소켓 프로그래밍 Socket Programming

1. 소켓(Socket)

(computer networking: a top-down approach(8th)에서는 소켓을 아래와 같이 설명한다. 이를 자세히 분석해보자.)

- a host-local application-created, OS-controlled interface(a "door") into which application process can both send and receive messages to/from another application process) 

 

host-local : 소켓은 특정 호스트(컴퓨터)에 종속되고 로컬 시스템 내에서 생성되고 관리

application-created : 소켓은 어플리케이션 프로세스에 의해 생성     ex) udp 서버코드 new DatagramSocket(9876)로 소켓 생성

OS-controlled : 소켓의 실제 관리는 운영체제가 담당한다. 운영체제가 네트워크 통신, 버퍼관리, 포트할당 등을 처리한다.

                           즉, 애플리케이션은 운영체제가 제공하는 소켓 인터페이스를 통해 통신하는 것이다.

Interface("door") : 소켓은 네트워크 통신을 위한 진입점 역할을 한다. 데이터가 들어오고 나가는 통로라는 의미로 "문"에 비유하였다.

both send and receive : 소켓을 통해 메시지를 보내고(send) 받을 수(receive) 있다.

to/from another application process : 한 프로세스에서 다른 애플리케이션 프로세스로의 통신을 가능하게 한다. 동일 컴퓨터 내에서도 가능하고, 네트워크를 통해 다른 컴퓨터와도 통신이 가능하다.

 

2. Socket 인터페이스의 위치

 

• 응용 계층(Application Layer)과 전송 계층(Transport Layer) 사이에 위치
• 응용 프로그램이 전송 계층 프로토콜(TCP/UDP)을 사용할 수 있게 해주는 인터페이스

소켓 인터페이스의 위치

 

User Space의 소켓

• 소켓 API (시스템 콜 인터페이스)
• 응용 프로그램에서 사용하는 소켓 함수들
• // 사용자 영역에서의 소켓 사용 예
  DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(9876);

커널 영역의 소켓

• 실제 소켓의 구현체(메모리 버퍼, 큐 등)
• TCP/IP 프로토콜 스택 구현
• 네트워크 디바이스 드라이버
• 데이터 패킷 처리
• 네트워크 리소스 관리

시스템 콜을 통한 상호작용

• 사용자 영역의 프로그램이 소켓 함수를 호출하면,
• 시스템 콜을 통해 커널 영역의 소켓 구현체와 통신
• 이를 통해 네트워크 통신이 이루어진다.

- 네트워크 입/출력을 위한 요소 :

1. 프로토콜 (Protocol)

2. 소스 IP 주소 (Source IP Address)

3. 소스 포트 번호 (Source Port Address)

4. 목적지 IP 주소 (Target IP Address)

5. 목적지 포트 번호 (Target Port Address)

 

포트 

- 호스트 내에 실행되고 있는 프로세스(Process)를 구분짓기 위한 16비트의 논리적 할당 (값의 범위 : 0 ~ 65536)

1) well known 포트(system ports) : 0-1023

- TCP 또는 UDP에서 쓰이는 0 번부터 65535번까지의 포트(port) 번호 중에서 IANA(Internet Assigned Numbers Authority)에 의해서 할당된 0번부터 1023번까지의 포트

- ex) HTTP : 80, HTTPS : 443, FTP : 21, SSH : 22, SMTP : 25

2) Registered Ports(User Ports) : 1024-49151

- IANA가 관리, 심사를 통해 할당

- ex) MySQL : 3306, PostgreSQL : 5432, RDP : 3389

3) Dynamic Ports(Private Ports) : 49152-65535

- 임시포트(Ephemeral Ports)로 사용

- 클라이언트 애플리케이션에서 일시적으로 사용

 

상세 내용은 아래링크 참조 :

https://www.iana.org/assignments/port-numbers

 

연결 지향형 소켓(SOCK_STREAM, TCP 소켓)

- SOCK_STREAM 소켓 유형

1. 스트림 방식의 소켓 생성

2. UNIX의 파이프 개념과 동일

3. 연결형(스트림) 서비스 선택 시 사용

 

- SOCK_STREAM 소켓 유형의 특성

1. 메시지 경계가 유지되지 않음 (상황에 따라 다른 양을 보냄)

2. 전달된 순서대로 수신됨

3. 전송된 모든 데이터는 애러없이 원격지에 도달

 

비연결 지향형 소켓(SOCK_DGRAM, UDP 소켓)

- SOCK_DGRAM 소켓 유형

1. 데이터그램 방식의 소켓 생성

2. 개별적으로 주소가 쓰여진 패킷 전송 시 사용 (개별주소 + Data)

3. 비연결형(데이터그램) 서비스 선택 시 사용

 

- SOCK_DGRAM 소켓 유형의 특성

1. 패킷은 전달된 순서대로 수신되지 않음

2. 에러복구를 하지 않음(신뢰성 x)

3. 데이터그램 패킷의 크기 제한

 

UDP 소켓에서는 TCP와 다르게 listen(), connect(), accept()의 과정이 없다.

 

스트림(Stream)

• 프로세스로 들어오거나 나가는 문자들의 연속된 흐름
• 입력 스트림은 프로세스의 입력 소스(ex. 키보드나 소켓)에 연결됨
• 출력 스트림은 출력 소스(ex. 모니터나 소켓)에 연결됨

 

 

참고 자료 : 

Computer Networking: a Top-Down Approach (8th ed.) - 2.1 Principles of Network Applications

https://www.youtube.com/watch?v=abeupgK5z48 
https://scapy.disruptivelabs.in/networking/socket-interface

https://net.cybbh.io/public/networking/latest/12_programming/fg.html#_12_4_4_1_socket_socket_socket