TCP/IP Network Experimental Programming [Socket]

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TCP/IP Network Experimental TCP/IP Network Experimental Programming [Socket]Programming [Socket]

cheol-joo chaecheol-joo [email protected]@netwk.hannam.ac.kr

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Network Lab.Network Lab.


TCP/IP Network Experimental ProgrammingTCP/IP Network Experimental Programming

목차목차 소켓의 개요 소켓에서 사용되는 구조체 소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름 소켓 시스템 콜 UDP 에 의한 통신 TCP 에 의한 통신

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소켓의 개요소켓의 개요 소켓

■ 애플리케이션 프로그램에서 네트워크 통신 서비스를 받을 때의 API

주요 시스템 콜

socket() 소켓을 연다close() 소켓을 닫는다

bind() 자신의 호스트 IP 주소 포트 번호 설정listen() connection 의 수취 개시connect() connection 확립 요구 ( 자신의 호스트 IP 주소 , 포트 번호 설정 )accept() 받은 connection 에 소켓 작성

recv() 메시지의 수신recvfrom() 메시지의 수신send() 메시지의 송신sendto() 메시지의 송신

select() 입출력의 다양화

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소켓의 개요소켓의 개요 소켓 라이브러리 함수

gethostbyname() 도메인 명에서 IP 주소를 획득gethostbyaddr() IP 주소에서 도메인 명을 취득

getservbyname() 키워드에서 포트 번호를 취득getservbyaddr() 포트 번호에서 키워드를 취득

inet_addr() 문자열에서 나타난 IP 주소를 구조체로 변환iInet_nota() IP 주소 구조체를 문자열로 변환

htonl() 네트워크 바이트 오더로 변환 (long)htons() 네트워크 바이트 오더로 변환 (short)htohl() 호스트 바이트 오더로 변환 (long)htons() 호스트 바이트 오더로 변환 (short)

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소켓의 개요소켓의 개요 소켓 구조체

s_addr 구조체 IP 주소를 포함sockaddr 구조체 소켓 주소를 포함하는 구조체의 모형sockaddr_in 구조체 IP 주소와 포트 번호를 포함servent 구조체 서비스의 정보를 포함

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소켓에서 사용되는 구조체소켓에서 사용되는 구조체 BSD 에서의 sockaddr_in 구조체

BSD 에서의 sockaddr 구조체

struct sockaddr_in {u_char sin_len;u_char sin_family;u_short sin_port;struct in_addr sin_addr;char sin_zero[8];

};

struct sockaddr {u_char sa_len; /*total length*/sa_family_t sa_family; /*address family*/char sa_data[14] /*actually longer; address value*/

};

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소켓에서 사용되는 구조체소켓에서 사용되는 구조체 sockaddr 구조체와 sockaddr_in 구조체

■ Sockaddr 이 기존 구조체이며 TCP/IP 주소 형식으로 만든것이 sockaddr_in

sa_data어드레스 데이터

sa_len구조체 길이

sa_family어드레스 패밀리

sa_len구조체 길이

sa_family어드레스 패밀리

sin_port포트 번호

sa_data어드레스 데이터

sin_zero미사용

sockaddr 구조체 sockaddr_in 구조체

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소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름 UDP 에 의한 통신의 경우

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소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름 연결과정

■ 서버측에서▶ socket 시스템 콜을 사용하여 UDP 와 어플리케이션 사이에 통신로가 되는

소켓을 오픈▶ bind 시스템 콜을 사용하는 포트 번호를 지정하여 서버 프로그램을 작동▶ recvfrom 시스템 콜을 사용하여 클라이언트의 요청을 수신

■ 클라이언트측에서▶ socket 시스템 콜을 사용하여 UDP 와 어플리케이션 사이의 통신로가 되는

소켓을 오픈▶ bind 시스템 콜에서 자신이 사용하는 포트 번호를 결정

특정 포트 번호를 할당할 수도 있지만 운영체제가 자동으로 할당하는 것이 일반적인 방법

여기서는 포트번호를 0 으로 설정하고 bind 시스템 콜을 실행

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소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름

