Chapter 16 Socket Interface

CONTENTS SOME DEFINITIONS SOCKETS BYTE ORDERING ADDRESS TRANSFORMATION BYTE MANIPULATION FUNCTIONS INFORMATION ABOUT REMOTE HOST SOCKET SYSTEM CALLS CONNECTIONLESS ITERATIVE SERVER

CONTENTS (continued) UDP CLIENT-SERVER PROGRAMS CONNECTION-ORIENTED CONCURRENT SERVER TCP CLIENT-SERVER PROGRAMS

16.1 SOME DEFINITIONS

16.1 정의 소켓 소켓 인터페이스는 UNIX BSD의 일환으로 개발 UNIX에 기반을 두고 있으며 UNIX 에서 파일을 엑세스하기 위해서 사용되는 시스템 콜의 확장(System Call) 어떤 통신망의 특정 노드상의 특정 서비스를 식별하는 식별자, 소켓은 노드 주소와 서비스를 식별하는 포트번호로 구성된다. 인터넷 노드상의 포트 80은WWW(World Wide Web)서버를 표시한다.

16.1 정의 데이터 유형

16.1 정의 인터넷 주소 구조

16.1 정의 소켓 주소

16.2 SOCKETS

16.2 소켓 소켓 구조

16.2 소켓 인터넷 소켓 주소 구조

16.2 소켓 소켓 구조 계열(Family) IPv4, IPv6, UNIX 도메인 프로토콜과 같은 그룹정으 유형(Type) Stream Socket, DataGram Socket, Raw Socket 프로토콜(Protocol) TCP, UDP의 경우 0 로컬 소켓 주소 sockaddr_in의 구조체로 이루어진 로컬 소켓주소 원격지 소켓 주소 sockaddr_in의 구조체로 이루어진 원격지 소켓 주소

16.2 소켓 소켓 유형

16.2 소켓 소켓 유형 스트림 소켓(Stream Socket) 데이터 그램 소켓(Datagram Socket) TCP와 같은 연결지향 프로토콜을 사용 데이터 그램 소켓(Datagram Socket) UDP와 같은 비연결성 프로토콜을 사용 미 소켓(Raw Socket) ICMP 또는 OSPF 와 같이 직접 IP 서비스를 이용하는 프로토콜

16.3 BYTE ORDERING

16.3 바이트 순서화 Big-endian 바이트 순서

16.3 바이트 순서화 Little-endian 바이트 순서

The byte order for the TCP/IP protocol suite is big endian. 16.3 바이트 순서화 The byte order for the TCP/IP protocol suite is big endian.

16.3 바이트 순서화 바이트-순서 변환 응용프로그램에서 이식성을 용이하게 하기 위하여, TCP/IP 소프트웨어는 호스트 바이트 순서(big-endian 또는 little-endian) 으로 이루어진 정수를 네트워크 바이트 순서(big-endian)으로 변환하는 기능을 제공한다.

16.3 바이트 순서화 바이트-순서 변환에 대한 선언

16.3 바이트 순서화 Htons 16bit의 정수를 호스트바이트 순서에서 네트워크 바이트 순서로 바꾼다. Htonl 32bit의 정수를 호스트 바이트 순서에서 네트워크 바이트 순서로 바꾼다. Htohs 16bit의 정수를 네트워크 바이트 순서에서 호스트바이트 순서로 바꾼다. Htonl 32bit 의 정수를 전체 네트워크 바이트 순서에서 호스트 바이트 순서로 바꾼다.

ADDRESS TRANSFORMATION 16.4 ADDRESS TRANSFORMATION

16.4 주소 변환 네트워크 소프트웨어는 ASCII의 점으로 구분되는 10진수 형태의 IP 주소를 32비트의 2진 형태로 변환하거나 그 반대의 기능을 제공하는 함수를 제공

16.4 주소 변환 주소 변한 함수 선언 Inet_aton 점에 의해 분리되는 4개의 세그먼트를 포함하는 ASCII 스트링을 네트워크 바이트 순서의 32비트 2진수 변환 Inet_ntoa 네트워크 바이트 순서의 32비트의 2진수를 점으로 분리되는 4개의 세그먼트로 이루어진 ASCII 스트링을 변환

BYTE MANIPULATION FUNCTIONS 16.5 BYTE MANIPULATION FUNCTIONS

16.5 바이트 조정 함수 바이트 조정 함수 선언 네트워크 프로그래밍에서는 한 필드를 초기화하거나 한 필드의 내용을 다른 필드로 복사, 두 필드 내용으 비교 기능 필요 네트워크 프로그래밍에서는 strcpy 나 strcmp와 같은 스트링함수를 사용할 수 없음(함수는 필드가 null 문자로 끝남)

