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서버는 socket 함수를 호출해서 소켓을 생성하고, bind 함수로 포트에 연결한 후 listen함수로 클라이언트로부터 연결 요청을 받는다.

이때 소켓의 상태는 CLOSED에서 LISTEN이 된다. 클라이언트가 connect 함수를 호출하면 서버는 LISTEN 상태에서 SYN_RCVD 상태가 된 다음 ESTABLISHED 상태가 된다. 자료의 전송은 서버와 클라이언트 모두 ESTABLISHED 상태일 때 가능하다.

연결의 종료는 누가 먼저 종료를 시작하는가에 따라 상태가 달라지는데, 서버의 경우 클라이언트에서 먼저 종료를 시작하면 CLOSE_WAIT, LAST_ACK 상태를 거쳐 CLOSED 상태가 된다. 반대로 서버에서 먼저 종료를 시작하면 FIN_WAIT_1, FIN_WAIT_2, TIME_OUT 상태를 거쳐 CLOSED 상태가 된다.

클라이언트는 우선 socket 함수를 호출해서 소켓을 생성하고, connect 함수를 호출해서 서버와 연결하는데, SYN_SENT 상태를 거쳐 ESTABLISHED 상태가 된다. 그러면 자료의 송수신이 가능하게 된다.

연결준비단계

TCP는 연결형 서비스이다. 따라서 TCP로 통신하려는 두개의 호스트는 별도의 제어정보를 주고받음으로써 호스트간의 연결을 이루어낸다.

클라이언트의 응용프로그램에서 서버와 연결하기 위해 connect 함수를 호출하면 특정 제어비트를 1로 설정한 TCP 패킷을 서로 교환함으로써 이루어지는데 패킷 3개를 서로 교환하기 때문에 3-way handshaking이라고 부른다.

* 1단계(SYN 패킷 전송)

우선 클라이언트는 제어비트(control bit)중 SYN 비트를 1로 설정한 TCP 제어 패킷(SYN 패킷)을 서버로 전송해 연결을 시도한다.

TCP는 송수신되는 자료의 바이트 순서를 관리하는데, SYN 패킷에 기록된 일련번호와 확인번호 필드의 값으로 순서를 추척한다.

처음 SYN 패킷에는 클라이언트가 사용할 일련번호의 시작값을 일련번호 필드에 기록해서 전송한다.

즉, SYN 패킷의 일련번호 필드에는 연결후 자료를 송수신할 때 사용할 ISN이 있다.

* 2단계(SYN_ACK 패킷 전송)

서버는 제어비트중 SYN비트와 ACK비트를 1로 설정한 SYN_ACK 패킷을 클라이언트로 전송함으로써 클라이언트에게 SYN 패킷을 잘 받았음을 알린다. 역시 서버가 사용할 ISN을 SYN_ACK 패킷의 일련번호 필드에 기록해서 전송한다.

* 3단계(ACK 패킷전송)

클라이언트는 2단계의 SYN_ACK 패킷을 서버로부터 받은후 두 호스트간에 연결이 되었다는 것을 확인하고, 제어비트의 ACK 비트를 1로 설정한 TCP 제어패킷을 서버로 보낸다.

자료 송수신 단계

원격지로 자료를 전송할 때 응용 프로그램의 버퍼의 내용은 커널의 TCP 송신버퍼로 복사된다.

응용프로그램의 버퍼의 내용 모두가 커널의 TCP 송신버퍼에 복사될 때가지 응용프로그램은 차단된다.

TCP 송신버퍼의 크기는 옵션 SO_SNDBUF으로 지정한다.

응용프로그램의 버퍼의 크기가 크거나 송신버퍼에 비어있지 않아서 모두 복사하지 못하면 응용프로그램이 차단된다.

TCP 소켓옵션

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

s: 옵션을 읽거나 수정하려는 소켓 기술자

level: 옵션을 해석하는 커널 내 시스템 코드의 구분

optname: 소켓의 옵션을 수정할 옵션 이름

optval: 수정할 옵션의 값

optlen: 인자 optval의 메모리 크기

SO_KEEPALIVE 옵션

SO_KEEPALIVE 옵션은 TCP 소켓에 적용된다. 이 옵션을 1로 설정하면 일정시간(통상 2시간)동안 해당 소켓을 통해 어떤 자료도 송수신되지 않을때, 커널에서 상대방의 상태를 확인하는 패킷을 전송한다.

ACK 패킷으로 정상이라고 응답하는 경우 응용프로그램에는 어떠한 통보도 하지 않고 커널간의 확인만으로 상대방이 살아있음을 확인하고 마무리 한다. 상대방으로부터 아무런 응답이 없거나 RST 응답을 받으면 소켓을 자동으로 종료한다.

