자가메시지를 ( 원격 ) 폴더로저장하고구성가능 세션간에사용자상태정보를유지 폴더의이름과어떤메시지가어떤폴더와연결되어있는가를유지 순천향대학교컴퓨터공학과 66

34 2 장. 애플리케이션계층 2.1 네트워크애플리케이션의원리 2.2 웹과 HTTP 2.3 인터넷전자메일 SMTP, POP3, IMAP 2.4 DNS- 인터넷디렉터리서비스 2.5 P2P 파일분배 2.6 비디오스트리밍과컨텐츠분배네트워크 2.7 소켓프로그래밍 : 네트워크애플리케이션생성 순천향대학교컴퓨터공학과 67 DNS (Domain Name System) 사람은여러방식을자신을식별 이름, 주민등록번호, 운전면허번호, 여권번호 인터넷호스트, 라우터 IP 주소 (32 비트주소, IPv4) 호스트네임 (hostname), DNS (Domain Name System) 호스트네임을 IP 주소변환하는디렉터리서비스 DNS 서버들이계층구조로구현된분산데이터베이스 (distributed database) 호스트가분산데이터베이스로질의하여호스트네임에서 IP 주소를획득하는애플리케이션계층프로토콜 순천향대학교컴퓨터공학과 68

35 DNS 서비스 호스트네임을 IP 주소로변환 호스트에일리어싱 (host aliasing) 간단한별칭호스트네임 (enterprise.com) 을복잡한정식호스트네임 (canonical host name, relay1.west-coast.enetrprise.com) 으로변환 메일서버에일리어싱 (mail server aliasing) 부하분산 (load distribution) 여러 IP 주소들이하나의정식호스트네임과연관되는중복웹서버 (replicated Web server) 중복웹서버에서는서버들이부하분산 단일중앙집중방식 DNS 를사용하지않는이유 서버고장시전체작동하지않음 트래픽양 먼거리의중앙집중데이터베이스 유지관리 순천향대학교컴퓨터공학과 69 DNS - 분산계층데이터베이스 (Distributed, Hierarchical Database DNS 클라이언트가 호스트네임의 IP 주소를질의과정 1. com 의 DNS 서버를찾기위해루트 (root) 서버에질의 2. amazon.com 의 DNS 서버주소를위해 com 의 DNS 서버 (TLD 서버, top-level domain server) 에질의 3. 의 IP 주소를얻기위해 amazon.com 의 DNS 서버 ( 책임서버, authoritative server) 에질의 순천향대학교컴퓨터공학과 70

36 DNS - 루트 DNS 서버 질의된호스트네임을해결하지못한 (IP 주소를알지못하는 ) 로컬 DNS 서버가접촉 인터넷에서는전세계에 13개의루트 DNS 서버 순천향대학교컴퓨터공학과 71 TLD 와책임 DNS 서버 TLD (Top-Level Domain) 서버 com, org, net, edu 같은상위레벨도메인과 kr, uk, fr, jp 등과같은국가의상위레벨도메인에대해책임 Network Solutions 사가 com의 TLD 서버를관리 Educause가 edu의 TLD 서버관리 책임 DNS 서버 기관 ( 회사, 대학등 ) 의서버 ( 웹서버, 메일서버등 ) 의호스트네임을 IP 주소매핑 기관이나서비스제공자등이서버를관리 순천향대학교컴퓨터공학과 72

37 로컬 DNS 서버 (Local DNS Server) 로컬네임서버는 DNS 계층에속하지않음 각 ISP( 가정 ISP, 회사, 대학 ) 는로컬 DNS 서버를가짐 디폴트네임서버 (default name server) 라고도함 호스트가 DNS 질의를하면로컬 DNS 서버로질의가전송 프록시와같은역할을하며질의를계층으로전달 순천향대학교컴퓨터공학과 73 DNS 동작예 (1) 호스트 cis.poly.edu 는 gaia.cs.umass.edu 의 IP 주소를질의 반복적질의 (iterative query) 접촉된서버가연결할서버의주소로응답 " 이이름의 IP 주소는모르지만이서버에질의해보아라 " 순천향대학교컴퓨터공학과 74

