배경지식

gRPC는 Google에서 개발한 RPC(Remote Procedure Call) 시스템입니다. 전송을 위해 TCP/IP 프로토콜과 HTTP 2.0 프로토콜을 사용하고 IDL(Interface Definition language)로 protocol buffer를 사용합니다.

gRPC에 대해 이해하기 위해선 다음에 대한 배경지식이 필요합니다.


RPC(Remote Communication Mechanism)

RPC(원격 프로시저 호출)는 한 프로그램이 네트워크의 세부 정보를 이해하지 않고도 네트워크 안의 다른 컴퓨터에 있는 프로그램에서 서비스를 요청하는 프로토콜입니다. RPC는 client-server 모델을 사용합니다. 클라이언트에서 서비스를 요청(function call)하면, 서버에서 서비스를 제공합니다.

RPC의 간단한 개념


HTTP 프로토콜

HTTP(Hypertext Transfer Protocol)는 웹에서 쓰이는 통신 프로토콜입니다. 프로토콜이란 상호간에 정의한 규칙을 의미합니다.

HTTP 프로토콜은 TCP/IP 프로토콜 위의 레이어(Application layer)에서 동작합니다. 각 프로토콜 별 layer 계층은 다음과 같이 간략히 표현됩니다.

OSI 7 layer와 TCP/IP model

HTTP 프로토콜은 stateless 프로토콜입니다. 여기서 상태가 없다는 의미는 데이터를 주고 받기 위한 각각의 데이터 요청이 서로 독립적으로 관리된다는 의미이며, 이전 데이터 요청과 다음 데이터 요청이 서로 관련이 없다는 말입니다.

HTTP는 기본적으로 서버-클라이언트 구조를 따릅니다. 이 구조에서, HTTP 프로토콜로 데이터를 주고받기 위해서는 아래와 같이 Request를 보내고 Response를 받아야 합니다.

HTTP 통신

URL(Uniform Resource Locators)은 서버에 자원을 요청하기 위해 입력하는 영문 주소입니다.

URL 예시

URL을 이용하면 서버에 특정 데이터를 요청할 수 있습니다. 여기서 요청하는 데이터에 특정 동작을 수행하고 싶으면 HTTP 요청 메소드를 이용합니다.

사용하는 HTTP 요청 메소드는 4개입니다.

  • Get: 존재하는 자원에 대한 요청
  • POST: 새로운 자원을 생성
  • PUT: 존재하는 자원에대한 변경
  • DELETE: 존재하는 자원에 대한 삭제

HTTP 1.1 버전

HTTP1.1은 1999년 출시 이후 지금까지 웹에서 가장 많이 사용되고있는 프로토콜입니다. HTTP1.1은 기본적으로 연결당 하나의 Request과 Response를 처리하기 때문에 동시전송 문제와 다수의 리소스를 처리하기에 속도 및 성능 이슈를 가지고 있습니다.

대표적인 HTTP 1.1의 단점은 다음과 같습니다.

HOLB(Head Of Line Blocking) - 특정 응답 지연

HTTP/1.1은 connection당 하나의 Request를 처리하기에 속도 문제가 있었습니다. 이를 개선할 기법으로 pipelining이 제안됬는데, 이 방식은 하나의 connection을 통해 다수개의 파일을 Request/Response 받을 수 있는 기법을 말하는데, 이 기법을 통해 성능 향상 할 수 있으나 문제점이 있습니다.

pipelining 예시

만약 첫번째 이미지에 대한 Response가 지연되면, 아래 그림과 같이 두, 세번째 이미지는 첫번째 이미지의 응답처리가 완료되기 전까지 대기하게 됩니다. 이와 같은 현상을 HTTP의 Head Of Line Blocking(HOLB) 이라 부르며 pipelining 기법의 문제점 중 하나입니다.

pipelining의 문제 예시

RTT(Round Trip Time) 증가

HTTP1.1은 하나의 connection에 하나의 request를 처리합니다. 이로인해 하나의 connection마다 tcp 연결을 하며, 신뢰성 연결을 하는 tcp connection은 시작시 3-way handshake, 종료시 4-way handshake가 반복적으로 발생, 이로인한 오버헤드가 발생합니다.

heavy header

HTTP1.1의 header에는 많은 metadata가 저장되어 있습니다. 사용자가 방문한 웹페이지는 다수의 HTTP Request가 발생하게 되는데 이 경우 매 Request마다 중복된 header값을 전송하며, 이 중 cookie가 큰 문제입니다.