■ 클라이언트 프로그램이 sendto 시스템 콜에서 메시지를 소켓에 연결▶ IP 주소나 포트번호는 sendto 의 인수로서 전달되는데 운영체제

내부에서는 인수로 전달된 주소를 근거로 해서 UDP 나 IP 헤더에서 만들어진 패킷을 서버에 전송

■ 서버에서는 수취한 패킷의 헤더를 해석해 지정된 포트 번호의 패킷 수신 큐에 메시지를 포함시킴

■ 서버는 recvfrom 을 실행하고 애플리케이션에 메시지를 전송▶ 서버 프로그램은 recvfrom 시스템 콜의 인수에서 수신한 메시지에서

송신자의 IP 주소와 포트 번호를 알 수 있음■ 응답 메시지를 주고받을 때에는 recvfrom 시스템 콜을 습득한 IP

주소와 포트 번호를 사용해서 sendto 시스템 콜을 호출함■ 클라이언트는 서버에서 응답한 메시지를 recvfrom 시스템 콜로 수신■ UDP 에서는 recvfrom 에서 얻은 주소를 사용해서 connect 시스템 콜을

실행하여 소켓에서 송수신 가능한 상대의 IP 주소와 포트번호를 고정하는 것이 가능

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소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름 TCP 에 의한 통신의 경우

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소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름 연결과정

■ 서버측에서▶ socket 시스템 콜을 사용하여 TCP 모듈과 어플리케이션 사이에 통신로가

되는 소켓을 생성▶ bind 시스템 콜을 사용하는 포트 번호를 지정▶ listen 시스템 콜에서 커넥션 받는 큐의 길이를 지정해 클라이언트의 커넥션

접속 요구를 기다림▶ 커넥션이 이루어지면 새로운 소켓이 작성되도록 accet 시스템 콜을

실행하여 새로운 소켓이 만들어지는 것을 기다림■ 클라이언트측에서

▶ socket 시스템 콜을 사용하여 TCP 와 어플리케이션 사이의 통신로를 개설▶ Connect 시스템 콜에서 서버의 IP 주소와 포트 번호를 지정해서 TCP 의

커넥션 연결을 요구

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소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름소켓 시스템 콜에 따른 처리의 흐름

■ 커넥션이 이루어지면 send, recv 시스템 콜을 사용하여 메시지의 송신과 수신이 가능하며 커넥션을 끊을 때에는 close 시스켐 콜을 사용

■ 서버측에서는 커넥션을 수신하기 위한 소켓과 실제 메시지를 송수신하기 위한 2 종류의 소켓을 사용

■ 클라이언에서는 포트 번호를 지정하는 것이 가능하지만 일반적으로 운영 체제에서 자동으로 할당 받음

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜 프로토콜의 선택과 어드레스 지정

■ domain : 어드레스 페밀리 ( 프로토콜 패밀리 ) 를 지정▶ 어드레스 페밀리란 사용할 어드레스 체계를 의미▶ AF_INET : IP 어드레스와 포트 번호로구성되는 어드레스 체계▶ PF_INET : TCP/IP 프로토콜 체계를 의미

■ type : 사용할 프로토콜을 지정▶ TCP 를 사용할 경우 SOCK_STREAM, UDP 를 사용할 경우 SOCK_DGRAM, ra

w IP 를 사용할 경우 SOCK_RAW

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

int socket (int domain, int type, int protocol) ; 0 TCP/IP 를 사용하는 경우에는 0 을 입력

SOCK_SREAM TCP 를 사용하는 경우 SOCK_DGRAM UDP 를 사용하는 경우

AF_INET PF_INET

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜■ protocol : 사용하는 프로토콜을 지정

▶ TCP, UDP 통신일 경우 type 을 지정한 프로토콜이 정해지도록 default 를 의미하는 0 을 지정

IP 어드레스와 포트 번호 지정■ bind 시스템 콜을 사용


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

구조체의 크기

socket 의 리턴 값을 저장

sin_len구조체 길이

sin_family어드레스 패밀리

sin_prot포트 번호

sin_addrIP 어드레스

sin_zrro미사용

0 8 16 31

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜■ s : socket 리턴값■ my_addr : 자신의 IP 어드레스와 포트 번호를 지정