38 DNS 동작예 (2) 재귀적질의 (recursive query) 이름에대한해결 (name resolution) 을접촉한서버에부담 상위계층서버에많은부담 순천향대학교컴퓨터공학과 75 DNS 캐싱 (DNS Caching) DNS 서버가어떤이름에대한받은응답정보를저장 (caching) 캐싱된정보는일정시간이지나면소멸 일반적으로로컬 DNS 서버에 TLD 서버들이캐싱 따라서루트 DNS 서버는자주방문하지않음 IETF 의갱신 / 알림 (update/modify) 메커니즘 RFC 순천향대학교컴퓨터공학과 76

39 DNS 레코드 (DNS Record) DNS 는자원레코드 (resource record, RR) 를저장하는분산데이터베이스 Type=A (host Address) name 은호스트네임 value 는 IP 주소 Type=NS (Name Server) name 은도메인 (e.g. foo.com) value 는이도메인에대한책임 DNS 서버의호스트네임 순천향대학교컴퓨터공학과 77 Type=CNAME (Canonical NAME) name 은별칭 (alias) 호스트네임, value 는정식호스트네임, servereast.backup2.ibm. com Type=MX (Mail exchange) value 는별칭호스트네임 name 을갖는메일서버의정식호스트네임 DNS 프로토콜, 메시지 (1) DNS 프로토콜은같은메시지포맷을갖는질의 (query), 응답 (response) 메시지로구성 메시지헤더 식별자 (identification) 질의를식별하는 16비트식별자 응답메시지도질의와같은식별자를가짐 플래그 (flags) 질의 / 응답구분 재귀적질의요청 재귀적질의가능 책임서버응답 순천향대학교컴퓨터공학과 78

40 DNS 프로토콜, 메시지 (2) 질의되는이름과타입 질의대한응답으로 RR 책임서버에대한레코드 추가도움정보 순천향대학교컴퓨터공학과 79 DNS 데이터베이스에레코드삽입 Network Unitopia 새로설립된회사예 DNS 등록기관 (registrar, e.g., Network Solutions) 에도메인네임 networkuptopia.com 을등록 주책임서버와부책임서버의이름과 IP 주소를등록기관에제공 (dns1.networkutopia.com, ) (dns2.networkutopia.com, ) 등록기관은두개의자원레코드를 com TLD 서버에등록 (networkutopia.com, dns1.networkutopia.com, NS) (dns1.networkutopia.com, , A) 책임 DNS 서버에두개의레코드등록 을위한 Type A 레코드 mail.networkuptopia.com 을위한 Type MX 레코드 순천향대학교컴퓨터공학과 80

41 실습과제 2-3: DNS, Wireshark 실습 Wireshark 를실행하고임의의웹에접속하여적용된 DNS 패킷을확인하고, DNS 프로토콜, 메시지, 레코드를분석 순천향대학교컴퓨터공학과 81 2 장. 애플리케이션계층 2.1 네트워크애플리케이션의원리 2.2 웹과 HTTP 2.3 인터넷전자메일 SMTP, POP3, IMAP 2.4 DNS-인터넷디렉터리서비스 2.5 P2P 파일분배 2.6 비디오스트리밍과컨텐츠분배네트워크 2.7 소켓프로그래밍 : 네트워크애플리케이션생성 순천향대학교컴퓨터공학과 82

42 순수한 P2P 구조 (Pure P2P Architecture) 항상켜져있는서버없음 임의의종단시스템들이직접통신 피어 (peer) 들은간헐적으로연결되며 IP 주소를변경 예 : 파일분배 : BitTorrent 스트리밍 : KanKan VoIP : Skype 순천향대학교컴퓨터공학과 83 파일분배 : 클라이언트 - 서버 vs. P2P 한서버에서 N 개의피어들에크기 F 의파일분배시간은? 피어들간의다운로드 / 업로드대역폭 (capacity) 한정된자원 순천향대학교컴퓨터공학과 84

43 파일분배시간 : 클라이언트 - 서버 서버전송 : 파일복사본 N 개를피어들에게순차적으로전송 1 개복사본전송시간 : F/u s N개복사본전송시간 : NF/u s 클라이언트 : 각클라이언트가파일을다운로드 d min = 가장낮은다운로드속도를갖는피어의다운로드속도 가장낮은속도피어의파일다운로드시간 : F/d min 클라이언트-서버방식으로파일 F를 N 클라이언트에분배하는시간 D cs max { NF/u s, F/d min } 순천향대학교컴퓨터공학과 85 피어수 N 에따라선형적으로증가 파일분배시간 : P2P 서버 : 하나의복사본만전송 1 개복사본전송시간 : F/u s 클라이언트 : 각클라이언트가파일을다운로드 가장낮은속도피어의파일다운로드시간 : F/d min 클라이언트들 : 시스템전체업로드용량은서버업로드속도와각피어업로드속도를더한것 업로드속도 : u s + u i 최소분배시간 : NF/ (u s + u i ) 피어수 N 에따라선형적으로증가그러나, 각피어가분할하여업로드 D p2p max { F/u s, F/d min, NF/(u s + u i ) } 순천향대학교컴퓨터공학과 86

