면접 대비 예상 질문 (Network)

23.01.10 자로 진행된 면접 스터디의 내용을 아카이빙하기 위해 작성된 문서입니다.

OSI 7계층

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1. OSI 7계층은 어떤 계층으로 구성되어 있는지 설명해주세요.

OSI 7계층은 물리 계층, 데이터링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층으로 이루어져 있습니다.

응용 계층 쪽으로 갈수록 사용자에 가까워지는 구조로, 위와 같이 계층 별로 분리를 해둠으로써 계층 간 책임의 분리와 유지보수성을 향상시킬 수 있습니다.

2. 각 계층에서 사용하는 PDU에 대해 설명해주세요.

전송 계층에서 사용하는 PDU는 세그먼트입니다. 이에는 상위 계층에서 전달 받은 페이로드와 전송지 Port, 수신지 Port, 체크섬 등을 담은 헤더로 구성됩니다.

네트워크 계층에서 사용하는 PDU는 패킷입니다. 이에는 상위 계층에서 전달 받은 페이로드(세그먼트)와 전송지 IP, 수신지 IP, TTL, 체크섬 등이 포함되는 헤더로 구성됩니다.

데이터링크 계층에서 사용하는 PDU는 프레임입니다. 이에는 상위 계층에서 전달 받은 페이로드(패킷)와 전송지 MAC 주소, 다음 홉의 MAC 주소 등을 담은 헤더, 그리고 CRC 검출을 위한 파트로 구성됩니다.

3. 브라우저에 도메인을 입력하여 특정 페이지에 접속하는 상황에서 어떤 일들이 발생하는지 OSI 7계층과 연관지어 설명해주세요.

특정 도메인으로 해당 서버를 찾아가는 상황에서, 해당 도메인에 대응하는 IP와 Port 정보를 획득해야 네트워크에서 올바른 목적지를 찾아갈 수 있다. 이를 위해, 브라우저에 도메인을 입력하는 경우 해당 정보를 찾기 위한 DNS 서칭이 이루어진다. 이 때 DNS 자체는 응용 계층 프로토콜이고, 내부적으로는 UDP 프로토콜을 사용한다.

목적지의 IP와 Port를 확인했다면 이를 통해 네트워크 통신을 시도한다. 가장 먼저 TCP 연결을 수립하기 위한 3way Handshake가 이루어진다. 연결이 정상적으로 수립되었다면, L4, L3, L2를 거쳐 목적지를 향해 요청이 출발한다. 이 때 L2에서는 IP를 통해 요청을 전달할 경로의 MAC 주소를 획득하는 과정이 포함된다. 

전송된 요청은 수많은 라우터, 스위치를 거쳐 최종적으로는 목적지 호스트에 도달한다. 이는 전기 신호로부터 프레임, 패킷, 세그먼트를 거친 요청 데이터가 응용 계층의 서버로 전달되고, 서버는 적절한 응답을 생성하여 역순으로 되돌려준다.

TCP / UDP

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1. UDP와 TCP에서 공통으로 수행하는 다중화에 대해 설명해주세요.

다중화(멀티플렉싱)이란, 상위 계층의 여러 소켓에서 수신한 데이터를 세그멘테이션을 거쳐 하나의 흐름으로 만드는 것을 의미한다. 이 과정에서 포트 정보를 기반으로 한 세그먼트 헤더를 부착하게 된다.

반대로 하위 계층에서 수신한 세그먼트를 헤더의 포트 정보에 맞게 여러 소켓으로 분배해주는 작업을 역다중화(디멀티플렉싱)이라고 한다.

2. TCP와 UDP에 대해 비교하고 어떤 경우에 UDP를 선택하는지 설명해주세요.

UDP는 다중화와 오류 검출 만을 지원하는 전송 계층의 프로토콜이다. UDP는 전송 계층의 최소한의 책임 만을 수행하기 때문에 혼잡 제어 기능이나, 도착하는 패킷의 순서를 보장, 중간에 누락된 패킷에 대한 페일 오버는 수행하지 않는다. 

TCP는 다중화와 오류 검출 기능 외에, 패킷 간의 도착 순서 보장, 누락 패킷 재획득, 네트워크 혼잡 제어 등의 역할을 추가로 수행한다. 이를 통해 TCP는 연결의 신뢰성을 보장한다. 

UDP를 사용하는 경우는, TCP가 추가적으로 지원해주는 기능들이 필요하지 않은 경우이다. 가령 소수의 패킷은 누락이 되어도 상관없다거나, 패킷의 도착 순서에 대한 보장이 필요하지 않은 경우가 이에 해당한다. 이 경우, UDP를 사용할 경우 TCP에 비해 오버헤드를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

3. 일반적으로 하나의 서버는 하나의 포트를 열게 되는데, TCP가 커넥션을 유지하는 방식으로 작동한다면 이는 어떻게 관리되는지 설명해주세요.

서버 프로세스를 실행할 때 일반적으로 하나의 리스닝 포트를 지정하는 식으로 실행이 이루어진다.

이로 인해, 클라이언트 - 서버 간 통신이 모두 하나의 리스닝 포트를 이용하여 수행된다고 오해할 수 있는데 이는 사실이 아니다. 리스닝 포트는 단순히 서버 - 클라이언트 간 연결 수립의 목적으로만 사용되는 포트이며 연결이 수립되고 나면 실제 통신은 새롭게 생성하는 임시 포트를 통해 이루어진다. 해당 방식을 통해 서버는 동시에 여러 클라이언트의 요청을 처리할 수 있어진다.

4. TCP에서 3way, 4way Handshake를 수행하는 이유를 설명해주세요.

TCP는 연결 지향적 프로토콜이다. 이 말의 의미는 TCP 프로토콜은 결국 연결을 유지하고 있다는 의미가 되는데, 이 연결의 시작과 끝 지점이 바로 3way, 4way Handshake이다. 

3way Handshake는 전송 측 SYN(a) -> 수신 측 SYN(b) + ACK(a+1) -> 전송 측 ACK(b+1) 형태로 이루어지게 되는데, 이 방식을 통해 양쪽 엔드포인트가 모두 통신을 수행할 준비가 되었음을 확인하고 안정적인 통신을 기대할 수 있는 환경인지 확인하게 된다.

4way Handshake는 전송 측 FIN -> 수신 측 ACK -> 수신 측 TIME_WAIT -> 수신 측 FIN -> 전송 측 ACK 형태로 이루어진다. 이를 통해 TCP 연결을 안정적으로 종료할 수 있게 된다. 이 때 TIME_WAIT가 존재하는 이유는, 통신 종료를 알렸지만 아직 미처 전달되지 못한 패킷이 존재할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위해서이다.

HTTP vs HTTPS (향후 추가 예정)

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1. 대칭키와 비대칭키에 대해 설명해주세요.

2. HTTPS에서는 어떤 종류의 키를 사용하는지 설명해주세요.

3. TLS Handshake에 대해 설명해주세요.