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컴퓨터 네트워크 - HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

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HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

WWW (World Wide Web) 에서 데이터를 주고받는 데 사용되는 통신 규약 웹 브라우저가 웹 서버에 HTML문서, 이미지, 동영상 등 정보를 요청하고, 서버가 그 요청에 응답하여 콘텐츠를 전달

HTTP란

HTTP 주요 특징

  • 클라이언트-서버 모델
    • Req 보내는 클라이언트와 Req에 Res하는 서버 간 통신으로 구성
  • 비연결성 (Stateless)
    • 각 요청과 응답이 독립적으로 이루어짐
    • 서버는 이전에 보낸 클라이언트의 상태를 기억하지 않음
    • 로그인 등 기능은 쿠키나 세션 같은 기술로 극복
  • 메시지 형식
    • Req 메시지: 시작 줄(요청 메서드, URL, HTTP 버전), 헤더, 본문으로 구성
    • Res 메시지: 시작 줄(HTTP 버전, 상태코드, 상태 메시지), 헤더, 본문으로 구성

HTTP 메서드

HTTP는 클라이언트가 서버에 원하는 동작을 알리기 위해 메서드를 사용

  • GET
    • 서버로부터 데이터 조회
    • URL에 데이터를 포함 (보안 취약)
  • POST
    • 서버에 새로운 리소스를 생성하거나 데이터 전송에 사용
    • 데이터를 메시지 본문에 담아 전송 (GET보다 안전)
  • PUT
    • 서버의 기존 리소스를 수정하거나 대체
  • DELETE
    • 서버의 특정 리소스를 삭제
  • HEAD
    • GET과 유사하지만 메시지 본문 말고 헤더 정보만 조회
  • OPTIONS
    • 서버가 지원하는 메서드 종류 확인

HTTP 상태 코드

서버는 클라이언트 요청에 대한 결과를 세자리 숫자 코드로 클라이언트에 전달

  • 1XX (정보)
    • 요청이 수신되어 처리중
  • 2XX (성공)
    • 200 OK: 요청 성공
    • 201 Created: 리소스 생성 성공
  • 3XX (리다이렉션)
    • 301 Moved Permanently: 요청한 리소스가 영구적으로 이동됨
  • 4XX
    • 400 Bad Reqest: 잘못된 문법으로 요청
    • 401 Unauthorized: 인증되지 않은 클라이언트
    • 403 Forbidden: 접근 권한 없음
    • 404 Not Found: 요청한 리소스를 찾을 수 없음
  • 5XX
    • 500 Internal Server Error: 서버 내부 오류
    • 503 Service Unavailable: 서버가 일시적으로 사용 불가 상태

HTTP 메시지 구조

HTTP Request

  • Request Line
    • Method
    • URI
    • HTTP Version
  • Request Headers
    • 요청에 대한 추가정보 (브라우저 종류, 데이터 형식 등)
  • Request Body

HTTP Response

  • Response Status Line
    • HTTP Version
    • Status Code
    • Status Phrase
  • Response Headers
    • 응답에 대한 추가 정보 (서버시간, 서버 이름 등)
  • Response Body

HTTP vs. HTTPS

HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Secure) 은 HTTP에 보안기능 추가한 것

구분HTTPHTTPS
보안암호화되지 않은 데이터를 전송SSL/TLS암호화 기술을 사용하여 데이터 보호
포트80번 포트443포트

속도는 암호화 과정이 없는 HTTP가 빠를 수 밖에

HTTP/1.1 vs. HTTP/2

프로토콜 구조

  • HTTP/1.1
    • 요청과 응답 모두 텍스트 기반 → 데이터 크기가 커지고 파싱 효율 낮음
  • HTTP/2
    • 모든 메시지가 Binary Framing 계층에서 처리되고 데이터가 Frame 단위로 전송
    • 통신 효율 굿, 파싱 빠름

Binary Framing

Frame이라는 최소 단위로 데이터를 주고 받음 한 프레임은 고정된 구성을 가지고 프레임 헤더와 데이터(payload)로 구성

Frame

프레임의 헤더 구조는 다음과 같다

 +-----------------------------------------------+
 |                 Length (24)                   |
 +---------------+---------------+---------------+
 |   Type (8)    |   Flags (8)   |
 +-+-------------+---------------+-------------------------------+
 |R|                 Stream Identifier (31)                      |
 +=+=============================================================+
 |                   Frame Payload (0...)                      ...
 +---------------------------------------------------------------+
FieldLengthDescription
Length3 bytes페이로드의 길이 (프레임 헤더 미포함)
Type1 byte프레임의 타입 지정 (DATA, HEADERS, PRIORITY, SETTINGS 등)
Flags1 byte프레임 타입별 플래그 필드 END_STREAM(데이터의 끝), END_HEADERS(헤더의 끝) 등
Reserved (R)1 bit예약 비트로, 항상 0으로 설정하고 무시
Stream Identifier4 bytes (31bits 사용하고 상위 1bit 예약)스트림 ID (31 bits)로 해당 프레임이 어떤 HTTP/2 스트림에 속하는지 표시
각 Frame Type 별로 Payload 구조가 다른데 이는 RFC9113에 정리되어 있음