16.5 바이트 조정 함수 Memset 정의된 수만큼 바이트를 특정한 값으로 설정 Memcpy 한 필드값을 다른 필드로 복사 Example) memset(&x,0,sizeof(x)); x라는 필드에 0 저장 첫 번째 변수는 목적지 포인터, 두 번째 변수는 설정하고자 하는 값, 세 번째 변수는 바이트 수 Memcpy 한 필드값을 다른 필드로 복사 Example) memcpy(&x,&y,sizeof(x));y필드의 값을 x필드로 복사 첫 번째 변수는 목적지 포인터, 두 번째 변수는 발신지 포인터, 세 번째 변수는 복사하고자 하는 바이트 수 Memcmp 두개의 필드를 비교 Example) memcmp(&x,&y,10); x와 y 필드의 처음 10바이트를 비교 첫 번째 변수는 첫 번째 필드의 포인터, 두 번째 변수는 두 번째 필드의 포인터, 비교하고자 하는 바이트 수

INFORMATION ABOUT REMOTE 16.6 INFORMATION ABOUT REMOTE HOST

16.6 원격 호스트에 대한 정보 Gethostbyname 선언 Gethostname() – DNS에 대한 Call 호스트의 도메인 이름을 수신하고자 자원레코드 내용인 hostent라는 구조체 정보를 리턴한다.

16.6 원격 호스트에 대한 정보 Hostent 구조

16.6 원격 호스트에 대한 정보 첫 번째 필드 : 호스트 이름 두 번째 필드 : 호스트의 별칭(alias)을 나타내는 각 포인터에 대한 열(array) 포인터 세 번째 필드 : 주소유형(AF_INET) 네 번째 필드 : 주소의 길이 (IPv4는 4바이트) 마지막 필드 : 각각의 포인터가 호스트 주소중의 하나를 가리키는 포인터 열(array)의 포인터(호스트가 여러 개의 주소를 가지고 있는 경우)

16.7 SOCKET SYSTEM CALLS

16.7 소켓 시스템 콜 소켓 함수 선언 프로세스가 소켓을 만들기 위해서 사용 계열(family), 유형, 프로토콜 필드

16.7 소켓 시스템 콜 Bind 함수 선언 미리 개설된 소켓에 로컬 소켓 주소를 추가함으로써 로컬 소켓 주소와 소켓을 결합 Sockfd 소켓 기술자, localaddr 로컬 컴퓨터의 소켓 주소에 대한 포인터, localaddrlen 지역소켓 주소의 길이

16.7 소켓 시스템 콜 Connect 함수 선언 원격지 프로세스(일반적으로 서버)와 능동적으로 설정하고자 하는 프로세스(주로 클라이언트)에 의해 사용 Sockfd socket 함수에 의해서 리턴되는 소켓 기술자, serveraddr 원격지 소켓 주소 포인터, serveraddrlen 그 주소의 길이

16.7 소켓 시스템 콜 Listen 함수 선언 TCP server에서만 불려진다. 비 연결 소케승로 부터 수동 소켓을 개설 운영체제에게 서버가 이 소켓을 통하여 수락할 준비가 되어있다는 것을 알림 Sockfd는 socket 함수로부터 리턴되는 소켓 기술자, backlog는 이 연결을 위해서 저장될 수 있는 요구의 수 성공의 경우 0, 오류의 경우 1을 반환

16.7 소켓 시스템 콜 accept 함수 선언 해당 큐로부터 첫 번째 연결 요구를 읽어들이기 위해서 TCP 서버에 의해 불려진다. 큐가 비게 되면 휴면 상태로 들어간다. Sockfd 소켓 기술자, clientaddr 연결을 요구한 클라이언트의 주소 포인터, clientaddrlen 클라이언트 주소 길이에 대한 포인터 새로운 소켓 개설, 자식 서버가 클라이언트에게 접속

16.7 소켓 시스템 콜 Sendto 함수 선언 UDP를 사용하는 프로세스가 원격지 시스템에서 시행되는 다른 프로세스에게 메시지 전송 Sockfd 소켓 기술자, buf 전송메시지 버퍼 포인터, buflen 버퍼의 길이, flag out-of-band 또는 lookahead 메시지, toaddr 수신측 소켓 주소 포인터

16.7 소켓 시스템 콜 Recvfrom 함수 선언 소켓에 도착하는 다음 메시지 추출, 송신측의 소켓 주소 추출 주로 UDP 프로세스에 의해 사용 Sockfd 소켓 기술자, buf 전송 메시지 버퍼 포인터, lookahead 메시지, fromaddr 송신측 소켓 주소 포인터, fromaddrlen 소켓 주소 길이 포인터

