Webserv

11 June 2025 - 4 mins read time
Tags: Network HTTP TCP/IP Server

Webserv - nginx (2024/06 ~ 2024/07)

Webserv 프로젝트는 42Seoul의 네트워크 과제 중 하나로, HTTP 1.1을 준수하는 웹 서버를 만드는 프로젝트이다. Minishell 이후로 가장 규모가 큰 프로젝트로, 웹에서 클라이언트와 서버가 어떤 방식으로 상호작용하는지 공부해 볼 수 있어 큰 의미가 있었다. Webserv를 진행하며 무엇을 공부했고, 내가 어떤 부분을 구현했는지 차근차근 설명해보겠다.

webserv gif

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웹 서버를 구현하기 위해 먼저 알아야 할 개념은 웹의 통신 방식인 HTTP, 그리고 실제 통신을 위해 사용되는 소켓, 포트에 대한 것이다. 이론적인 부분에 대해 하나씩 설명하겠다.

HTTP

HTTP(HyperText Transfer Protocol)는 웹에서 클라이언트와 서버가 통신할 때 사용하는 규칙(프로토콜)이다. 사용자가 웹 브라우저를 통해 웹 페이지를 요청하면, HTTP는 이 요청을 서버로 전달하고, 서버는 해당 요청에 대한 응답을 HTTP를 통해 되돌려준다.

HTTP 통신은 다음과 같은 흐름으로 이루어진다:

  1. 클라이언트가 특정 URL(예: https://example.com)에 접근한다.
  2. 클라이언트는 HTTP 요청을 생성하여 서버에 전송한다.
  3. 서버는 요청을 처리하고, HTML 문서나 이미지, JSON 데이터 등을 HTTP 응답으로 돌려준다.
  4. 클라이언트는 응답을 해석하여 화면에 표시하거나, 후속 동작을 수행한다.

이처럼 HTTP는 인터넷 상에서 정보를 주고받기 위한 기본적인 메커니즘이며, 우리가 흔히 말하는 “Web”은 이 HTTP 위에서 작동하는 서비스의 집합이다.

Http Connection

이미지 출처: https://www.geeksforgeeks.org/http-full-form/

Web의 구조

“Web”, 정확히는 “World Wide Web(WWW)“은 인터넷을 기반으로 하여 HTTP 프로토콜을 이용해 하이퍼텍스트 문서를 주고받는 시스템이다. 사용자는 웹 브라우저를 통해 다양한 정보에 접근하고, 이 과정은 HTTP를 통해 서버와 통신함으로써 이루어진다.

웹의 구성 요소

  • 클라이언트(Client): 사용자의 웹 브라우저로, 웹 페이지나 자원을 요청한다.
  • 서버(Server): 요청을 처리하고, 그에 맞는 응답을 클라이언트에 전달한다.
  • 프로토콜(Protocol): 클라이언트와 서버 간의 소통 규칙으로, HTTP를 사용한다.

Web Server의 역할

웹 서버(Web Server)는 HTTP 요청을 수신하고, HTTP 응답을 반환하는 프로그램 혹은 시스템이다. 브라우저에서 웹 페이지를 요청하면, 웹 서버는 해당 요청을 받아 적절한 HTML, 이미지, 또는 동적 데이터를 클라이언트에게 돌려준다.

웹 서버의 주요 역할

  • 요청 수신(Request Handling): 클라이언트가 보낸 요청을 받아들인다.
  • 자원 처리(Resource Serving): 요청된 경로에 따라 정적 파일을 읽거나 동적으로 데이터를 생성한다.
  • 응답 반환(Response Sending): 처리 결과를 HTTP 형식에 맞춰 응답한다.
  • 로깅 및 보안 처리: 접근 기록을 남기고, 권한 확인 등의 보안 처리를 수행한다.

대표적인 웹 서버로는 Apache, Nginx, Lighttpd 등이 있으며, Webserv 프로젝트는 이러한 서버의 핵심 기능을 직접 구현하는 데에 목적이 있다.