44 클라이언트 - 서버 vs. P2P: 비교사례 클라이언트업로드속도 = u, F/u = 1 hour, u s = 10u, d min u s Minimum Distribution Time P2P Client-Server N 순천향대학교컴퓨터공학과 87 파일분배 - 비트토렌트 (BitTorrent) 파일은 256KB 청크 (chunk) 로분할 피어들은파일청크를송수신 순천향대학교컴퓨터공학과 88

45 비트토렌트 (BitTorrent) (1) 토렌트에가입 (joining) 하는피어 : 처음에는청크가없지만시간이지남에따라청크들이누적됨 트랙커로부터피어들의리스트를얻어서, 이들중일부와연결 ( 이웃피어 ) 청크를다운로드하는동안에다른피어들에게업로드 전체파일을얻은후토렌트를 ( 이기적으로 ) 떠나거나또는 ( 이타적으로 ) 남을수있음 순천향대학교컴퓨터공학과 89 비트토렌트 (BitTorrent) (2) 청크가져오기 (Pulling Chunks) 임의의주어진시간에서로다른피어들이파일의서로다른청크들을가지고있음 주기적으로한피어 ( 앨리스 ) 는이웃피어들에게각자가지고있는청크의리스트를요청 앨리스는본인이가지고있지않은청크를요청 청크를요청하는순서 이웃들이가지고있는복사본중가장드문것을먼저 (rarest first) 요청 순천향대학교컴퓨터공학과 90 청크보내기 : 되갚음 (tit-for-tat) 현재가장속도가빠른 4 개의이웃들에게청크들을보냄 매 10초마다가장빠른 4 개의피어다시선택 매30초마다임의로하나의피어를추가선택하여청크를보냄 새로운선택된피어가가장빠른 4개의피어일수있음 모든이웃이소외되지않고낙관적으로중단없는전송 (optimistically unchoke)

46 비트토렌트 - 되갚음 (Tit-for-Tat) 1. 앨리스는밥이소외되지않도록선택 (optimistically unchoke) 2. 앨리스는밥의가장빠른 4 개의제공자가됨 ; 밥이보답을함 3. 밥이앨리스의가장빠른 4 개의제공자가됨 순천향대학교컴퓨터공학과 91 2 장. 애플리케이션계층 2.1 네트워크애플리케이션의원리 2.2 웹과 HTTP 2.3 인터넷전자메일 SMTP, POP3, IMAP 2.4 DNS-인터넷디렉터리서비스 2.5 P2P 파일분배 2.6 비디오스트리밍과컨텐츠분배네트워크 2.7 소켓프로그래밍 : 네트워크애플리케이션생성 순천향대학교컴퓨터공학과 92

47 비디오스트리밍과 CDN (Contents Distrinution Network) 비디오트래픽이인터넷대역폭의주요소비자가되고있음 Netflix, YouTube: 37% 가정용 ISP 다운스트림트래픽의 16% 차지 ~1B YouTube 사용자, ~75M Netflix 사용자 도전과제 확장성 (scale) - 어떻게최대 10 억명의사용자에게전달하는가? 하나의초대형비디오서버로운용할수없음 이질성 (heterogeneity) 서로다른환경의서로다른사용자들 무선대유선사용자, 높은대역폭의사용자대낮은대역폭의사용자 ) 해결책 분산화된, 응용 - 수준의인프라스트럭처 순천향대학교컴퓨터공학과 93 멀티미디어 비디오 (Video) (1) 비디오 : 일정속도로출력되는일련의이미지 e.g. 24 이미지 / 초 디지털이미지 : 픽셀의배열 각픽셀은일정한수의비트로표현 압축 (coding) 이미지인코드 (encode) 시이미지내와이미지간의중복 (redundancy) 된내용을활용 공간적 (spatial) 중복 이미지내의중복 시간적 (temporal) 중복 연속된이미지간의중복 순천향대학교컴퓨터공학과 94