▶ 포트 번호 지정에는 sockaddr_in 구조체를 사용▶ my_addr.sin_family : AF_INET▶ my_addr.sin_port : 포트 번호▶ my_addr.sin_addr : IP 어드레스 지정▶ 리눅스에서는 sin_len 이 존재하지 않으므로 my_addr.sin_len 은 지정하지 않음

▶ 운영체제에서 포트 번호를 설정하는 경우에는 sin_port 를 0 으로 지정▶ IP 어드레스를 지정하지 않을 경우에는 INADDR_ANY를 입력

Bind 리턴 값이 성공했을 경우 0, 에러가 발생했을 경우 -1▶ IP 어드레스를 INADDR_ANY로 지정한 경우 호스트나 루트에 모든 IP

어드레스에서 패킷을 요구함 호스트에는 NIC 의 IP 어드레스와 루프백 IP 어드레스 (127.0.0.1) 이 추가 루트인 경우에는 복수의 IP 어드레스가 추가

■ addrlen : 구조체의 my_addr 크기를 지정■ 소켓 사용의 종료시에는 close 시스템 콜을 사용

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜 커넥션리스

■ UDP 인 경우 connect 시스템 콜을 사용하지 않은 경우 커넥션리스형 함수가 되고 사용할 경우 커넥션 지향형 함수를 사용

■ 메시지 송수신에는 sendto 시스템 콜과 recvfrom 시스템 콜을 사용


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





sin_zrro미사용

0 8 16 31

구조체의

크기

플래그

수신메시지의

길이

송신 메시지

소켓의

리턴

값

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜■ s : socket 리턴값■ msg : 송신 메시지가 포함되어 있는 메모리의선두 어드레스를 지정■ len : 소신 메시지의 바이트 수를 지정■ to : 마지막 IP 어드레스와 포트 번호를 지정■ tolen : 구조체 to 의 크기가 몇 바이트인가를 지정■ flags : 일반적으로 0 을 지정■ sendto 시스템 콜의 리턴값은 송신가능한 메시지의 바이트 수

▶ 즉 , 애플리케이션에서 소켓 모듈로 흘러간 바이트 수▶ 에러시 -1 을 리턴▶ 0 바이트의 데이터를 송신할 경우 0 을 리턴

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜

■ s : socket 리턴값■ buf : 수신 메시지가 포함되어 있는 버퍼의 선두 어드레스를 지정■ len : buf 에 포함 가능한 최대의 바이트 수를 지정■ from : 수신한 패킷의 처음 IP 어드레스와 처음 포트 번호를 포함


int recvfrom (int s, const void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *from, socklen_t fromlen);





sin_zrro미사용

0 8 16 31

구조체의

크기

플래그

수신메시지의

길이

송신 메시지

소켓의

리턴

값

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜■ fromlen : 구조체 from 의 크기가 몇 바이트인가를 포함■ flags : 일반적으로 0 을 지정■ recvfrom 시스템 콜의 리턴 값은 수신한 메시지의 바이트 수

▶ 에러가 발생한 경우 -1 을 리턴▶ sendto 에서 0 바이트의 메시지가 보내진 경우 0 을 리턴

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜 커넥션 지향

■ TCP 통신을 할 경우 커넥션을 확립하는 작업이 필요■ 통신상대의 IP 어드레스를 지정 ( 고정 ) 할때 connect 시스템 콜을

사용▶ TCP 인 경우 자동적으로 커넥션 관리를 위한 제어를 함▶ UDP 인 경우 seonto, recvfrom 대신 send, recv 를 사용하여 통신#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

