네트워크 & 리눅스 내부 구조 완전 가이드 — TCP/IP, DNS, iptables, systemd

[Application Data]
    ↓ 응용 계층
[TCP Header | Application Data]
    ↓ 전송 계층
[IP Header | TCP Header | Application Data]
    ↓ 인터넷 계층
[Ethernet Header | IP Header | TCP Header | Application Data | Ethernet Trailer]
    ↓ 네트워크 액세스 계층

# 패킷 캡처 - 각 계층의 헤더를 확인
sudo tcpdump -i eth0 -vvv -c 10

Client                    Server
  |                         |
  |--- SYN (seq=x) ------->|   1단계: 클라이언트가 SYN 전송
  |                         |
  |<-- SYN-ACK (seq=y,      |   2단계: 서버가 SYN-ACK 응답
  |    ack=x+1) ------------|
  |                         |
  |--- ACK (ack=y+1) ----->|   3단계: 클라이언트가 ACK 전송
  |                         |
  |===== 연결 수립 완료 =====|

Client                    Server
  |                         |
  |--- FIN ---------------->|   1단계: 클라이언트가 FIN 전송
  |                         |
  |<-- ACK ----------------|   2단계: 서버가 ACK 응답
  |                         |
  |<-- FIN ----------------|   3단계: 서버가 FIN 전송
  |                         |
  |--- ACK ----------------->|   4단계: 클라이언트가 ACK 응답
  |                         |
  |== TIME_WAIT (2*MSL) ===|

# TCP 연결 상태 확인
ss -tan

# 상태별 연결 수 카운트
ss -tan | awk 'NR>1 {print $1}' | sort | uniq -c | sort -rn

# 현재 TCP 윈도우 크기 확인
ss -ti | grep -A 1 "ESTAB"

# TCP 윈도우 스케일링 설정 확인
sysctl net.ipv4.tcp_window_scaling

# 현재 혼잡 제어 알고리즘 확인
sysctl net.ipv4.tcp_congestion_control

# 사용 가능한 알고리즘 목록
sysctl net.ipv4.tcp_available_congestion_control

# BBR로 변경 (고대역폭, 고지연 네트워크에 효과적)
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr

GET /api/users HTTP/1.1
Host: example.com
Connection: keep-alive
Accept: application/json

단일 TCP 연결 위에서:

Stream 1: GET /index.html    ─────>  [HEADERS frame]  [DATA frame]
Stream 3: GET /style.css     ─────>  [HEADERS frame]  [DATA frame]
Stream 5: GET /script.js     ─────>  [HEADERS frame]  [DATA frame]

# curl로 HTTP/2 요청
curl -v --http2 https://example.com

# nghttp2로 HTTP/2 프레임 확인
nghttp -v https://example.com

HTTP/1.1:  TCP + TLS (별도 핸드셰이크)
HTTP/2:    TCP + TLS (멀티플렉싱, 하지만 TCP의 HOL 블로킹)
HTTP/3:    QUIC (UDP 기반, 스트림별 독립적 흐름 제어)

# curl로 HTTP/3 요청
curl --http3 https://example.com

# QUIC 연결 확인
curl -v --http3 https://cloudflare-quic.com

브라우저
  |
  |-- 1. 로컬 캐시 확인
  |
  v
로컬 DNS 리졸버 (예: 192.168.1.1)
  |
  |-- 2. 캐시에 없으면 재귀 질의 시작
  |
  v
루트 DNS 서버 (.)
  |
  |-- 3. "com 네임서버는 a.gtld-servers.net입니다"
  |
  v
TLD DNS 서버 (.com)
  |
  |-- 4. "example.com 네임서버는 ns1.example.com입니다"
  |
  v
권한 DNS 서버 (example.com)
  |
  |-- 5. "example.com의 IP는 93.184.216.34입니다"
  |
  v
로컬 DNS 리졸버 (캐시에 저장)
  |
  v
브라우저 (IP 주소로 연결)