Multiplexing 및 연결 관리

  • HTTP/1.1
    • 커넥션 당 요청을 한번에 하나만 순차적으로 처리
    • Head-of-Line (HOL) Blocking 문제 발생
      • 여러 파일 요청 시 앞의 요청이 완료돼야 다음 요청이 처리
  • HTTP/2
    • 멀티플렉싱을 통해 하나의 연결로 여러 요청과 응답을 동시에 처리

헤더 압축 (Header Compression)

HTTP/1.1 에서 매 요청마다 헤더 전체를 반복 전송 하는 것에 비해

HTTP/2 는 HPACK 방식의 헤더 압축을 적용해서 중복되는 헤더 정보를 줄인다

HPACK

HTTP/2 에서 헤더 필드의 중복을 제거하고 전송 효율성을 높이기 위해 사용되는 헤더 압축 알고리즘

각 요청마다 전체 헤더 필드를 전송하지 않고 2가지 테이블을 사용한다

Table
  1. Static Table
    • 미리 정의된 헤더 필드 집합, 자주 사용되는 HTTP 헤더 필드를 포함
  2. Dynamic Table
    • 연결이 유지되는 동안 새로 전송된 헤더 필드를 저장
    • 클라이언트와 서버가 공유하면서 새로운 헤더 필드가 전송될 때마다 Dynamic Table에 추가됨
작동 방식
  • Indexed Header Field (인덱스 참조)
    • 정적, 동적 테이블에서 이미 존재하는 헤더 필드를 인덱스로 참조하여 전송
    • 헤더 필드 전체 재전송 대신 인덱스 번호만 전송
  • Literal Header Field
    • 새로 추가된 헤더 필드는 리터럴 형식으로 전송
    • 헤더 필드와 값이 함께 전송, 필요에 따라 동적 테이블에 추가
  • Literal Header Field with Incremental Indexing (증분 인덱싱)
    • 새로운 헤더 필드를 전송하고 동적 테이블에 추가
    • 이후에 동일한 헤더필드 전송시에는 인덱스로 참조
  • Literal Header Field without Indexing (인덱싱 없이 전송)
    • 헤더필드를 전송하되 동적 테이블에 추가 x
  • Literal Header Field never Indexed (절대 인덱싱 금지)
    • 민감한 정보 포함한 헤더 필드 전송에 사용

서버 푸시 (Server Push)

HTTP/1.1 의 경우 클라이언트가 필요한 리소스를 직접 요청해야 했으나

HTTP/2 에서는 Server Push 기능으로 서버가 클라이언트가 요청하지 않은 리소스도 미리 전송하여 렌더링 속도를 단축한다

예를들어 서버가 HTML 문서를 보내면서 클라이언트가 곧 필요로 할 JS, CSS 파일을 미리 함께 보낼 수 있음

HTTP/3 (QUIC)

구글에서 개발한 UDP 기반의 QUIC (Quick UDP Internet Connections) 를 사용하여 통신하는 프로토콜

QUIC은 TCP, TLS, HTTP의 기능을 모두 구현한 프로토콜로

TCP 사용상 문제인 HOLB (Head-of-Line Blocking) 문제를 해결

UDP 사용하므로 443 포트 사용

QUIC 주요 특징

연결 레이턴시 최소화

TLS + TCP 에서는 TCP 연결 생성을 위한 hand-shanking 과정과 TLS를 사용한 암호화 통신까지 총 3 RTT가 필요하다.

QUIC 내에 TLS 인증서를 포함하므로서 최초 연결 설정 한번으로 필요한 인증 정보와 데이터를 함께 전송한다.

연결 마이그레이션

최초 연결시에 destination 서버의 Connection ID를 사용해서 생성한 Initial Key를 사용하여 통신을 암호화

한번 연결이 성공하면 그 설정을 캐싱해놓고 다음 연결 때 hand-shanking 없이 0-RTT로 통신을 시작할 수 있다

와이파이 환경에서 셀룰러로 네트워크가 바뀌어도 같은 QUIC Connection ID로 연결을 계속 유지할 수 있음

HOLB 완전 해소

HTTP/2 의 경우 기존 HTTP/1.1 가 파이프라인으로 하나의 요청에 대해 매번 커넥션을 유지해야하는 점을 보완하여 멀티플렉싱을 통한 요청 처리 방식을 도입했다.

HTTP Application Layer에서의 HOLB는 해소됐지만, TCP 본질적으로 가지는 HOLB 문제가 여전히 존재한다.

독립 스트림

HTTP/2 는 하나의 TCP 커넥션으로 데이터 병렬 전송이 가능하다. 다만 여러 프레임들이 섞여서 전송되는 중에 문제가 발생하면 이후에 상관없는 프레임들까지 지연이 발생한다.

QUIC 에서는 Application layer에서 여러개의 독립적인 스트림을 지원함

강력한 암호화

기본적으로 QUIC 내에 TLS가 포함됨

암호화 방식

TLS 1.3 을 프로토콜 자체에 내장 → 중간 네트워크 장비가 통신 내용을 들여다보거나 조작하는 것을 차단

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