[CS] 웹 요청 전체 과정 정리하기

kiritoni 2025. 6. 11. 00:08

학생이 노트북을 학교 캠퍼스 네트워크에 연결하고 www.google.com을 요청한다고 해보자!

과정을 1단계에서 4단계까지 정리해보자.

1단계: 인터넷 연결 - DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

상황

노트북이 네트워크에 연결되었지만, IP주소가 없다.
First-hop router(게이트웨이) 주소를 모른다.
DNS 서버 주소를 모른다.

네트워크 연결을 하기 위해서는 위 세 가지 정보가 필요하다.

DHCP 과정

1. DHCP Discover

Application Layer: DHCP Discover 메시지를 생성한다.
Src: 0.0.0.0:68 -> Dest: 255.255.255.255:67
전송 방식: Broadcast (모든 장치에게 전송한다.)
캡슐화 과정
- Transport Layer: UDP segment로 encapsulation
- Network Layer: IP datagram으로 encapsulation
- Link Layer: Ethernet frame으로 encapsulation
- Physical Layer를 거쳐서 전송

2. DHCP Offer

DHCP의 포트 번호는 client(68), server(67)이다.

서버 측 처리: Physical -> Link -> Network -> Transport -> Application Layer
각 계층에서 demultiplexing 수행
헤더 확인 후 payload를 상위 계층으로 전달해준다.
DHCP 서버 응답
Src: DHCP 서버 IP:67 -> Dest: 255.255.255.255:68
사용 가능한 IP주소를 포함하여 DHCP Offer를 전송한다.

3. DHCP Request

클라이언트 측: demultiplexing을 통해 DHCP Offer를 수신
제안받은 IP주소를 사용하겠다는 DHCP Request 전송
Src: 0.0.0.0:68 (아직 IP주소 확정 전이기 때문)

4. DHCP ACK

서버 최종 응답:
DHCP 서버가 다음 정보를 포함한 응답 전송: 클라이언트 IP주소, First-hop-router(게이트웨이) IP주소, DNS 서버 이름과 IP 주소

결과적으로 클라이언트가 네트워크 연결에 필요한 정보들을 획득했다.

2단계: 도메인 이름 해석을 위한 준비 - ARP (Address Resolution Protocol)

✅ ARP 이 왜 필요할까?
DNS 쿼리를 보내려면, 게이트웨이를 통해야 한다.
지금은 IP주소는 알았지만 MAC 주소를 모른다.
Link Layer에서 실제 전송을 위해서는 MAC주소가 필요하다.

ARP으로 MAC주소를 찾을 수 있다.

1. ARP Query 브로드캐스트

First-hop router의 IP주소를 포함한 ARP 쿼리를 생성한다.
게이트웨이 IP주소의 MAC 주소가 뭔가요?라고 LAN상의 모든 장치에게 브로드캐스트한다.

2. ARP Reply

해당 라우터가 ARP 패킷을 수신하고, Link Layer에서 처리한다.
라우터의 MAC 주소가 담긴 frame을 unicast로 클라이언트에게 전송한다.

결과적으로, 클라이언트가 게이트웨이의 MAC주소를 획득한다.
이제 DNS 쿼리를 포함한 프레임을 전송할 수 있게 되었다. (준비 완료!)

Braodcast: 모든 장치에게 전송 (DHCP Disvoer, ARP Query)
Unicast: 특정 장치에만 전송(일반적인 통신)

3단계: 도메인 이름 해석 - DNS(Domain Name System)

DNS 쿼리 과정

1. DNS 쿼리 생성

www.google.com의 IP주소가 뭔가요?
Application Layer에서 DNS 쿼리를 생성한다.
Application -> UDP -> IP -> Ethernet Frame으로 캡슐화된다.

2. 프레임 전송

이제 게이트웨이 MAC주소를 알고있기 때문에 frame을 전송할 수 있다.
LAN Switch -> first-hop router -> DNS 서버

3. 라우팅

여러 라우터를 거쳐 DNS 서버에 도달한다.
라우팅 프로토콜 (RIP, IS-IS, BGP)기반 라우팅 테이블을 사용한다.

3. DNS 응답

DNS 서버가 www.google.com의 IP주소로 응답한다.
DNS 서버에서 demultiplexing: Ethernet -> IP -> UDP -> DNS
Iterative 또는 Recursive 쿼리 처리

✅ 캡슐화(Encapsulation)란?
Application Layer Data
↓
UDP/TCP Segment (Transport Layer)
↓
IP Datagram (Network Layer)
↓
Ethernet Frame (Link Layer)
↓
Physical Layer

✅ 디멀티플렉싱 (Demultiplexing)이란?
수신된 데이터가 프로토콜 스택을 거슬러 올라가는 과정이다. Ethernet -> IP -> UDP -> DNS 으로 각 레이어에서 헤더를 제거하고 상위 레이어로 전달된다.
Physical Layer
↓
Ethernet Frame → Link Layer (헤더 제거)
↓
IP Datagram → Network Layer (헤더 제거)
↓
UDP/TCP Segment → Transport Layer (헤더 제거)
↓
Application Data → Application Layer

4단계: TCP 연결 설정 - 3-Way Handshake

TCP 연결 과정

1. SYN 전송

클라이언트가 웹서버에게 연결을 요청한다.
SYN 세그먼트가 여러 라우터를 거쳐 서버에 도달한다.

2. SYN-ACK 응답

서버가 SYN 수신 후, SYN-ACK으로 응답한다.
클라이언트가 SYN-ACK을 수신하며 ESTABLISHED 상태로 전환된다.

3. ACK 전송

클라이언트가 ACK을 보내서 연결을 완료한다.
서버가 ACK을 수신하며 ESTABLISHED 상태로 전환된다.

TCP 연결 설정을 완료했다. 즉, 안정적인 데이터 전송 채널을 확보하게 되었다.

5단계: HTTP 요청/응답

HTTP 통신

1. HTTP Request

웹페이지 요청을 HTTP 메시지로 생성한다.
TCP 소켓을 통해 전송한다.
IP 데이터그램으로 www.google.com까지 라우팅한다.

2. HTTP Response

웹서버가 웹페이지 내용을 HTTP 응답으로 전송한다.
IP 데이터그램으로 클라이언트까지 라우팅한다.

결과적으로 웹 페이지가 최종적으로 화면에 표시되었다.

✅ 각 계층별 프로토콜과 역할
Application Layer: HTTP, DNS, DHCP
Transport Layer: TCP, UDP
Network Layer: IP, ARP
Link Layer: Ethernet

✅ DHCP vs DNS에서의 ARP 사용
DHCP: 목적지를 모르기 때문에 브로드캐스트, ARP을 쓸 필요가 없고 쓸 수가 없다! (어디로 갈 지 몰랐기 때문에)
DNS: 게이트웨이 주소를 알고 있으므로 ARP으로 MAC주소를 획득해야 한다. (DHCP에서 이미 IP주소를 획득했지만 MAC주소는 몰랐다.)

[참고자료] 컴퓨터네트워킹 하향식 접근 제 8판, James F. Kurose, Keith W.Ross