[네트워크] HTTP 1.0 vs 1.1 vs 2.0 vs 3.0

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HTTP(Hypertext Transport Protocol) 는 웹 상에서 정보를 주고 받기 위한 어플리케이션 계층 프로토콜입니다. HTTP는 클라이언트가 요청을 하기 위해 연결을 연 다음 응답을 받을때 까지 대기하는 전통적인 클라이언트-서버 모델을 따릅니다. HTTP는 무상태 프로토콜이며, 서버가 두 요청 간에 어떠한 데이터(상태)도 유지하지 않습니다.

처음에는, HTTP는 인터넷 상에서 서버와 클라이언트가 소통을 하기 위한 용도로 만들어졌습니다. 가장 첫 HTTP 버전인 HTTP/0.9 는 오직 GET 메서드만 있었으며, ASCII 데이터만 전송 가능했습니다. 본 포스팅에서는 HTTP가 0.9, 1.0, 1.1, 2.0, 3.0 까지 발전하며 달라진 점들을 살펴보겠습니다.

HTTP/0.9
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The one-line protocol

HTTP 의 가장 초기 버전은 굉장히 간단했습니다. 딱 한줄로, GET 메서드와 리소스 경로만 있었습니다.

GET /index.html

응답도 굉장히 간단했습니다. 파일 자체로만 이루어져 있었습니다.

<html>
  A very simple HTML page
</html>

HTTP headers 가 없었고, 오직 HTML 파일만 전송가능했습니다.

HTTP/1.0
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Building extensibility

HTTP/0.9 에서는 GET 메서드만 지원했었습니다. 그러나 인터넷이 발전함에 따라 정보를 가져오는 다른 방법들도 필요해졌습니다. HTTP/1.0 에서 도입된 점들은 아래입니다.

Header : HTTP/0.9 에서는 메서드와 리소스 이름만 있었습니다. HTTP/1.0 에서는 HTTP header 를 도입해서, 더 다양한 메타데이터를 전송할 수 있게 했습니다.
Versioning : HTTP 의 어느 버전인지 명시할 수 있게 했습니다.
Status code : 응답에 대한 상태 코드를 만들었습니다.
Content-type : 이 필드 덕분에 HTML 파일 말고도 다른 타입의 다큐먼트도 전송 가능해졌습니다.
New methods : GET 말고도 POST, HEAD 메서드가 추가되었습니다.

GET /mypage.html HTTP/1.0
User-Agent: NCSA_Mosaic/2.0 (Windows 3.1)

200 OK
Date: Tue, 15 Nov 1994 08:12:31 GMT
Server: CERN/3.0 libwww/2.17
Content-Type: text/html
<HTML>
A page with an image
  <IMG SRC="/myimage.gif">
</HTML>

따라서 HTTP/1.0 은 초기 버전보다 훨씬 더 확장가능해졌습니다. HTTP/1.0 에서 가장 중요한 점은 HTTP headers 의 도입과, 새롭게 추가된 HTTP methods 입니다. HTTP header 는 클라이언트가 다양한 파일 타입을 주고 받고, 메타데이터를 주고받을 수 있게 했습니다. 새로운 메서드들은 클라이언트가 서버에게 정보를 보낼 수 도 있고( POST), 메타데이터를 받을 수 도 있게 되었습니다( HEAD).

HTTP/1.1
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The standardized protocol

HTTP/1.1 은 HTTP/1.0 이 출시된 몇달 후(1997년)에 출시되었습니다. HTTP/1.1 이 업그레이드 한 부분들은 다음과 같습니다.

Host header : 호스트 헤더로 인해, 하나의 물리 서버(하나의 IP주소)에서 여러 가상 호스트를 구분할 수 있게 되었습니다.
Persistent connections : HTTP/1.0 에서 각 요청/응답 페어마다 새로운 연결을 수립해야 했습니다. HTTP/1.1 에서는 하나의 연결로 여러 개의 요청/응답을 처리할 수 있게 되었습니다.
Pipelining : 파이프라이닝을 통해 첫번째 요청에 대한 응답을 받기 전에 두번째 요청을 보낼 수 있게 되었습니다.
Continue status : 서버가 응답을 할 수 있는 상태인지 확인하기 위해, 첫번째 요청에서는 요청 헤더만 보내 continue 상태 코드(100)을 받는지 확인했습니다.
New methods : 6개의 새로운 메서드(PUT, PATCH, DELETE, CONNECT, TRACE, OPTIONS) 가 추가되었습니다.

하나의 연결로 보낸 요청들의 예시는 아래와 같이 생겼습니다.