48 멀티미디어 비디오 (2) CBR (constant bit rate) 비디오인코딩속도가고정 VBR (variable bit rate) 비디오인코딩속도가공간, 시간적코딩변화량에따라가변 예 MPEG 1 (CD-ROM) 1.5 Mbps MPEG 2 (DVD) 3-6 Mbps MPEG 4 ( 인터넷 ), < 1 Mbps 순천향대학교컴퓨터공학과 95 스트리밍저장비디오 (Streaming Stored Video) 순천향대학교컴퓨터공학과 96

49 적응적스트리밍과 DASH (1) DASH (Dynamic, Adaptive Streaming over HTTP) 클라이언트들의가용대역폭차이에따라서로다른품질수준의비디오인코딩을선택 서버 비디오파일을여러개의비디오조각 (chunk) 로분할 각조각은각기다른비트율로인코드되어저장 목록 (manifest) 파일 : 각비트율에따른 URL를제공 클라이언트 주기적으로서버와클라이언트간대역폭을측정 목록파일을참조하여한번에한조각을요청 현재가용한대역폭하에서지속할수있는최대비트율의인코딩을선택 각시간대에서대역폭의변화에따라다른비트율의코딩을선택할수있음 순천향대학교컴퓨터공학과 97 적응적스트리밍과 DASH (2) DASH (Dynamic, Adaptive Streaming over HTTP) 지능적인클라이언트동작 버퍼가비거나차있지않도록조각의요청시점을결정 가용대역폭을보면서요청할비디오비트율결정 클라이언트와가깝거나또는높은가용대역폭의 URL 서버를선택하여비디오조각을요청 순천향대학교컴퓨터공학과 98

50 컨텐츠분배네트워크 단일데이터센터 (CDN, Contents Distribution Network) 주요과제 : 수십만의사용자들에게수백만개의컨텐츠의스트리밍서비스를어떻게동시에제공하는가? 옵션 1: 단일한거대데이터센터구축 한번의장애로인해전체서비스중단위험 서버가네트워크혼잡의주요지점 지역적으로먼클라이언트들에게긴경로 인기비디오는같은통신링크상에서여러번반복전송 => 한마디로이방식은확장성이없음 (doesn t scale) 순천향대학교컴퓨터공학과 99 컨텐츠분배네트워크 (CDN) 분산서버 주요과제 : 수십만의사용자들에게수백만개의컨텐츠의스트리밍서비스를어떻게동시에제공하는가? 옵션 2: 다수의지점에분산된서버를운영하여여러복사본의비디오들을저장 (CDN) enter deep: CDN 서버들이세계곳곳의 ISP 접속네트워크에깊숙이들어가있도록배치 최대한사용자가까이위치 Akamai 는 1700 개의지점에서버클러스터를구축 bring home: 접속네트워크의 ( 내부가아닌 ) 근처 POP(Point of Presence) 에적은수의큰규모서버클러스터구축 Limelight 에의해사용 순천향대학교컴퓨터공학과 100

51 컨텐츠분배네트워크 (CDN) 동작 CDN: CDN 노드들에컨텐츠의복사본들을저장 e.g. Netflix 는 MadMen 의복사본들을저장 가입자는 CDN 의컨텐츠를요청 가까운노드로의연결유도되어컨텐츠를수신 네트워크의경로가혼잡하면다른복사본의노드선택 where s Madmen? manifest file 컨텐츠분배네트워크 (CDN) OTT 서비스 over the top Internet host-host communication as a service OTT 도전과제 : 인터넷혼잡에대한대처 어느 CDN 노드에서컨텐츠를받을것인가? 혼잡시에시청자들의반응은? 어느노드에어떤컨텐츠를배치할것인가? OTT(Over The Top) 서비스는인터넷을통해영화등미디어컨텐츠를제공하는서비스를말함

