[System Programming] 13-2장. 인터넷 소켓
13.2 인터넷 소켓
인터넷 상의 호스트
- 인터넷 상의 호스트는 32 비트 IP 주소를 갖는다
- 예: 203.252.201.8 (4byte로 구성)
- IP 주소는 대응하는 도메인 이름을 갖는다.
- 예: 203.252.201.8 –> www.sookmyung.ac.kr
- 사람이 읽을 수 있는 문자로 표현 된 주소 -> 도메인 이름
- 예: 203.252.201.8 –> www.sookmyung.ac.kr
- 32 비트 IP 주소는 저장
/* 인터넷 주소 구조체 */
struct in_addr {
unsigned int s_addr; // 네트워크 바이트 순서(big-endian)
};
Byte ordering
- Two types of byte order
- Little endian
- the least significant byte contains the lowest byte address
- Intel, DEC
- Big endian
- the least significant byte contains the highest byte address
- IBM, Motorola
- Eg. 0xC3E2 : 메모리에 저장하고자 하는 값
- Little endian
The byte order for the TCP/IP protocol suite is big endian
바이트 정렬 함수
- 네트워크 애플리케이션에서 바이트 정렬 방식을 고려해야 하는 경우
- 네트워크 안에는 big-endian을 사용하고 있다.(TCP/IP의 경우)
- 프로토콜 구현을 위해 필요한 정보
- (a) IP 주소 -> big-endian
- (b) 포트 번호 -> big-endian
- 애플리케이션이 주고 받는 데이터
- (c) big-endian또는 little-endian으로 통일(CPU가 지원하는 방식에 따라 다름)
종단 시스템이 호스트 이고 라우터 부분이 네트워크이니까 이들 사이의 연결을 위해선 바이트 정렬 방식의 변환이 필요한 것(by hton, htonl …)
바이트 정렬 함수
- 바이트 정렬 함수(유닉스 호환)
u_short htons (u_short hostshort); // host-to-network-short
u_long htonl (u_long hostlong); // host-to-netw ork-long
u_short ntohs (u_short netshort); // network-to-host-short
u_long ntohl (u_long netlong); // network-to-host-long
Network byte order
바이트 정렬 함수
- SOCKADDR_IN 구조체의 바이트 정렬 방식
DNS(Domain Name System)
- 인터넷은 IP 주소와 도메인 이름 사이의 맵핑을 DNS라 부르는 전세계적인 분산 데이터베이스에 유지한다.
/* DNS 호스트 엔트리 구조체 */
struct hostent {
char *h_name; // 호스트의 공식 도메인 이름
char **h_aliases; // null로 끝나는 도메인 이름의 배열 alias list(도메인 이름 외의 다른이름)
int h_addrtype; // 호스트 주소 타입(AF_INET)
int h_length; // 주소의 길이
char **h_addr_list; // null로 끝나는 in_addr 구조체의 배열, for backward compatibility
};
hostent 구조체
struct hostent
{
char *h_name;
char **h_aliases; //별도의 이름 (가명)
int h_addrtype;
int h_length;
char **h_addr_list; //IP 주소
}
DNS 관련 함수
- 호스트의 IP 주소 혹은 도메인 이름을 이용하여 DNS로부터 호스트 엔트리를 검색할 수 있다
/* IP 주소(네트워크 바이트 정렬) -> 도메인 이름 */
struct hostent *gethostbyaddr(const char* addr, int len, int type);
//길이가 len이고 주소 타입 type인 호스트 주소 addr에 해당하는 hostent 구조체를 리턴한다.
/* 도메인 이름 -> IP 주소(네트워크 바이트 정렬) */struct hostent*
struct hostent* gethostbyname(char* name); // 도메인 이름
//도메인 이름에 대응하는 hostent 구조체에 대한 포인터를 리턴한다.