TCP/IP와 HTTP의 관계

HTTP는 애플리케이션 계층의 프로토콜로, 실제로 데이터를 주고받기 위해서는 그 아래 계층인 TCP/IP 프로토콜 스택의 도움을 받는다. 즉, HTTP는 혼자서 동작할 수 없으며, TCP/IP 위에서 동작한다.

웹 브라우저가 서버에 HTTP 요청을 보내기 위해 거치는 과정

  1. 사용자가 웹 브라우저에서 https://example.com을 입력한다.
  2. 브라우저는 DNS를 통해 도메인에 해당하는 IP 주소를 조회한다.
  3. 조회한 IP 주소로 TCP 연결을 시도한다. (3-way handshake)
  4. TCP 연결이 성공하면, 그 위에 HTTP 요청을 전송한다.
  5. 서버는 HTTP 응답을 TCP를 통해 클라이언트에게 돌려준다.
  6. 필요에 따라 연결을 유지하거나 종료한다.

여기서 중요한 점은,

  • TCP(Transmission Control Protocol)는 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다. 패킷이 순서대로 도착하며, 손실된 데이터는 재전송된다.
  • IP(Internet Protocol)는 패킷이 목적지에 도달할 수 있도록 라우팅을 담당한다.

따라서 HTTP는 TCP의 안정적인 전송 기능을 바탕으로 동작하는 고수준 프로토콜이라고 할 수 있다.

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소켓 통신과 포트

HTTP 요청과 응답은 실제로 소켓(Socket)이라는 통신 추상화를 통해 주고받는다. 소켓은 네트워크를 통해 데이터를 송수신하기 위한 인터페이스로, 운영체제 수준에서 제공된다.

소켓이란?

소켓은 IP 주소와 포트 번호를 결합하여 통신 상대를 식별하고, 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 통신 인터페이스다. 운영체제는 소켓을 통해 네트워크 연결을 생성하고 관리하며, 애플리케이션은 이를 통해 데이터를 주고받는다.

  • 클라이언트는 서버의 IP와 포트 번호를 사용해 연결을 시도하고,
  • 서버는 특정 포트에 소켓을 바인딩한 뒤, 들어오는 연결 요청을 수신 대기한다.

하나의 프로세스는 여러 개의 소켓을 생성하고 관리할 수 있다. 예를 들어 웹 서버는 클라이언트마다 별도의 연결 소켓을 생성하여 동시 접속을 처리한다.

포트란?

하나의 컴퓨터(즉, IP 주소) 안에서도 다양한 프로그램이 네트워크 통신을 하기 때문에, 각 애플리케이션은 포트 번호(0~65535)를 통해 구분된다.

일반적으로 다음과 같은 포트가 사용된다:

  • 80번 포트: HTTP 기본 포트
  • 443번 포트: HTTPS (HTTP over TLS/SSL)
  • 21번 포트: FTP
  • 22번 포트: SSH

즉, 클라이언트가 http://example.com에 접속하면, 내부적으로는 example.com:80에 TCP 연결을 생성하고, 그 위에서 HTTP 요청을 보낸다.

Webserv에서의 소켓 통신

Webserv 프로젝트에서도 실제로 다음과 같은 흐름으로 소켓을 사용하게 된다:

  1. socket() 시스템 호출을 통해 서버 소켓을 생성한다.
  2. bind()를 통해 특정 포트(예: 8080)에 소켓을 연결한다.
  3. listen()으로 클라이언트 연결을 받을 준비를 한다.
  4. accept()를 통해 실제 연결을 수락한다.
  5. 이후 read() / write() 또는 recv() / send()로 데이터를 주고받는다.

이처럼 소켓은 웹 서버 구현의 핵심이며, TCP/IP 프로토콜과 직접적으로 연결되는 계층이다.

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마무리

이 글에서는 웹 서버를 구현하기 전에 반드시 이해해야 할 HTTP, TCP/IP, 소켓, 포트의 개념을 정리하였다.
Webserv 프로젝트는 이러한 기초 위에 설계되며, 이후 구현 과정에서 만나는 다양한 세부 기술들도 이 기반을 바탕으로 동작하게 된다. 다음 글에서는 다수의 클라이언트 요청을 효율적으로 처리하기 위한 방식인 IO multiplexing(select, poll, epoll)에 대해 다룰 예정이다.

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