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

구조체의 크기






sin_zrro미사용

0 8 16 31

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜■ s : socket 리턴값■ addr : 통신 상대의 IP 어드레스와 포트 번호를 지정■ addrlen : addr 구조체의 크기가 몇 바이트인가를 지정■ 서버가 TCP 커넥션을 요구하는 경우 listen 시스템 콜을 실행

▶ s : socket 리턴값▶ backlog : 큐의 길이를 지정

listen 의 리턴 값이 올바를 경우 0, 에러 발생시에는 -1 을 표시

#include <sys/socket.h>

int listen (int s, int backlog); 커넥션 수취 큐의 길이

socket 의 리턴 값

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜■ 서버에서 클라이언트의 커넥션 요구를 받아들일 때 accpet 시스템

콜을 실행

■ s : socket 리턴값■ addr : 자신의 IP 어드레스와 포트 번호를 지정■ addrlen : addr 구조체의 크기가 몇 바이트인가를 지정


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

구조체의 크기






sin_zrro미사용

0 8 16 31

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜■ 커넥션이 이루어지면 send, recv 를 사용하여 메시지 송수신을 처리

■ s : socket 리턴값■ msg : 송신하는 메시지가 포함되어 있는 메모리의 처음 어드레스를

지정■ len : 송신하는 메시지의 바이트 수를 지정■ flags : 일반적으로 0 을 입력


int send (int s, const void *msg, size_t len, int flags);

송신 메시지송신

메시지의

길이

플래그

accept 의 리턴값 또는 socket 의 리턴 값에 connect 한 것

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜

■ s : socket 리턴값■ buf : 수신하는 메시지가 포함되어 있는 버퍼의 처음 어드레스를 지정■ len : 버퍼에 포함 가능한 바이트 수를 지정■ flags : 일반적으로 0 을 입력■ 리턴값은 수신한 메시지으 바이트 수이고 에러 발생시 -1 리턴


int recv (int s, void *buf, size_t len, int flags);

수신 버퍼수신

버퍼의

길이

플래그

accept 의 리턴값 또는 socket 의 리턴 값에 connect 한 것

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜 소켓 옵션

■ setsockopt▶ 애플리케이션에서 소켓의 설정을 변경하기 위해 사용

■ 2.7.6절에의 TCP 의 윈도우 크기를 65535옥텟으로 설정

■ s : socket 에서 오픈한 소켓의 디스크 디스크립터나 accept 에서 커넥션을 확립한 후의 디스크 디스크립터를 지정

■ size : 설정하고 싶은 윈도우 사이즈를 입력


int size;size = 65535;/* 송신 버퍼의 설정 */setsockopt (s, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char *)&size, sizeof(size));/* 수신 버퍼의 설정 */setsockopt (s, SOL_SOCKET, SO_RECVBUF, (char *)&size, sizeof(size));

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜 DNS 관련 함수

■ gethostbyname : 도메인 명에서 IP 어드레스를 검색■ gethostbyaddr : IP 어드레스에서 도메인 명을 검색

■ gethostbyname 의 name 에는 도메인 명을 문자열로 표현자 구조체를 입력

■ gethostbyaddr 의 addr 에는 네트워크 바이트 오더에서 나타난 4바이트의 IP 어드레스를 입력

■ len 에는 IP 어드레스의 옥텟 수를 나타내는 4 를 지정■ type 에는 AF_INET 를 지정

#include <netdb.h>Struct hostent *gethostbyname(const char *name);

#include <sys/socket.h> /* for AF_INET */Struct hostent *gethostbyaddr(const char *addr, size_t len, int type);