DNS 관련 함수 (IP 주소 변환 함수)
- in_addr 구조체 형식으로 된 IP 주소를 프린트 할 수 있는 스트링으로 변환
- 점(.)을 찍어주는 함수
char* inet_ntoa(struct in_addr address);
//IP 주소 address에 대응하는 A.B.C.D 포맷의 스트링을 리턴한다.문자열 형태로 IP 주소를 입력받아 32비트 숫자(네트워크 바이트 정렬)로 리턴
unsigned long inet_addr(char* string); // network-to-ascii
//A.B.C.D 포맷의 IP 주소를 네트워크 바이트 순서로 된 이진 데이터로 변환하여 리턴한다.
//32비트 숫자(네트워크 바이트 정렬)로 IP 주소를 입력받아 문자열 형태로 리턴
인터넷 소켓
- 인터넷 소켓
- 서로 다른 호스트에서 실행되는 클라이언트-서버 사이의 통신
- 양방향(2-way) 통신
- 소켓을 식별하기 위해 호스트의 IP 주소와 포트 번호를 사용
- 인터넷 소켓 연결 예
- 인터넷 소켓 통신을 사용하는 SW
- 웹 브라우저
- ftp
- telnet
- ssh
- For server, 잘 알려진 서비스의 포트 번호 (well-known port number)
- 시간 서버: 13번 포트
- ftp 서버: 20,21번 포트
- 텔넷 서버: 23번 포트
- 메일 서버: 25번 포트
- 웹 서버: 80번 포트
클라이언트-서버 인터넷 소켓 연결 과정
서버의 IP주소는 같지만 그 호스트 안의 웹서버와 메일 서버가 있는데 이 둘의 포트 번호는 다르다.(다른 프로세스이기 때문)
인터넷 소켓 이름(주소)
- 인터넷 소켓 이름(주소)
struct sockaddr_in {
unsigned short sin_family; // AF_INET
unsigned short sin_port; // 인터넷 소켓의 포트 번호
struct in_addr sin_addr; // 32-bit IP 주소
char sin_zero[8]; // 사용 안 함
}
- 소켓 이름을 위한 포괄적 구조체
struct sockaddr {
unsigned short sa_family; // 프로토콜 패밀리
char sa_data[14]; // 주소 데이터
};
파일 서버-클라이언트
TCP 소켓을 통한 양방향 통신하는 법
- 서버
- 파일 이름을 받아 해당 파일을 찾아 그 내용을 보내 주는 서비스
- 명령 줄 인수로 포트 번호를 받아 해당 소켓을 만든다.
- 이 소켓을 통해 클라이언트로부터 파일 이름을 받아
- 해당 파일을 열고 그 내용을 이 소켓을 통해 클라이언트에게 보낸다.
- 클라이언트
- 명령 줄 인수로 연결할 서버의 이름과 포트 번호를 받아(from 사용자) 해당 서버에 소켓 연결을 한다.
- 이 연결을 통해 서버에 원하는 파일 이름을 보낸 후
- 서버로부터 해당 파일 내용을 받아 사용자에게 출력한다
fserver.c
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#define DEFAULT_PROTOCOL 0
#define MAXLINE 100
/* 파일 서버 프로그램 */
int main (int argc, char* argv[])
{
int listenfd, connfd, port, clientlen;
FILE *fp;
char inmsg[MAXLINE], outmsg[MAXLINE];
struct sockaddr_in serveraddr, clientaddr;
struct hostent *hp;
char * haddrp;
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "사용법: %s <port>\n", argv[0]);
exit(0);
}
port = atoi(argv[1]); // ascii to integer
listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, DEFAULT_PROTOCOL); //TCP 사용 소켓 만들기
bzero((char *) &serveraddr, sizeof(serveraddr)); //memset과 동일 - 메모리 초기화
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serveraddr.sin_port = htons((unsigned short)port);
bind(listenfd, &serveraddr, sizeof(serveraddr));
listen(listenfd, 5);
while (1) {
clientlen = sizeof(clientaddr);
//연결이 되면 connfd라는 별도의 descriptor에 받는다.