52 CDN 컨텐츠접근동작 Bob ( 클라이언트 ) 은 에비디오를요청 비디오는 의 CDN 에저장 1. Bob 은 netcinema.com 웹페이지에서비디오의 URL 얻음 netcinema.com 1 6. KINGCDN 서버에 5 비디오를요청, HTTP로스트리밍서비스 3. netcinema s 책임 DNS는 URL 를리턴 Bob의로컬 DNS를통해 를질의 Bob s local DNS server 4 4&5. KingCDN 의책임 DNS 서버에 를질의하여비디오가 KIingCDN 의 IP 주소를리턴 netcinema s authorative DNS KingCDN.com 순천향대학교컴퓨터공학과 103 KingCDN authoritative DNS 사례연구 Netflix (1) 미국의선도적인온라인영화및 TV 서비스공급자 자신의고유한인프라스트럭처를소유하지않고제 3 자의서비스 ( 서버, 대역폭, 저장공간, 데이터베이스 ) 이용 자신의등록및과금서버운용 Amazon (3 rd party) 클라우드서비스이용 Netflix 영화의스튜디오마스터버전을 Amazon 클라우드에업로드 다른인코딩비트율을갖는여러가지형식의영화를클라우드에생성 클라우드에서 CDN 으로여러버전의영화를업로드 제 3 자 CDN 서비스동시활용 Akamai, Limelight, Level-3 순천향대학교컴퓨터공학과 104

53 사례연구 Netflix (2) Amazon cloud 비디오의여러버전들을 CDN 으로업로드 Akamai CDN Netflix 등록및과금서버 1 1. Bob 은 Netflix 계정을개설하고관리 2. Bob 은 Netflix 비디오를브라우징 요청한비디오의 manifest 파일을리턴 manifest 파일 : CDN 순위리스트, DASH 의다양한버전비디오의 URL 정보등포함 4. DASH 스트리밍 Limelight CDN Level-3 CDN 순천향대학교컴퓨터공학과 장. 애플리케이션계층 2.1 네트워크애플리케이션의원리 2.2 웹과 HTTP 2.3 인터넷전자메일 SMTP, POP3, IMAP 2.4 DNS-인터넷디렉터리서비스 2.5 P2P 파일분배 2.6 비디오스트리밍과컨텐츠분배네트워크 2.7 소켓프로그래밍 : 네트워크애플리케이션생성 순천향대학교컴퓨터공학과 106

54 소켓프로그래밍 (Socket Programming) (1) 소켓 (socket) 을사용하여클라이언트 / 서버응용을구축하는방법소개 소켓 (socket) 애플리케이션프로세스와종단간트랜스포트프로토콜사이의인터페이스 순천향대학교컴퓨터공학과 107 소켓프로그래밍 (2) 두가지형태의트랜스포트서비스 UDP: 비연결형, 비신뢰적인데이터전송 TCP: 연결형, 신뢰적인데이터전송 애플리케이션예 1. 클라이언트는키보드로한줄의문자 ( 데이터 ) 를읽고, 그데이터를서버로송신 2. 서버는데이터를수신하고, 문자를대문자로변환 3. 서버는수정된데이터를클라이언트에게송신 4. 클라이언트는수정된데이터를수신하고화면에출력 순천향대학교컴퓨터공학과 108

55 UDP 소켓프로그래밍 UDP 는클라이언트와서버사이에비연결형 (no connection) 서비스 초기핸드셰이킹과정없음 송신프로세스는각패킷마다수신프로세스의 IP와포트번호를명시해야함 서버는수신된패킷에서 IP 주소와포트번호를추출해야함 UDP 는비신뢰적인전송서비스를제공하여전송된데이터의순서가뒤바뀌거나데이터를손실할수도있음 애플리케이션관점 UDP 는클라이언트와서버사이에바이트들그룹 ( 데이터그램 ) 의비신뢰적인전송을제공 순천향대학교컴퓨터공학과 109 UDP 클라이언트 / 서버소켓상호동작 순천향대학교컴퓨터공학과 110

56 UDP 클라이언트프로그램예 파이썬 순천향대학교컴퓨터공학과 111 UDP 서버프로그램예 - 파이썬 순천향대학교컴퓨터공학과 112

57 TCP 소켓프로그래밍 클라이언트는서버에초기접속 서버프로세스가먼저수행중에있어야함 서버는클라이언트의초기접속을처리하는소켓을생성해야함 클라이언트는 TCP 소켓을생성하고, 서버프로세스의 IP 주소와포트번호를명시하여서버에접속 클라이언트가소켓을생성할때클라이언트 TCP 는서버 TCP 와연결설정 클라이언트에의해초기접속시서버 TCP 는클라이언트와통신하는서버프로세스를위한새로운소켓 ( 연결소켓 ) 을생성 서버가다수의클라이언트와통신가능 소스포트번호가클라이언트들을구분 (3 장 ) 애플리케이션관점 TCP 는클라이언트와서버사이에바이트들의신뢰적인전송 ( 파이프 ) 을제공 순천향대학교컴퓨터공학과 113 TCP 클라이언트 / 서버소켓상호동작 순천향대학교컴퓨터공학과 114