16.7 소켓 시스템 콜 Read 함수 선언 원격지 기기에서 실행되는 다른 프로세스로부터 데이터를 수신하기 위해서 하나의 프로세스에 의해서 사용 두 기기사이의 이미 연결이 개설되어야 함 Sockfd 소켓 기술자, buf 데이터가 저장되는 버퍼 포인터, bufflen 버퍼의 길이

16.7 소켓 시스템 콜 Write 함수 선언 원격지 기기에서 실행되는 다른 프로세스로부터 데이터를 전송 두 기기사이의 이미 연결이 개설되어야 함 Sockfd 소켓 기술자, buf 전송할 데이터 보관 버퍼 포인터, buflen 버퍼의 길이

16.7 소켓 시스템 콜 Close 함수 선언 소켓을 닫고 TCP 연결을 종료하기 위해 사용

CONNECTIONLESS ITERATIVE 16.8 CONNECTIONLESS ITERATIVE SERVER

16.8 비연결 반복 서버 비연결 반복 서버에서의 소켓 인터페이스

16.8 비연결 반복 서버 UDP를 이용하는 서버는 비연결 반복 방식으로 동작한다. 데이터그램 요구를 처리하는 동안 서버는 다른 데이터 그램을 전혀 처리하지 않는다. 한 클라이언트 또는 여러 클라이언트로부터 발생하여 도착하는 데이터 그램은 큐에 저장되며 순서대로 하나씩 처리된다. 단일 포트인 잘 알려진 포트를 이용하며 도착하는 모든 데이터그램은 서비스를 받기 위해 일렬로 기다린다.

16.8 비연결 반복 서버 서버 소켓 개설 바인딩 단계의 반복 Socket call 발생(family, 유형, 프로토콜 전달) 운영체제는 소켓 기술자(socket descriptor) 리턴 바인딩 소켓 구조에 대한 정보를 입력하도록 bind 콜 발생 로컬 소켓 주소 구성 단계의 반복 수신(receiving) 입력큐로부터 데이터 그램을 읽기위해 recvfrom 콜 발생 전송(sending) 데이터그램처리후 출력큐로 결과를 포함하는 데이터그램을 전송하기 위하여 sendto 콜 발생

16.8 비연결 반복 서버 클라이언트 소켓 개설 단계의 반복 종료 소켓 개설을 위해 socket call 발생 운영체제는 소켓 기술자( socket descriptor) 리턴 단계의 반복 전송 서버로 자신의 요구를 전송하기 위해 sendto 콜 발생 수신 자신의 요구에 대한 응답을 얻기 위하여 recvfrom 콜 발생 종료 close

16.9 UDP CLIENT-SERVER PROGRAMS

16.9 UDP 클라이언트-서버 프로그램 서버 프로그램 27 클라이언트 메시지 수신 30 데이터 처리 1-6 헤더파일 8 버퍼크기 17 소켓 개설 18 서버의 소켓 주소 초기화 19-21 서버 소켓주소 값 22 소켓 바인딩 24 버퍼 초기화 25 무한루프 시작 27 클라이언트 메시지 수신 30 데이터 처리 32클라이언트로 결과 전송 34 버퍼의 재초기화

16.9 UDP 클라이언트-서버 프로그램 클라이언트 프로그램 33 서버로부터 응답수신 35 수신된 메시지 프린트 1-6 헤더파일 8 버퍼크기 18 소켓 개설 19 원격지 소켓주소 초기화 20-24 원격지 소켓주소를 위한 값을 설정 25 서버 연결 26 버퍼 초기화 30 버퍼내용을 서버 전송 33 서버로부터 응답수신 35 수신된 메시지 프린트 36 다음 반복을 위해 버퍼 재초기화 38 연결 종료

16.10 CONNECTION-ORIENTED CONCURRENT SERVER

16.10 연결-지향 동시 서버 연결-지향 동시서버에 대한 소켓 인터페이스

16.10 연결-지향 동시 서버 동시처리 가능 즉, 서버가 여러 클라이언트를 동시에 서비스한다. Request 가 여러 개의 세그먼트로 도착할 수 있는 바이트 스트림으로 구성될 수 있고, 또한 응답이 여러 개의 세그먼트를 통하여 전달될 수 있다. 서버는 각 연결당 하나의 버퍼를 가지며 적절한 버퍼에 저장되고 서버에 의해서 동시 처리된다. 부모, 자식 서버 개념 이용 부모는 잘 알려진 포트를 이용하고 연결설정후 자식 서버와 임시포트를 만들고 그 자식 서버가 클라이언트를 처리하도록 한다. 그후 부모서버는 개방되어 다른 연결을 기다린다.

