Socket

1.1. Socket Layer

Socket 은 유닉스의 파일 기술자를 통해서 다른 프로그램간의 정보교환을 가능하도록 해주는 방법으로, 같은 시스템에 있는 프로그램들간의 정보교환을 위한목적, 혹은 다른 시스템(네트웍 상으로 멀리떨어져있는) 들간의 정보교환을 위한 목적으로 사용된다.

그런데 왜 Layer 라고 부르는가 그 이유는 TCP/IP 4계층의 응용계층(applicaton layer)과 전송계층(transmission layer) 중간에 존재하기 때문이다. 아래의 그림을 보라

Socket Layer 은 응용계층에서 받은 메시지를 하부 Socket API 를 이용해서 전송계층으로 보낸다. 전송계층에는 2가지 대표적인 프로토콜 이 있는데 바로 TCP 와 UDP 이다. 그럼으로 우리 프로그래머들은 TCP프로토콜을 사용할것인지 UDP 프로토콜을 사용할것인지만 결정해주면된다.

1.2. 왜 Layer 구조를 가지는가

일상 생활에서 소켓레이어와 비슷한게, 전화기라고 볼수 있을것이다. 우리는 상대편에서 전화를 걸기 위해서 상대편전화의 지리적 위치가 어디인지, 어떤 전화국에서 관리하는지, 언어를 신호로 변환 시키기 위해서 어떠한 작업을 해야하는지, 어떻게 보내야 하는지 전혀 알필요가 없다. 그냥 수화기 들고 전화 번호만 누르면 그걸로 끝이다. 즉 전화기 라는게 있음으로 그 내부에서 일어나는 여러가지 복잡한 통신 프로세스를 모르고도 상대편과 전화통화를 할수 있게 된다.

Socket Layer 이 존재함으로써, 우리는 TCP/UDP 헤더를 어떻게 만들어야 하는지, 구조가 어떻게 되는지, 어떻게 커널에 전달해야 하는지 신경쓸필요 없이 네트웍 프로그램을 만들수 있게 된다.

1.3. Socket

"Socket 이라뇨 우리는 위에서 Socket Layer를 이미 다루었는데요 ?" 라고 의문을 가질수도 있을것이다. Socket Layer 과 Socket 는 엄연히 다르다. Socket Layer 는 계층을 나타내는 것이다. 즉 Socket 를 다루기 위한 계층이다. 이는 TCP가 전송계층이 아닌것과 마찬가지이다. 우리는 Socket Layer 에서 제공하는 다양한 API를 통해서 Socket 를 제어하게 된다.

그럼 Socket 이란 무엇인가. 소켓이란 유닉스 파일 지시자 를 이용하여 다른 프로그램과 정보교환을 하는 방법(혹은 도구) 이다. 일반적으로 유닉스 상에서 정보교환은 파일지시자를 통한다는걸 알고 있을것이다. 마찬가지로 Socket 를 이용한 지역 혹은 네트웍으로 연결된 프로그램 간의 정보교환 역시 파일지시자를 통해서 이루어진다.

다중연결서버 만들기(1) 의 zipcode_multi.c 를 이용해서 소켓이 어떻게 작동하는지 알아보도록 하겠다. 먼저의 위의 프로그램을 컴파일 시키고 작동을 시켜보자. 작동을 시켰다면 ps 로 zipcode_multi 프로그램의 pid 를 확인해보고 /proc/pid/fd 디렉토리로 이동해서 어떠한 파일 지시자를 가지고 있는지 확인해보도록 하자.

[yundream@localhost test]# ./zipcode_multi 4444
...
[yundream@localhost test]# ps -ax | grep zipcode 
 2473 ttyp1    S      0:00 ./zipcode_multi 4444
			

[yundream@localhost test]# ls -al /proc/2473/fd
합계 0
dr-x------    2 root     root            0  5월 28 16:07 .
dr-xr-xr-x    3 root     root            0  5월 28 16:07 ..
lrwx------    1 root     root           64  5월 28 16:14 0 -> /dev/ttyp1
lrwx------    1 root     root           64  5월 28 16:14 1 -> /dev/ttyp1
lrwx------    1 root     root           64  5월 28 16:14 2 -> /dev/ttyp1
lr-x------    1 root     root           64  5월 28 16:14 3 -> /home/mycvs/test/zipcode.txt
lrwx------    1 root     root           64  5월 28 16:14 4 -> socket:[171434]
			

여기에 새로운 클라이언트가 접근을하면 (telnet 이나 전용클라이언트 를 이용해서) 다음과 같은 파일 지시자가 하나 추가 될것이다.

lrwx------    1 root     root           64  5월 28 16:14 5 -> socket:[171435]
			

1.4. socket API

이번에는 socket 레이어에서 제공하는 소켓 관련 함수들을 설명하도록 하겠다.

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

int bind(int  sockfd, struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);
					

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
					

int listen(int sockfd, int backlog);
					

int accept(int s,  struct  sockaddr  *addr,  socklen_t *addrlen); 
					

	
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t  recvfrom(int s, void *buf, size_t len, int flags, struct sock-
addr *from, socklen_t *fromlen);

ssize_t recvmsg(int s, struct msghdr *msg, int flags);
					

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t  sendto(int  s,  const  void *buf, size_t len, int flags, const
struct sockaddr *to, socklen_t tolen);
ssize_t sendmsg(int s, const struct msghdr *msg, int flags);
					

int endian(void)
{
	int i = 0x00000001;
	if ( ((char *)&i)[0] )
		return LITTLE_ENDIAN;
	else
		return BIG_ENDIAN;
}
					

2.1. 서버측 socket 생성 순서

다음은 서버측의 소켓 생성 순서를 나열한 것이다.

1. 서버측의 소켓 생성순서는 최초 socket 함수를 이용해서 endpoint 소켓, 즉 클라이언트의 연결을 듣기 위한 소켓을 생성하게 된다. 이 소켓은 서버가 종료될때까지 남아있게 된다.

2. bind 함수를 호출하여 소켓특성을 묶어준다. 이 함수를 이용하여 port 번호를 지정해주며, 받아들일 IP주소에 대한 설정을 한다.

3. listen 함수를 이용하여 듣기 소켓(socket 함수를 통해서 만들어진) 에 연결이 있는지 기다린다. 만약 연결이 있다면, 연결 대기열(queue)에 쌓아놓는다.

4. accept 함수를 이용하여 연결 대기열에 대기중인 연결이 있다면 해당 연결에 대하여 새로운 소켓을 만들고 만들어진 소켓에 대한 파일 지시자를 되돌려준다. 이 소켓은 읽기/쓰기로 만들어진다. 만약 연결 대기열에 대기중인 연결이 없다면 (기본적으로) 해당 영역에서 봉쇄(block)된다.

5. read, write 등의 함수를 이용해서 통신을 한다.

2.2. 클라이언트 측 socket 생성순서

다음은 클라이언트측의 소켓 생성 순서를 나열한 것이다. 서버측에 비하여서 훨신 간단하게 이루어짐을 알수 있다.

1. 최초 socket 를 이용하여 endpoint 소켓을 생성한다. 클라이언트 이므로 이것은 듣기 소켓이 아니고, 연결 소켓이 될것이다. (이름만 다를뿐 사실 듣기 소켓과 연결 소켓의 구분은 없다)

2. connect 를 이용하여 서버에 연결한다.

3. read, write 등의 함수를 이용해서 서버와 통신한다.