58 TCP 클라이언트프로그램예 파이썬 순천향대학교컴퓨터공학과 115 TCP 서버프로그램예 파이썬 순천향대학교컴퓨터공학과 116

59 실습과제 2-4 / 2-5: 소켓프로그래밍 실습과제 2-4 UDP/TCP 클라이언트 / 서버예제프로그램을작성, 실행한후분석 실습과제 2-5 임의의네트워크소켓프로그램작성, 실행한후분석 예 : 채팅프로그램, 네트워크게임, 웹서버, 메일클라이언트 사용언어는 C/C++, Java, Python, C# 등자유선택 파이썬 파이썬인터프리터설치및언어사양은 1학년 1학기강의참조 => 컴퓨터와현대기술 GUI 채팅프로그램은 1학년 2학기강의참조 순천향대학교컴퓨터공학과 117 요약 (Summary) (1) 애플리케이션구조 클라이언트 / 서버 P2P 애플리케이션서비스요구사항 신뢰성, 처리율 ( 대역폭 ), 시간 ( 지연 ) 인터넷트랜스포트서비스모델 연결지향, 신뢰적 : TCP 비신뢰적, 데이터그램 : UDP 애플리케이션프로토콜 HTTP SMTP, POP, IMAP DNS P2P: BitTorrent, DHT 비디오스트리밍, CDN 소켓프로그래밍 TCP, UDP 소켓 순천향대학교컴퓨터공학과 118

60 요약 (Summary) (2) 네트워크의중요한개념인프로토콜학습 요청 / 응답메시지교환 클라이언트가정보또는서비스를요청 서버는데이터, 상태코드를응답 메시지포맷 헤더 : 데이터에관한정보를기술한필드 데이터 : 통신되는정보 주요이슈 contorl vs. data msgs in-band, out-of-band in-band 는동일채널로전송 => HTTP out-of-band 는다른채널로전송 => FTP centralized vs. decentralized stateless vs. stateful reliable vs. unreliable msg transfer complexity at network edge 순천향대학교컴퓨터공학과 119 실습과제 2-1: HTTP, curl 적용하여메시지확인 특정웹서버에 curl 로접속하여 GET HTTP 요청을입력한후응답메시지를확인 방문하는웹사이트는다른사람과중복되지말아야함 참고 : curl 명령행데이터전송도구 (command line data transfer tool) HTTP/HTTPS/FTP/LDAP/SCP/TELNET/SMTP/POP3 등주요한프로토콜을지원 C 언어기반 libcurl 라이브러리제공 순천향대학교컴퓨터공학과 120

61 실습과제 2-2: HTTP, Wireshark 실습 Wireshark 를다운로드받아설치 브라우저를통해특정웹사이트를방문한후 Wireshark 를실행하여 HTTP 패킷을캡처하고분석 방문하는웹사이트는다른사람과중복되지않아야함 디스플레이필터 에 http 입력하여 http 메시지만디스플레이 캡처된내용을분석 방식 (method), 헤더내용등 상태코드, HTML 파일등 순천향대학교컴퓨터공학과 121 실습과제 2-3: DNS, Wireshark 실습 Wireshark 를실행하고임의의웹에접속하여적용된 DNS 패킷을확인하고, DNS 프로토콜, 메시지, 레코드를분석 순천향대학교컴퓨터공학과 122

62 실습과제 2-4 / 2-5: 소켓프로그래밍 실습과제 2-4 UDP/TCP 클라이언트 / 서버예제프로그램을작성, 실행한후분석 실습과제 2-5 임의의네트워크소켓프로그램작성, 실행한후분석 예 : 채팅프로그램, 네트워크게임, 웹서버, 메일클라이언트 사용언어는 C/C++, Java, Python, C# 등자유선택 파이썬 파이썬인터프리터설치및언어사양은 1학년 1학기강의참조 => 컴퓨터와현대기술 GUI 채팅프로그램은 1학년 2학기강의참조 순천향대학교컴퓨터공학과 123