소켓 프로그래밍이란?

소켓 프로그래밍 입문

• 우리 주변에서 발견할 수 있는 대부분의 프로그래밍은 누군가로부터 정보를 전달 받거나, 누군가에게 정보를 전달하는 작업의 연속이다. 이러한 입력과 출력 작업이 없는 프로그램은 거의 없기 때문에, 모든 프로그래머가 입출력 작업에 노출되어 있다고 볼 수 있다.

• 입출력의 대상은 화면, 키보드, 파일, 데이터베이스, 다른 프로그램등 정말로 다양하다. 이중에 컴퓨터 네트워크를 대상으로 하는 입출력 행위를 다루는 프로그래밍을 네트워크 프로그래밍 또는 소켓 프로그래밍이라고 한다.

• 소켓은 네트워크 대상 입출력을 위한 응용 프로그래밍 인터페이스 (API의) 이름이다.

네트워크 프로그래밍의 정의

소켓 API를 이용하여 컴퓨터 네트워크를 사용하는 프로그램을 작성하는 것

• 프로세스 - 소켓 - 컴퓨터 네트워크 - 소켓 - 프로세스로 이어지는 연결 구조에서, 복잡한 컴퓨터 네트워크에서 데이터가 어떻게 전달되는가는 프로그래머의 1차 관심사가 아니다.

소켓과 입출력

프로세스의 입장에서, 소켓에 관계된 작업은 다른 프로세스로부터 데이터를 받는 작업과 다른 프로세스에게 데이터를 주는 작업이라고 볼 수 있다.

• 프로그래밍을 처음 배울 때 대부분의 책들이 Hello World! 라는 문자열을 출력하는 프로그램을 작성한다.

• 이 프로그램은 출력 대상이 터미널 화면인 출력 프로그램이다. 입출력의 대상이 될 수 있는 대상은 다음과 같다.

• 표준 입출력, 파일, 장치, 터미널, 소켓

간단한 소켓 프로그래밍

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

• domain : 소켓 통신을 위한 프로토콜 패밀리를 지정한다.
• type: 소켓의 종류를 지정한다.
• protocol: 소켓에서 사용할 포로토콜을 지정한다.
• 반환값은 성공시에는 파일의 디스크립터를 반환하고 실패시에는 -1을 반환한다.

#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
  int sd1, fd1, sd2, fd2;
  sd1 = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  fd1 = open("test", O_RDONLY);
  sd2 = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  fd2 = open("test2", O_RDONLY | O_CREAT);
  printf("sd1: %d, fd1: %d, sd2: %d, fd2: %d\n", sd1, fd1, sd2, fd2);
  close(sd1);
  close(fd1);
  close(sd2);
  close(fd2);
  return 0;
}

// result: sd1: 3, fd1: 4, sd2: 5, fd2: 6

• 결과를 통해서 소켓에도 파일과 같은 디스크립터가 할당된 다는 것을 확인할 수 있다.

통신 프로토콜

• 앞서 소개한 socket 함수는 3개의 인자를 받아서 소켓을 생성한다.

• 그 인자들 (도메인, 소켓타입, 프로토콜)을 이해하려면 컴퓨터 네트워크 통신 프로토콜에 대해서 알아야 한다.

• 대표적인 소켓 프로그램인 웹 서버를 기준으로 통신 프로토콜에 대해서 알아보도록 하자. 웹서버에 접속하는것은 아래의 세부작업으로 구성되어 있다.

1. 우리가 알고 있는 접속 주소를 네트워크 장비들이 이해할 수 있는 주소로 변환하는 작업
2. 교환할 데이터를 패킷으로 만드는 작업
3. 패킷이 이동하는 길의 이정표를 만드는 작업
4. 패킷의 목적지와 이정표를 확인하여 올바른 경로로 패킷을 전달하는 작업
5. 패킷이 목적지까지 제대로 도착했는지를 확인하는 작업
6. 네트워크가 혼잡할 때, 네트워크로 전송하는 패킷의 흐름을 조절하는 작업

• 이러한 작업을 수행하기 위해서 네트워크 장비들이 따라야하는 절차와 약속을 정의하고 있는 것이 바로 통신 프로토콜이다.

인터넷 프로토콜

• IP는 인터넷 계층 프로토콜로써 컴퓨터 네트워크의 핵심 프로토콜이다.

• IP가 컴퓨터 네트워크의 핵심 프로토콜인 이유는 호스트와 라우터가 사용할 수 있는 통일된 규격의 주소, 즉 IP 주소를 제공하기 때문이다

• 택배를 보낸다고 하더라도, 주소가 있어야 정상적으로 목적으로 배송을 할 수 있을 것이다. 또한 통일된 규격인 주소이여야 한다.

• 따라서 각각의 호스트들은 통신 기술과는 별개로 인식할 수 있는 주소가 있고 어려움 없이 데이터를 주고 받을 수 있다.

전송 계층 프로토콜

• 네트워크의 궁극적인 목적은 다른 호스트상에서 실행되고 있는 프로세스 간의 통신이다. 프로세스는 프로세스 아이디(PID)로 식별이 가능하다.

• 다시 말해서, 프로세스를 특정하려면, PID 가 필요하다.

"원거리 호스트에서 실행중인 프로그램의 PID를 통신할 때마다 알아야 하는가?"

• 앞에서 설명한 IP 주소 덕분에 호스트까지 데이터를 전달하는 것은 가능하지만, 호스트에 데이터가 도착하고 그 데이터가 어떤 프로세스에 전달되어야 하는지를 알려면 PID로 판별을 해야한다.

• 하지만 다른 호스트에서 실행되고 있는 PID를 알아내는 것은 쉽지 않으므로, 그 대신에 도착한 패킷에 있는 정보를 이용하여 해당 프로세스까지 전달해주는 수단이 필요하다.

• 이러한 일을 전송 계층 프로토콜인 TCP, UDP에 의해서 수행된다. 전송 계층에서는 프로세스를 식별하기 위해서 포트라는 주소를 제공한다

• 프로세스 간에 통신할 포트 번호를 미리 약속한다면 PID를 몰라도 통신하는 것이 가능하기 때문이다.

• 전송 계층 프로토콜은 통신을 원하는 프로세스들과 직접적인 연관이 있는 것으로, 네트워크 중간에서 패킷을 포워딩하는 라우터에서는 작동하지 않는다. 통신의 시작점과 목적지에서만 역할을 하기 때문에 END-TO-END 프로토콜이라고 불린다.

참고 문헌

• 네트워크 프로그래밍