connfd = accept(listenfd, &clientaddr, &clientlen);
/* 클라이언트의 도메인 이름과 IP 주소 결정 */
hp = gethostbyaddr((char *)&clientaddr.sin_addr.s_addr, //dns 호스트 엔트리 구조체
sizeof(clientaddr.sin_addr.s_addr), AF_INET);
haddrp = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);//network to ascii
printf("서버: %s (%s) %d에 연결됨\n",
hp->h_name, haddrp, clientaddr.sin_port);
if (fork ( ) == 0) {
readLine(connfd, inmsg); /* 소켓에서 파일 이름을 읽는다 */
fp = fopen(inmsg, "r");
if (fp == NULL) {
write(connfd, "해당 파일 없음", 10);
} else { /* 파일에서 한 줄씩 읽어 소켓을 통해 보낸다 */
while(fgets(outmsg, MAXLINE, fp) != NULL)
write(connfd, outmsg, strlen(outmsg)+1);
}
close(connfd);
exit (0);
} else close(connfd);
} // while
} // main
$ fserver 5000 &
서버: 203.252.195.220(53482)에 연결됨
소켓을 만들고 연결을 기다리고 연결이 될 때까지는 listenfd를 사용하지만 연결이 되고 나서부터는(data send recv 부터는) 별도의 소켓 디스크립터 connfd를 사용한다.(복사본)
fclient.c
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#define DEFAULT_PROTOCOL 0
#define MAXLINE 100
/* 파일 클라이언트 프로그램 */
int main (int argc, char* argv[])
{
int clientFd, port, result;
char *host, inmsg[MAXLINE], outmsg[MAXLINE];
struct sockaddr_in serverAddr;
struct hostent *hp;
if (argc != 3) {
fprintf(stderr, "사용법 : %s <host> <port>\n", argv[0]);
exit(0);
}
host = argv[1];
port = atoi(argv[2]);
clientFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, DEFAULT_PROTOCOL);
/* 서버의 IP 주소와 포트 번호를 채운다. */
if ((hp = gethostbyname(host)) == NULL)
perror("gethostbyname error"); // 호스트 찾기 오류
bzero((char *) &serverAddr, sizeof(serverAddr));
serverAddr.sin_family = AF_INET;
bcopy((char *)hp->h_addr_list[0],
(char *)&serverAddr.sin_addr.s_addr, hp->h_length);
serverAddr.sin_port = htons(port);
do { /* 연결 요청 */
result = connect(clientFd, &serverAddr, sizeof(serverAddr));
if (result == -1) sleep(1);
} while (result == -1);
printf("파일 이름 입력:");
scanf("%s", inmsg);
write(clientFd,inmsg,strlen(inmsg)+1);
/* 소켓으로부터 파일 내용 읽어서 프린트 */
while (readLine(clientFd,outmsg))
printf("%s", outmsg);
close(clientFd);
exit(0);
}
- 실행
$ fclient eeinfo.kw.ac.kr 5000
다운로드할 파일 이름 입력: youtxt
----------------
클라이언트-서버
소켓을 각자 생성하게 되면 각자 소켓을 갖게 된다.
accept()을 하면 복사본 socket이 하나 만들어짐
fork()를 하면 자식 프로세스가 만들어지고 그러면 parent 입장에서는 더 이상 복사본을 갖고 있지 않아도 되기 때문에 close하고
child 입장에서는 반대로 원본 소켓이 필요 없기 때문에 원본 소켓을 close하여
최종적으로 마지막 형태는 e와 같이 되고 통신은 client의 소켓과 서버의 child 프로세스의 복사본 소켓과 이루어지게 된다.
빨간색의 원본 소켓은 처음 만들어지고 연결 설정을 받아들이는 용도로만 사용되지 실제 데이터를 주고 받지는 않는다.
핵심 개념
- 소켓은 양방향 통신 방법으로 클라이언트-서버 모델을 기반으로 프로세스 사이의 통신에 매우 적합하다.
- 소켓에는 같은 호스트 내의 프로세스 사이의 통신을 위한 유닉스 소켓과 다른 호스트에 있는 프로세스 사이의 통신을 위한 인터넷 소켓이 있다.
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