# A 레코드 조회
dig example.com A

# 특정 DNS 서버로 조회
dig @8.8.8.8 example.com

# MX 레코드 조회
dig example.com MX

# TXT 레코드 조회 (SPF 확인)
dig example.com TXT

# 역방향 DNS 조회
dig -x 93.184.216.34

# 전체 DNS 추적 (+trace)
dig +trace example.com

# 짧은 출력
dig +short example.com

# DNSSEC 검증
dig +dnssec example.com

# 리눅스 systemd-resolved 캐시 확인
resolvectl statistics

# DNS 캐시 플러시
sudo resolvectl flush-caches

# /etc/resolv.conf 확인
cat /etc/resolv.conf

# nsswitch.conf에서 DNS 해석 순서 확인
grep hosts /etc/nsswitch.conf

Client                                Server
  |                                     |
  |--- ClientHello ------------------>  |   지원하는 암호화 스위트, 키 공유
  |    (+ key_share)                    |
  |                                     |
  |<-- ServerHello ------------------- |   선택된 암호화 스위트, 키 공유
  |    (+ key_share)                    |
  |<-- EncryptedExtensions ----------- |
  |<-- Certificate ------------------- |   서버 인증서
  |<-- CertificateVerify ------------- |   서명 검증
  |<-- Finished ---------------------- |
  |                                     |
  |--- Finished --------------------->  |
  |                                     |
  |==== 암호화된 통신 시작 ===========|

Root CA (자체 서명)
  |
  |-- Intermediate CA (Root CA가 서명)
        |
        |-- 서버 인증서 (Intermediate CA가 서명)

# 인증서 체인 확인
openssl s_client -connect example.com:443 -showcerts

# 인증서 상세 정보
openssl x509 -in cert.pem -text -noout

# 인증서 만료일 확인
echo | openssl s_client -connect example.com:443 2>/dev/null | \
  openssl x509 -noout -dates

# TLS 버전 및 암호화 스위트 확인
openssl s_client -connect example.com:443 -tls1_3

# certbot 설치 (Ubuntu)
sudo apt install certbot python3-certbot-nginx

# 인증서 발급 (Nginx)
sudo certbot --nginx -d example.com -d www.example.com

# 인증서 갱신 테스트
sudo certbot renew --dry-run

# 자동 갱신 타이머 확인
systemctl list-timers | grep certbot

# 열린 소켓 확인
ss -tuln

# 프로세스별 소켓 확인
ss -tulnp

# 소켓 통계
ss -s

select/poll: O(n) - 모든 fd를 순회하여 확인
epoll:       O(1) - 이벤트가 발생한 fd만 반환

epoll의 동작:
1. epoll_create() - epoll 인스턴스 생성
2. epoll_ctl()    - 모니터링할 fd 등록/수정/삭제
3. epoll_wait()   - 이벤트 대기 (블로킹 또는 논블로킹)

                    PREROUTING
                        |
                  [라우팅 결정]
                   /         \
              INPUT        FORWARD
                |              |
          [로컬 프로세스]   [다른 인터페이스]
                |              |
             OUTPUT        POSTROUTING
                \            /
              POSTROUTING

# 현재 규칙 확인
sudo iptables -L -n -v

# 특정 포트 허용
sudo iptables -A INPUT -p tcp --dport 80 -j ACCEPT
sudo iptables -A INPUT -p tcp --dport 443 -j ACCEPT

# 특정 IP 차단
sudo iptables -A INPUT -s 10.0.0.100 -j DROP

# SSH 접속 제한 (분당 3회)
sudo iptables -A INPUT -p tcp --dport 22 -m state --state NEW \
  -m recent --set --name SSH
sudo iptables -A INPUT -p tcp --dport 22 -m state --state NEW \
  -m recent --update --seconds 60 --hitcount 4 --name SSH -j DROP

# NAT 설정 (마스커레이드)
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE

# 규칙 저장
sudo iptables-save > /etc/iptables/rules.v4

# nft로 현재 규칙 확인
sudo nft list ruleset

# 테이블 생성
sudo nft add table inet my_filter

# 체인 생성
sudo nft add chain inet my_filter input \
  '{ type filter hook input priority 0; policy drop; }'

# 규칙 추가
sudo nft add rule inet my_filter input tcp dport 80 accept
sudo nft add rule inet my_filter input tcp dport 443 accept

# 규칙 저장
sudo nft list ruleset > /etc/nftables.conf

# 라우팅 테이블 확인
ip route show

# 기본 게이트웨이 확인
ip route | grep default

# 특정 목적지에 대한 경로 확인
ip route get 8.8.8.8

# 정적 라우트 추가
sudo ip route add 10.10.0.0/24 via 192.168.1.1 dev eth0

# 라우팅 테이블에 정책 기반 라우팅
sudo ip rule add from 10.0.1.0/24 table 100
sudo ip route add default via 10.0.1.1 table 100

# /etc/systemd/system/myapp.service
[Unit]
Description=My Application Server
After=network.target postgresql.service
Requires=postgresql.service
Documentation=https://example.com/docs