HTTP 2.0

HTTP2.0은 HTTP1.1의 프로토콜을 계승해 동일한 API면서 성능 향상에 초점을 맞췄습니다.

Multiplexed Streams

한 connection으로 동시에 여러개 메시지를 주고 받을 수 있으며, Response는 순서에 상관없이 stream으로 주고 받습니다.

Stream Prioritization

리소스간 우선순위를 설정해 클라이언트가 먼저 필요한 리소스부터 보내줍니다.

Server Push

서버는 클라이언트의 요청에대해 요청하지 않은 리소스를 마음대로 보내줄 수 있습니다.

Header Compression

Header table과 Huffman Encoding 기법(HPACK 압축방식)을 이용해 압축을 했습니다.

HPACK 기법

HTTP 버전별 차이


IDL(Interface Definition Language)

서버와 클라이언트가 정보를 주고 받는 규칙이 프로토콜이라면, IDL은 정보를 저장하는 규칙입니다.

대표적인 IDL로는 다음의 3가지가 존재합니다.

XML

XML(eXtensible Markup Langauge)은 어떠한 데이터를 설명하기 위해 이름을 임의로 지은 태그로 데이터를 감싸며, 태그로 사용자가 직접 데이터 구조를 정의 할 수 있습니다.

XML은 HTML처럼 데이터를 보여주는 것이 목적이아닌, 데이터를 저장하고 전달할 목적으로 만들어 졌습니다.

HTTP + XML 조합으로 많이 사용 됩니다.

XML 예시

JSON

JSON(JavaScript Object Notation)은 javascript의 부상으로 많이 쓰이고 있는 데이터 구조입니다. XML이 가진 읽기 불편하고 복잡하고 느린 속도 문제를 해결했습니다. 특히나 key-value로 정의된 구조 자체가 굉장히 사람에게 직관적입니다.

HTTP + RESTful API + JSON 조합으로 많이 사용됩니다.

json 예시

Protocol buffers(proto)

XML의 문제점을 개선하기 위해 제안된 IDL이며, XML보다 월등한 성능을 지닙니다.

Protocol buffers는 구조화(structured)된 데이터를 직렬화(serialization)하기 위한 프로토콜로 XML보다 작고 빠르고 간단합니다. XML 스키마처럼 .proto 파일에 protocol buffer 메세지 타입을 정의합니다.

Protocol buffers는 구조화된 데이터를 직렬화하는데 있어서 XML보다 많은 장점들을 가지고 있습니다. 대표적인 장점은 다음과 같습니다.

  • 간단하다
  • 파일 크기가 3에서 10배 정도 작다
  • 속도가 20에서 100배 정도 빠르다
  • XML보다 가독성이 좋고 명시적이다

protobuf 예시

현재 proto2와 proto3가 있으며, proto3의 사용을 권장합니다.

3개 방식 비교

다음은 XML, JSON, Proto 세가지 방식을 비교한 표입니다.

3개의 데이터 구조에대해 간략히 비교한 표


그래서 gRPC가 뭔데?

gRPC는 구글에서 만든 RPC 플랫폼이며 protocol buffer와 RPC를 사용합니다.

최신 버전의 IDL로 proto3를 사용합니다. Java, C ++, Python, Java Lite, Ruby, JavaScript, Objective-C 및 C#에서 사용 가능합니다.

SSL/TLS를 사용하여 서버를 인증하고 클라이언트와 서버간에 교환되는 모든 데이터를 암호화합니다. HTTP 2.0을 사용하여 성능이 뛰어나고 확장 가능한 API를 지원합니다.

gRPC에서 클라이언트 응용 프로그램을 서버에서 함수를 바로 호출 할 수 있어 분산 MSA(Micro Service Architecture)를 쉽게 구현 할 수 있습니다. 서버 측에서는 서버 인터페이스를 구현하고 gRPC 서버를 실행하여 클라이언트 호출을 처리합니다.

gRPC의 구조


참고 강의

What is gRPC

gRPC doc

JSON

HTTP/2

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