기본적으로 SO_KEEPALIVE 옵션은 서버측 소켓에 설정되어 상대방 시스템의 고장이나 정전, 네트워크 연결이 끊기는 등 통신이 불가능한 상황을 탐지해준다. 상대방 시스템이 고장난 경우 ETIMEOUT 오류를, 상대방 시스템까지 네트워크 연결이 불가능한 경우 EHOSTUNREACH 오류를 반환한다. 응용프로그램에서는 해당 오류에 따라 처리하면 된다. 시스템이나 네트워크 문제가 아닌 응용프로그램 문제라면 으용프로그램이 종료될 때 상대방 커널에서 FIN 패킷을 보내 연결 종료를 시작하기 때문에 응용 프로그램에서는 EOF에 대한 처리를 하면 된다.

#서버

1. 소켓 생성

나중에 클라이언트로부터의 연결 요청을 받을 수 있도록 socket 함수를 이용하여 네트워크 연결 장치인 소켓을 생성한다.

아래 예는 TCP용 전화기를 준비한 경우라 할 수 있다. 즉, TCP 통신이 가능한 TCP용 소켓을 생성하였다고 생각하면 된다.

int s_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

2. 연결 요청을 수신할 주소 설정

클라이언트로부터의 연결 요청을 받을 서버 IP주소와 포트를 설정하고 있다.

여기서 IP주소는 INADDR_ANY, 포트번호는 9000번으로 설정하고 있는데, 이는 현재 서버의 9000번 포트를 목적지로 하는 모든 연결 요청에 대해 처리하겠다는 의미이다. IP주소로 INADDR_ANY를 설정한 이유는 한 컴퓨터에 여러장의 랜카드가 장착되어 있어서 여러개의 IP 주소가 할당되고, 서버 응용프로그램은 이들 IP를 통해 들어오는 모든 연결요청을 받아 처리해야 하기에 사용한 것이다.

memset(&s_addr, 0, sizeof(s_addr));
s_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
s_addr.sin_family = AF_INET;
s.addr.sin_port = htons(PORT);

3. 소켓을 포트에 연결

1번에서 생성한 소켓을 2번에서 설정한 주소에 연결한다. 여기서는 소켓을 포트 9000번에 연결하고 있다.

if(bind(s_socket, (struct sockaddr *)&s_addr, sizeof(s_addr))==-1) {
    printf("can't bind\n");
    return -1;
}

4. 커널에 개통을 요청

해당 소켓으로 통신이 이루어지도록 운영체제에 개통을 요청하고 있다.

운영체제는 이 시점부터 다른 호스트에서 포트번호 9000번으로 요청하는 연결을 받아들이기 시작한다.

우리가 전화기를 전화기 콘센트에 물리적으로 연결하고서 전화국에 개통을 요청해야 외부에서 오는 전화를 받을 수 있는 것과 마찬가지 이치이다. 다시말해서 전화국 역할을 하는 운영체제에 개통을 요청하는 단계이다. 

if(listen(s_socket, 5) == -1) {
    printf("listen fail\n");
    return -1;
}

5. 클라이언트로부터 연결 요청을 수신
클라이언트로부터 연결 요청을 받아들이는 코드이다. 전화오기를 기다리다가 비로소 수화기를 들어받는 단계이다.

클라이언트로부터의 연결 요청을 1번에서 생성한 소켓 s_socket으로 받으면, 운영체제에서는 클라이언트와 자료를 송수신할 때 사용할 소켓 c_socket을 반환한다. 이후에는 연결소켓 c_socket을 통해 클라이언트와 자료를 송수신한다.

int len = sizeof(c_addr);
int c_socket = accept(s_socket, (struct sockaddr *)&c_addr, &len);

6. 클라이언트에게 서비스를 제공

int n = strlen(buffer);
write(c_socket, buffer, n);

#클라이언트

1. 소켓생성

서버와 통신할 소켓을 생성

c_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

2. 연결할 주소를 설정

연결할 서버의 주소를 구조체 변수 c_addr에 설정하고 있다. 클라이언트 프로그램에서 연결할 서버의 IP주소는 127.0.0.1 자기자신으로,

포트번호는 9000번으로 각각 설정하고 있다.

#define PORT 9000
#define IPADDR "127.0.0.1"

memset(&c_addr, 0, sizeof(c_addr));
c_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IPADDR);
c_addr.sin_family = AF_INET;
c_addr.sin_port = htons(PORT);

3. 소켓을 서버에 연결

c_socket으로 변수 c_addr에 설정된 주소에 연결을 시도한다. 이와 관련해서 서버와의 연결은 커널 내부에서 3-way handshaking을 거쳐 이루어진다. 클라이언트는 클라이언트 커널에서 서버연결에 사용할 포트(예: 2345번 포트)를 결정하기 때문에 클라이언트 프로그램에서는 포트번호를 특별히 지정하지는 않는다.

if(connect(c_socket, (struct sockaddr *) &c_addr, sizeof(c_addr))==-1) {
    printf("Can not connect\n");
    close(c_socket);
    return -1;
}

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8/3 AAPL

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