[Service]
Type=notify
User=myapp
Group=myapp
WorkingDirectory=/opt/myapp
Environment=NODE_ENV=production
EnvironmentFile=/etc/myapp/env
ExecStartPre=/opt/myapp/scripts/check-deps.sh
ExecStart=/usr/bin/node /opt/myapp/server.js
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
Restart=on-failure
RestartSec=5
StartLimitBurst=3
StartLimitIntervalSec=60

# 보안 강화
NoNewPrivileges=true
ProtectSystem=strict
ProtectHome=true
ReadWritePaths=/var/lib/myapp /var/log/myapp
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

# 서비스 상태 확인
systemctl status myapp.service

# 서비스 시작/중지/재시작
sudo systemctl start myapp.service
sudo systemctl stop myapp.service
sudo systemctl restart myapp.service

# 설정 변경 후 재로드 (PID 유지)
sudo systemctl reload myapp.service

# 부팅 시 자동 시작 설정
sudo systemctl enable myapp.service
sudo systemctl enable --now myapp.service  # 즉시 시작 + 자동 시작

# 유닛 파일 수정 후 데몬 리로드
sudo systemctl daemon-reload

# 실패한 서비스 확인
systemctl --failed

# 서비스 의존성 확인
systemctl list-dependencies myapp.service

# 특정 서비스 로그 확인
journalctl -u myapp.service

# 실시간 로그 모니터링
journalctl -u myapp.service -f

# 최근 1시간 로그
journalctl -u myapp.service --since "1 hour ago"

# 특정 시간 범위
journalctl --since "2026-04-12 10:00:00" --until "2026-04-12 12:00:00"

# 에러 레벨 이상만 표시
journalctl -u myapp.service -p err

# 부팅별 로그
journalctl -b -1  # 이전 부팅
journalctl -b 0   # 현재 부팅

# 디스크 사용량 확인
journalctl --disk-usage

# 오래된 로그 삭제
sudo journalctl --vacuum-time=7d
sudo journalctl --vacuum-size=500M

# /etc/systemd/system/backup.timer
[Unit]
Description=Daily Backup Timer

[Timer]
OnCalendar=*-*-* 02:00:00
Persistent=true
RandomizedDelaySec=300

[Install]
WantedBy=timers.target

# /etc/systemd/system/backup.service
[Unit]
Description=Daily Backup

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/opt/scripts/backup.sh

# 타이머 활성화
sudo systemctl enable --now backup.timer

# 모든 타이머 확인
systemctl list-timers --all

# 타이머 다음 실행 시간 확인
systemctl status backup.timer

Parent Process (PID 100)
    |
    |-- fork() --> Child Process (PID 101)
                       |
                       |-- exec("/bin/ls") --> ls 프로그램 실행

# 프로세스 트리 확인
pstree -p

# 특정 프로세스의 상세 정보
cat /proc/PID/status

# 프로세스가 사용하는 파일 디스크립터
ls -la /proc/PID/fd/

# 좀비 프로세스 확인
ps aux | awk '$8 ~ /Z/'

# 고아 프로세스는 init(PID 1)이 자동으로 입양
# 좀비 프로세스는 부모가 wait()를 호출해야 제거됨

# 좀비 프로세스의 부모 찾기
ps -eo pid,ppid,stat,cmd | grep -w Z

# cgroup v2 확인
mount | grep cgroup2

# 현재 cgroup 확인
cat /proc/self/cgroup

# CPU 사용량 제한 예시
# 50%로 CPU 제한하는 cgroup 생성
sudo mkdir /sys/fs/cgroup/my_limited_group
echo "50000 100000" | sudo tee /sys/fs/cgroup/my_limited_group/cpu.max

# 메모리 제한 (512MB)
echo "536870912" | sudo tee /sys/fs/cgroup/my_limited_group/memory.max

# 프로세스를 cgroup에 할당
echo PID | sudo tee /sys/fs/cgroup/my_limited_group/cgroup.procs

# 네임스페이스 확인
lsns

# 새 네트워크 네임스페이스 생성
sudo ip netns add test_ns

# 네임스페이스 내에서 명령 실행
sudo ip netns exec test_ns ip addr

# unshare로 격리된 환경 생성
sudo unshare --pid --fork --mount-proc bash

# 네임스페이스 목록
ip netns list

사용자 프로세스
    |
    |-- open(), read(), write() ...
    |
    v
VFS (Virtual File System)
    |
    ├── ext4
    ├── XFS
    ├── btrfs
    ├── NFS
    ├── procfs (/proc)
    └── sysfs (/sys)

