애플리케이션 레이어 (Application Layer) : HTTP 와 DNS

캐시 일관성이란 각각 클라이언트의 로컬 캐시 데이터와 메인 공유 메모리의 데이터가 모두 일치하는 것을 의미한다. 캐시 일관성이 지켜지지 않는 상황을 두고 캐시 일관성 문제라고 한다.각 클라이언트가 자신 만의 로컬 캐시를 가지고 다른 여러 클라이언트와 메모리를 공유하고 있을 때, 캐시의 갱신으로 인해 데이터 불일치 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하고, 캐시 일관성을 유지하기 위해서 사용하는 방법 중 하나는 Conditional GET 이다.

한양대학교 이석복 교수님의 2017년 2학기 컴퓨터 네트워크 강의를 듣고 정리한 글입니다.

 

 

목차

• 캐시 일관성 (Cache Coherence)
• Conditional GET
• DNS (Domain Name System)

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캐시 일관성 (Cache Coherence)

 

 

캐시 일관성이란 각각 클라이언트의 로컬 캐시 데이터와 메인 공유 메모리의 데이터가 모두 일치하는 것을 의미한다. 캐시 일관성이 지켜지지 않는 상황을 두고 캐시 일관성 문제라고 한다. 각 클라이언트가 자신 만의 로컬 캐시를 가지고 다른 여러 클라이언트와 메모리를 공유하고 있을 때,  캐시의 갱신으로 인해 데이터 불일치 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하고, 캐시 일관성을 유지하기 위해서 사용하는 방법 중 하나는 Conditional GET 이다.

 

 

Conditional GET

don't send object if cache has up-to-date cached version

• no object transmission delay
• lower link utilization

 

 if-modified-since: <date>  HTTP 요청 헤더는 날짜와 시간 정보를 담고 있으며, 조건부 요청이다. 서버는 지정된 날짜 이후 수정이 되었다면 HTTP Status 200 과 함께 요청된 리소스 (Object)를 돌려준다. 하지만 만약 수정되지 않은 리소스에 대한 요청은 리소스 없이 HTTP Status 304 (Not Modified) 응답을 한다.

 

여기까지는 HTTP 프로토콜에 대한 이야기이다.

이제부터 또 다른 애플리케이션 프로토콜인 DNS 에 대해 알아본다.

 

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DNS (Domain Name  System)

How to map between IP address and name, and vice versa ?

• distributed database : implemented in hierarchy of many name servers
• application-layer protocol : hosts, name servers communicate to resolve names 

 

프로세스와 프로세스 간의 커뮤니케이션을 위해서는 다른 머신에 존재하는 프로세스를 지칭하기 위해 주소가 필요하다. 즉,  인터넷 상의 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 데이터를 주고 받으며 통신하기 위해서는 주소를 알아야 한다. IP 주소와 Port 번호가 바로 해당 주소라고 할 수 있다. Port 번호는 통상적으로 고정된 번호가 있다. 예를 들어 HTTP 는 80으로 고정되어 있다. 그러나 IP 주소는 32 bit 로 이루어진 고유한 주소이다. 이를 일일이 기억하기는 어렵다. 친구들에게 연락하기 위한 전화번호를 일일이 외우기 힘든 것처럼 말이다. 그래서 마치 전화번호부와 같이 알아보기 쉬운 영단어 (Name Server)를 각 주소와 매핑시키자는 생각에서 DNS 개념이 생겨났다. 예를 들어 구글의 Name Server는  www.google.com  이고, IP Address는 123.xxx... 인 것이다. 이는 좋은 방법이지만 문제는 세계의 모든 서버 정보가 저장된 하나의 데이터베이스에 Access 하여 사용하기 어렵다는 것이다. 데이터도 무수히 많고, 검색 시간도 방대하다. 또한, 비유를 하자면 DNS는 상대방에게 전화를 걸기 위한 준비 운동과 같다. 핵심은 상대방에게 전화를 거는 것이지만 이 DNS는 전화를 걸기 위해 전화번호부를 찾아보는 부가적인 행동이기 때문이다.

 

분산 시스템

무엇보다 만약 정전으로 인해 서버가 잠시 다운된다면 전세계 사람들은 웹 브라우저를 사용하는데 어려움을 겪게 될 것이라는 치명적인 문제 (SPOF)를 안고 있다. 따라서 지금은 분산 시스템으로 구조화되어 존재한다.

 

 

" SPOF (single point of failure, 단일 장애점) "

시스템 구성 요소 중에서, 동작하지 않으면 전체 시스템이 중단되는 요소를 말한다.