16.10 연결-지향 동시 서버 하나의 잘 알려진 포트와 여러 개의 임시 포트를 이용 잘 알려진 포트로 수동개방 후 초기 연결절차 연결이 설정된 후, 서버는 잘 알려진 포트를 비우기위해 설정된 연결에서 임시 포트 할당 데이터 전달은 클라이언트 측의 임시포트와 서버측의 임시 포트 두 개의 임시포트를 통하여 이루어진다. 잘 알려진 포트는 다른 클라이언트 연결을 위해서 개방된다.

16.10 연결-지향 동시 서버 연결-지향 동시서버에 대한 소켓 인터페이스

16.10 연결-지향 동시 서버 연결-지향 동시서버에 대한 소켓 인터페이스

16.10 연결-지향 동시 서버 서버 소켓 개설 바인딩 듣기 단계 반복 Socket call 발생( family, 유형, 프로토콜 전달) 바인딩 소켓구조에 대한 정보를 입력하도록 바인드 콜 발생 로컬 소켓 주소 구성 듣기 Listen 콜을 발생하여 소켓을 수동 소켓으로 바꾼다. 단계 반복 수락(accept) Accept라 하는 새로운 소켓 개설, 개설된 소켓을 다음 클라이언트와 연결한다. 클라이언트는 새로운 소켓과 연결하며, 이전 소켓은 비워진다. Forking 자식 프로세서 생성, 이 동작이후 클라이언트는 동시에 부모와 자식에 연결된다.(listen, accept socket)을 가진다.

16.10 연결-지향 동시 서버 서버 Accept 닫기 Listen 소켓 닫기 반복 통신 소켓 닫기 부모 프로세서는 accept 소켓을 닥기 위해 close 콜 발생 Listen 소켓은 개방 유지(다음 클라이언트를 위해) Listen 소켓 닫기 자식 프로세서는 자신의 listen 소켓을 닫기 위해 close 콜 발생 Accept 소켓은 개방을 유지 반복 읽기 – 입력버퍼로부터 한번 처리능력만큼 read 콜 처리 – 데이터 처리 쓰기 – 출력버퍼로 처리 결과를 쓰기 위해 write 콜 발생 통신 소켓 닫기 Close 콜

16.10 연결-지향 동시 서버 클라이언트 소켓 개설 연결 단계의 반복 종료 소켓 개설을 위해 socket call 발생 운영체제는 소켓 기술자(socket descriptor) 리턴 연결 Connect 콜을 발생하여 운영체제가 개설된 소켓 구조에 서버의 소켓 주소를 넣도록 한다 단계의 반복 쓰기 Write 콜을 발생시켜 출력 TCP 버퍼로 데이터 기록 읽기 입력 버퍼로부터 데이터를 얻기 위해 read 콜을 발생 종료 Close 콜

16.10 연결-지향 동시 서버 클라이언트와 서버

16.10 연결-지향 동시 서버 클라이언트와 서버

16.10 연결-지향 동시 서버 서버 프로그램 33 부모 프로세스의 accept 소켓 다는다. 1-6 헤더파일 8 버퍼크기 18 수동소켓 개설 23 수동소켓과 서버 소켓주소 결합(binding) 24 수동소켓으로 부터 Listen 소켓 개설 28 accept 소켓 개설 30 fork를 이용 자식 프로세스 만듦 33 부모 프로세스의 accept 소켓 닫는다. 33 부모 프로세스의 accept 소켓 다는다. 38 자식 프로세스의 listen 소켓을 닫는다. 40 루프내에서 자식프로세스가 루프내의 accept 소켓으로부터 read 함수 수행 42 읽은 데이터 처리 44 자식 프로세스가 accept 소켓으로 결과 기록 47 accept 소켓 닫는다.

16.10 연결-지향 동시 서버 클라이언트 프로그램 25 데이터 수신 버퍼저장 27 버퍼의 내용을 능동 소켓에 기록 1-6 헤더파일 8 버퍼크기 17 능동 소켓 개설 21 원격지 서버에 대한 정보를 받아 hostent 구조체 변수에 정보 보관 22-23 hostent 구조체 내의 소켓주소를 원격지소켓주소 구조체에 복사 24 개설된 소켓을 서버에 연결 25 데이터 수신 버퍼저장 27 버퍼의 내용을 능동 소켓에 기록 29 능동소켓을 이용 서버로부터 수신한 내용을 읽는다. 30 수신버퍼의 내용을 프린트 33 라인은 능동 소켓을 종료