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜■ 리턴되는 hostent 구조체

■ h_name : 도메인 명■ h_aliases : 호스트명의 다른 이름을 나타낸 문자열에 포인터 배열 주소■ h_addrtype : AF_INET 등의 어드레스 패밀리■ h_length : 어드레스 길이 ( 바이트 단위로 표시 )■ h_addr_list : IP 어드레스 포함

struct hostent {char *h_name; /* Official name of host */char **h_aliases; /* Alias list */int h_addrtype; /* Host address type */int h_length; /* Length of address */char **h_addr_llist; /* List of addresses from */

#define h_addr h_addr_list[10] /* Address, for backward compatibility */

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜 포트 번호 관련 함수

■ 포트 번호와 그에 대응하는 키워드를 서로 변경할 때 사용■ getservbyname : 키워드에서 포트 번호를 검색하는 함수■ getservbyport : 포트 번호에서 키워드를 검색하는 함수

■ proto 에 검색하고 싶은 프로토콜을 지정▶ proto 에 “ TCP” 또는 “ UDP”를 지정

#include <netdb.h>

struct servent *getservbyname (const char *name, const char *proto);struct servent *getservbyport (int port, const char *proto);

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜■ 리턴 값 servent 구조체

■ s_name : 키워드 포함■ s_aliases : 키워드의 다름 이름이 포함■ s_port : 이용 가능한 프로토콜의 이름이 포함 (“TCP”,”UDP”)

struct servent {char *s_name; /* Official service name */char **s_aliases; /* Alias list */int s_port; /* Port number */char *s_proto; /* Protocol to usr */

};

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜 IP 어드레스를 조작하는 함수

■ inet_addr() : 10 진 형식의 IP 어드레스 문자열을 32 비트 정수로 변환■ inet_ntoa() : 32 정수 형태에서 10 진 형식의 IP 어드레스 문자열로

변환

#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>

u_long inet_addr(const char *cp);char *inet_ntoa(struct in_addr in);

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜 raw IP

■ raw IP 를 사용하여 socket 시스템 콜을 사용할 경우

■ raw IP 를 사용할 경우는 socket 에서 SOCK_RAW 를 지정■ IPPROTO_RAW 부분은 /usr/include/netinet/in.h 에정의

■ 애플리케이션 IP 헤더를 포함한 패킷 전체를 작성할 때 setsockopt 시스템 콜을 사용하여 IP_HDRINCL 옵션을 설정

■ IP_HDRINCL 옵션을 사용할 경우 IP 헤더를 전부 애플리케이션으로 작성▶ 체크섬 (ip_cksum) 은 운영체제가 계산▶ 식별자 (ip_id) 를 0 으로 설정하면 운영체제가 자동을 설정

int s;s = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);

#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>const int on = 1;setsockopt (s, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, (void *) &on, sizeof(on));

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소켓 시스템 콜소켓 시스템 콜 select 시스템 콜에 의한 다중 처리

■ n : 검사하는 파일 디스크 디스크립터의 최대향■ readfds : recv, recvfrom 에 의한 통신을 검하하는 파일 디스크 디스크립터를 지정

■ writefds : send, sendto 에 의한 통신을 검사하는 파일 디스크 피트터를 지정

■ execeptfds : TCP 의 긴급 데이터가 도착할 수 있는지 여부를 검사할 경우 지정

#include <sys/time.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>

int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *execeptfds, struct timeval *timeout);

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UDPUDP 에 의한 통신에 의한 통신 Server 와 Client 구성 (UDP)

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UDPUDP 에 의한 통신에 의한 통신 Server 와 Client 처리 흐름

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UDPUDP 에 의한 통신에 의한 통신 실행

■ 서버측에서 udps 실행

■ 클라이언트에서 udpc 실행

■ 실행

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UDPUDP 에 의한 통신에 의한 통신 실행

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TCPTCP 에 의한 통신에 의한 통신 Server 와 Client 구성 (TCP)

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TCPTCP 에 의한 통신에 의한 통신 Server 와 Client 처리 흐름

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TCPTCP 에 의한 통신에 의한 통신 실행

■ 서버측에서의 tcps 를 기동

■ 클라이언트에서의 tcpc 를 기동

■ 실행

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