# 파일의 inode 번호 확인
ls -i file.txt

# inode 상세 정보
stat file.txt

# 파일 시스템의 inode 사용량 확인
df -i

# 하드링크 vs 심볼릭링크
# 하드링크: 같은 inode를 공유
ln original.txt hardlink.txt

# 심볼릭링크: 별도 inode, 경로를 가리킴
ln -s original.txt symlink.txt

# 파일 시스템 타입 확인
df -Th

# 파일 시스템 상세 정보
sudo tune2fs -l /dev/sda1    # ext4
sudo xfs_info /dev/sda1      # XFS
sudo btrfs filesystem show    # btrfs

# CPU 정보
cat /proc/cpuinfo

# 메모리 정보
cat /proc/meminfo

# 로드 평균
cat /proc/loadavg

# 커널 버전
cat /proc/version

# 네트워크 연결 정보
cat /proc/net/tcp

# 특정 프로세스 정보
cat /proc/PID/status    # 프로세스 상태
cat /proc/PID/maps      # 메모리 맵
cat /proc/PID/cmdline   # 실행 명령

# 블록 장치 정보
ls /sys/block/

# 네트워크 인터페이스 정보
ls /sys/class/net/

# CPU 주파수 정보
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_cur_freq

# 디스크 스케줄러 확인
cat /sys/block/sda/queue/scheduler

# 모든 TCP 연결 (수신 대기 포함)
ss -tuln

# ESTABLISHED 상태인 연결만
ss -t state established

# 특정 포트로의 연결 수 확인
ss -tn dport = :443 | wc -l

# 프로세스 정보 포함
ss -tulnp

# 소켓 메모리 사용량
ss -tm

# TIME_WAIT 상태 연결 확인
ss -t state time-wait

# 특정 인터페이스에서 패킷 캡처
sudo tcpdump -i eth0

# 특정 호스트와의 통신만 캡처
sudo tcpdump -i eth0 host 10.0.0.1

# 특정 포트 캡처
sudo tcpdump -i eth0 port 80

# DNS 쿼리 캡처
sudo tcpdump -i eth0 port 53

# 패킷을 파일로 저장
sudo tcpdump -i eth0 -w capture.pcap

# 저장된 파일 읽기
tcpdump -r capture.pcap

# HTTP 요청/응답 내용 보기
sudo tcpdump -i eth0 -A port 80

# SYN 패킷만 캡처 (새 연결 모니터링)
sudo tcpdump -i eth0 'tcp[tcpflags] & (tcp-syn) != 0'

# 시스템 콜 추적
strace -p PID

# 특정 시스템 콜만 추적
strace -e trace=network -p PID

# 파일 관련 시스템 콜
strace -e trace=file ls

# 시간 정보 포함
strace -T -p PID

# 자식 프로세스도 추적
strace -f -p PID

# 출력을 파일로 저장
strace -o output.txt -p PID

# 특정 포트를 사용하는 프로세스 확인
sudo lsof -i :80

# 특정 프로세스가 열고 있는 파일
lsof -p PID

# 특정 파일을 사용하는 프로세스
lsof /var/log/syslog

# 삭제되었지만 열려있는 파일 (디스크 공간 회수 안 됨)
lsof +L1

# 네트워크 연결 확인
lsof -i -P -n

# 특정 사용자의 열린 파일
lsof -u username

# CPU 프로파일링 (10초)
sudo perf record -g -p PID -- sleep 10

# 결과 확인
sudo perf report

# 실시간 상위 함수 확인
sudo perf top -p PID

# 시스템 전체 통계
sudo perf stat -a -- sleep 5

# 플레임 그래프 생성
sudo perf record -g -p PID -- sleep 30
sudo perf script > out.perf
# FlameGraph 도구로 변환
./stackcollapse-perf.pl out.perf > out.folded
./flamegraph.pl out.folded > flamegraph.svg

# 1. 인터페이스 상태 확인
ip addr show
ip link show

# 2. 라우팅 확인
ip route show
traceroute TARGET_HOST

# 3. DNS 확인
dig TARGET_DOMAIN
nslookup TARGET_DOMAIN

# 4. 연결 확인
ping TARGET_HOST
curl -v http://TARGET_HOST

# 5. 포트 확인
ss -tuln
sudo lsof -i :PORT

# 6. 방화벽 확인
sudo iptables -L -n
sudo nft list ruleset

# 7. 패킷 캡처
sudo tcpdump -i eth0 host TARGET_HOST

# 8. 시스템 리소스 확인
top
free -h
df -h

# 9. 로그 확인
journalctl -xe
dmesg | tail