HTTP, TCP 커넥션의 최적화를 위한 방법 - 병렬, 지속, 파이프라인 등

2021-02-15 • infoqoch •

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들어가며

HTTP의 통신에 있어서 서버와 클라이언트가 request, respose를 수송신할 때, 트랜잭션을 어떻게 설정하고 유지할지가 주요 쟁점이다.
한 페이지가 요구하는 이미지와 데이터량이 계속하여 늘어나는 현 시대의 웹사이트에서 효율적인 커넥션은 매우 중요하다.

커넥션의 방식은 http 1.0과 1.1을 기준으로 아래와 같다.

병렬(parallel) 커넥션
지속(혹은 영속persistent) 커넥션
파이프라인(pipelined) 커넥션

그림 1 (출처 : https://developer.mozilla.org/ko/docs/Web/HTTP/Connection_management_in_HTTP_1.x)

1. 순차적인 트랜잭션의 처리 (short-lived connection)

request와 response를 순차적으로 진행한다. 커넥션이 트랜잭션마다 새로 생성된다.
트랜잭션의 시작과 종료마다 커넥션의 시작과 종료를 반복하므로 성능상 문제가 발생할 수 있다. 특히 DNS, TCP 핸드셰이크 등 오버헤드가 반복적으로 발생한다. 핸드셰이크는 수백 바이트가 소모되고 여러 차례의 통신이 필요로 한 리소스가 큰 작업니다.
커넥션을 처음 시작했을 때, 인터넷 과부화를 막기 위하여 서버에서 최대 속도를 제한하는 경우가 있다. 이를 느린시작이라 한다. 커넥션을 반복적으로 처음부터 시작하면 느린시작으로 인한 속도 문제가 발생할 수 있다.

2. 병렬 커넥션

그림 2 (출처 : https://www.oreilly.com)

순차적인 트랜잭션 처리 문제의 해결책으로서, 커넥션을 한 번에 여러 번 생성하는 방식이다. 다수의 트랜잭션을 한 번에 맺으므로 빠르게 통신 가능하다.
다만, 과부하로 인한 성능 문제나 네트워크 대역폭의 한계로 인한 속도 문제가 발생하여 순차적인 방식보다 느릴 수도 있다.
각 트랜잭션마다 커넥션을 연결 및 종료한다는 점은 순차적인 트랜잭션 처리와 차이를 가지지 않는다.

3. 지속 커넥션 (Persistent connection)

순차적인 트랜잭션 처리가 가진 문제였던 커넥션 시작과 종료의 반복을 커넥션을 재활용하는 방식으로 개선하는 방식. 핸드쉐이크/지연로딩으로 인한 성능저하 문제를 해결한다.
오늘날 웹에서는 병렬 커넥션과 지속 커넥션을 함께 사용한다.
http 1.0 기준으로 지속 커넥션을 사용하기 위해서 connection:Keep-Alive를 헤더에 포함시킨다. HTTP 1.1을 기준으로 default 값이 되었다.
사용하지 않는 커넥션이 계속 연결되어 있으면 성능 저하 문제가 발생할 수 있다. 클라이언트가 서버와 더이상 지속 커넥션을 필요로하지 않는 경우 마지막 요청에서 Connection:close로 커넥션 종료를 명시하거나 Connection:Keep-Alive 헤더를 더는 전달하지 않아야 한다.
Connection 헤더는 hop-by-hop 특성을 가지므로, 단일 전송 경로(클라이언트-서버 또는 프록시-서버) 간에만 유효하며, 프록시가 이를 내부 서버로 전달하면 안 된다. 따라서 프록시 서버는 내부의 다른 서버로 요청을 전달하기 전에 Connection 헤더를 제거해야 한다. 이를 준수하지 않으면, 프록시 서버와 내부 서버 간 불필요한 지속 커넥션이 발생할 수 있다. HTTP/1.1에서는 이를 명확히 규정함으로써 문제가 줄어들었으며, HTTP/2부터는 멀티플렉싱과 커넥션 관리를 통해 이러한 문제를 근본적으로 해결했다.

hop-by-hop과 end-to-end 헤더? : https://devroach.tistory.com/110

4. 파이프라인 커넥션 (HTTP Pipelining)

지속 커넥션을 여러 트랜잭션으로 동시에 처리한다. 여러 개의 request와 여러 개의 response를 queue에 누적하여 처리한다.
파이프라인 커넥션은 요청 처리가 순차적으로 완료되는 것을 보장하지 않으며, 특히 POST와 같은 비멱등성 요청에서는 오류를 유발할 수 있다.
HTTP/2 이후로는 거의 사용되지 않는다.

참고 : “http완벽가이드”, 데이빗 고울리 외 https://developer.mozilla.org/ko/docs/Web/HTTP/Connection_management_in_HTTP_1.x