GET /en-US/docs/Glossary/Simple_header HTTP/1.1
Host: developer.mozilla.org
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.9; rv:50.0) Gecko/20100101 Firefox/50.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Referer: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Glossary/Simple_header

200 OK
Connection: Keep-Alive
Content-Encoding: gzip
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Date: Wed, 20 Jul 2016 10:55:30 GMT
Etag: "547fa7e369ef56031dd3bff2ace9fc0832eb251a"
Keep-Alive: timeout=5, max=1000
Last-Modified: Tue, 19 Jul 2016 00:59:33 GMT
Server: Apache
Transfer-Encoding: chunked
Vary: Cookie, Accept-Encoding

(content)

GET /static/img/header-background.png HTTP/1.1
Host: developer.mozilla.org
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.9; rv:50.0) Gecko/20100101 Firefox/50.0
Accept: */*
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Referer: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Glossary/Simple_header

200 OK
Age: 9578461
Cache-Control: public, max-age=315360000
Connection: keep-alive
Content-Length: 3077
Content-Type: image/png
Date: Thu, 31 Mar 2016 13:34:46 GMT
Last-Modified: Wed, 21 Oct 2015 18:27:50 GMT
Server: Apache

(image content of 3077 bytes)

HTTP/1.1 은 꽤 오랜 기간동안 표준 프로토콜로 사용되었습니다. 그만큼 확장성과 안정성이 뛰어났습니다. 이로 인해 새로운 헤더와 메서드들을 만들기 쉬웠습니다.

HTTP for secure transmissions
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보안을 위해 HTTP 를 기본적인 TCP/IP 위에서 전송하는 것보다, 보안을 위한 레이어인 SSL 가 고안되었습니다. 현재는 SSL의 발전된 형태인 TLS가 사용되고 있습니다.

Using HTTP for complex applications
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특수한 어플리케이션들을 위해 HTTP 프로토콜의 발전된 형태도 고안되었습니다.

Server-sent events : 서버가 브라우저에게 메세지를 푸쉬할 수 있습니다.
WebSocket : 기존의 HTTP 연결을 업그레이드 하여 실시간 양방향 소통을 할 수 있습니다.

HTTP/2
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A protocol for greater performance

시간이 지나면서, 웹 페이지는 점점 더 복잡해졌습니다. 웹 상에서는 단순 HTML 페이지 뿐만 아니라 여러 가지 미디어도 포함되었습니다. 따라서 HTTP 요청-응답에 상당한 오버헤드가 필요해졌습니다. 따라서 2010년대 초반에 구글이 SPDY 라는 실험적인 프로토콜을 구현했습니다. SPDY 는 응답 속도를 개선했고, 중복된 데이터 전송을 개선했습니다.

HTTP/2 가 HTTP/1.1 에 비해 달라진 점은 아래와 같습니다 :

Request multiplexing : HTTP/1.1 은 순차적인 프로토콜입니다. 이 말은, 요청한 순서대로 응답이 도착해야 한다는 의미입니다. 이것은 HOL 문제를 야기했고, 따라서 HTTP/2 에서는 멀티플렉싱을 도입하여 응답이 요청한 순서대로 오지 않아도 되게끔 했습니다.
Request prioritization : 요청에 우선순위를 지정해서, 시간이 짧게 걸리는 CSS 파일을 먼저 받고, 오래 걸리는 JS 파일들을 나중에 받을 수 있도록 하여 응답속도를 개선했습니다.
Automatic compressing : HTTP/2.0 에서는 GZip 을 이용한 압축을 자동적으로 수행합니다.
Connection reset : 서버와 클라이언트 간 연결이 끊기면, 바로 새로운 연결을 시작하게끔 했습니다.
Server push : 서버가 너무 많은 요청을 받는 것을 방지하기 위해, 서버 푸쉬가 생겼습니다. 서버는 클라이언트가 요청한 리소스 뿐만 아니라 앞으로 필요할 것 같은 리소스를 예측해서 하나의 요청에 함께 응답을 보냅니다.
Binary protocol : HTTP/1.1 까지는 텍스트 형태의 프로토콜이었지만, HTTP/2 부터는 바이너리 형태입니다.

HTTP/3
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HTTP over QUIC

HTTP/2 로 인해 성능 향상이 되었지만, 여전히 HTTP 는 TCP 기반이므로 TCP 수준에서 HOL 문제는 해결되지 않았고, RTT 가 너무 오래 걸렸습니다. 따라서 HTTP/3 에서는 TCP 대신 UDP 기반인 QUIC 위에서 작동하는 프로토콜을 설계했습니다.

QUIC(Quick UDP Internet Connections)는 전송 계층 프로토콜로, 멀티플렉싱과 자체 보안 기능을 내장하고 있습니다. 또한 TCP 보다 훨씬 빠른 핸드셰이크 프로세스를 가지고 있어, 연결을 훨씬 빠르게 맺을 수 있습니다. 그리고 UDP 상에서 여러 개의 스트림을 만들어서, 각 스트림마다 패킷 loss 를 독립적으로 처리합니다. 따라서 패킷을 잃어버려도, 전체가 영향을 받는 것이 아니라 그 스트림만 영향을 받습니다.