 

 

DNS Query 

도메인 이름을 웹 브라우저에 입력할 때 최종 사용자를 어떤 서버에 연결할 것인지를 제어한다.

이 요청을 쿼리라고 부른다.

DNS Query 방법에는 두 가지가 있다.

 

반복적 질의 (Iterative Query)

최종 IP 주소를 받을 때까지 요청과 응답을 계속해서 Local DNS 서버가 반복한다. 클라이언트 입장에서는 Root 에 접근할 일이 거의 없다.

 

재귀적 질의 (Recursive Query)

사용자가 Local DNS 서버에 Query 를 보내면 Local DNS 서버가 Root Name 서버에 Query를 보내고, Root Name 서버는 자신의 서버에 없다면 해당 TLD 서버에 요청하는 식으로, 실제 도메인 정보를 가지고 있는 서버까지  Query가 이동하여 IP 주소를 재귀적으로 얻는다.

 

실제 DNS 서버는 반복과 재귀를 함께 사용한다.

 

재귀적 DNS 가 트래픽을 웹 애플리케이션에 라우팅하는 방법

 

도메인 체계

 

 

💡 DNS : a distributed, hierachical database

client wants IP for www.amazon.com  

• client queries root server to find com DNS server
• client queries .com DNS server to get amazon.com DNS server
• client queries amazon.com DNS server to get IP address for www.amazon.com  

 

💡 DNS : root name servers

contacted by local name server that ccan not resolve name 

• contacts authoritative name server if name mapping not known 
• gets mapping
• returns mapping to local name server

 

💡 TLD, authoritative servers

top-level domain (TLD) servers

• responsible for com, org, net, edu, aero, jobs, museums, and all top-level country domains (e.g. uk, fr)
• network solutions maintains servers for .com TLD
• educause for .edu TLD

 

authoriative DNS servers

• organization's own DNS server(s), providing authoritative hostname to IP mappings for organization's named hosts
• can be maintained by organization or service provider
• second-level domain (SLD) servers

 

 

DNS records

distributed db storing resource records (RR)

RR format : (name, value, type, ttl)

 

권한 있는 DNS 서버에 있는 명령으로서, 도메인에 연계된 IP 주소 및 해당 도메인에 대한 요청의 처리 방법에 대한 정보를 제공한다. 이 레코드는 DNS 구문이라고 하는 일련의 텍스트 파일로 구성된다. DNS  레코드에는 일반적으로 Name, Value, Type, TTL 이 있다.Type 에 따라 레코드가 의미하는 바가 결정이 된다. 여러 type 중, A 와 NS 가 있다.

 

type = A

• name is hostname
• value is IP address

 

type = NS

• name is domain
• value is hostname of authoritative name server for this domain

 

🔎 TTL (Time to live) 
 컴퓨터나 네트워크에서 데이터의 유효 기간을 나타내기 위한 방법이다. 

DNS 에서 권한 있는 네임서버는 특정 리소스 레코드의 TTL 값을 설정한다. 재귀적 (recursive) 캐시 네임서버가 권한있는 네임서버에 질의를 보낼 때, 캐시 네임서버는 그 레코드를 TTL 값에 해당하는 시간동안 캐시에 저장해 둔다. 

추후 스터브 리졸버(stub resolver)가 캐시 네임서버에 동일한 레코드에 대한 질의를 보냈을 때, 해당 레코드의 TTL 값이 아직 만료되지 않았다면 캐시 네임서버는 권한있는 네임서버에 질의를 보낼 필요 없이 캐시에 저장된 정보를 이용해 바로 응답을 하게 된다. 네임서버는 특정 도메인이 존재하지 않음을 나타내는 NXDOMAIN 응답에 대해서도 TTL 값을 가질 수 있다. 다만 이 경우에는 일반적으로 그 값이 최대 3시간 정도로 짧다.

TTL 값이 짧으면 상위의 권한있는 네임서버에 가해지는 부하가 커진다는 단점이 있지만, 반면에 메일 교환 레코드(mail exchange record)와 같이 주소 변경에 민감한 서비스에 적합하다는 장점을 가진다. 이 때문에 특정 서비스의 주소가 옮겨지는 경우, 이로 인한 혼란을 최소화하기 위해 DNS 관리자는 관련 레코드의 TTL 값을 낮춘다.

 

 

+ 읽어볼 글

DNS란? (도메인 네임 시스템 개념부터 작동 방식까지) - 하나몬

 

 

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Reference

캐시 일관성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

If-Modified-Since - HTTP | MDN

DNS란 무엇입니까? – DNS 소개 - AWS

[Web] DNS와 작동원리

한국인터넷정보센터(KRNIC)

타임 투 리브 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전