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Socket Programming

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소켓
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소 켓 이란? 두 프로그램이 네트워크를 통해 서로 통신을 수행 할 수 있도록 양쪽에 생성 되는 링크의 단자이다. 두 소켓이 연결되면 서로 다른 프로세스끼리(프로세스가 원격에 있든지 로컬에 있든지 상관 없다.) 데이터를 전달 할 수 있다. 결국 소켓이 구현됨으로써 네트워크 및 전송 계층의 캡슐화가 가능해 졌다.

소켓은 원래 캘리포니아 버클리 대학 분교에서 UNIX 용으로 개발 되었으며 유닉스에서의 입출력 메소드의 표준인 개방/읽기/쓰기/닫기 메커니즘을 따른다.

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소켓 형식
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1.        스트림 소켓
스 트림소켓은 양방향으로 바이트 스트림을 전송 할 수 있는 연결 지향형 소켓으로 양쪽 어플리케이션이 모두 데이터를 주고 받을 수 있다는 것을 의미 한다. 스트림소켓은 오류수정, 전송처리, 흐름제어 등을 보장 해 주며 송신된 순서에 따른 중복되지 않은 데이터를 수신 하게 된다. 이 소켓은 각 메시지를 보내기 위해 별도의 연결을 맺는 행위를 하므로 약간의 오버헤드가 존재 한다. 그러므로 소량의 데이터 보다는 대량의 데이터를 보내는 경우에 적당 하다. 스트림소켓은 이러한 품질의 통신을 수행 하기 위하여 TCP 프로토콜을 사용 한다.

2.        데이터그램 소켓
명시적으로 연결을 맺지 않으므로 비 연결형 소켓이라고 한다. 메시지는 대상 소켓으로 전송되며 대상 소켓은 메시지를 적절히 수신 한다. 스트림 소켓을 사용하는 것이 데이터그램 소켓을 사용 하는 것 보다 더 신뢰성이 높은 방법이지만 연결을 수립하는데 드는 오버헤드는 무시 할 수 없다. 데이터그램 소켓을 사용하려면 클라이언트에서 서버로 데이터를 전송 할 때 UDP를 사용 한다. 이 프로토콜에서는 메시지의 크기에 약간의 제한이 있으며 메시지의 확실 한 전달 역시 보장 하지 않으며 통신 중 데이터를 잃어 버리더라도 오류를 되돌리지 않는다.
3.        Raw 소켓
Raw 소켓은 패킷을 가져오면 TCP/IP 스택상의 TCP, UDP 계층을 우회하여 바로 애플리케이션으로 송신하는 소켓이다. 이런 소켓에서 패킷은 TCP/IP 필터를 통해 전달 되지 않으므로 원형 그대로의 패킷을 볼 수 있다. 이는 모든 데이터를 적절히 처리하거나 헤더를 제거하고 이를 파싱 하는 과정은 모두 수신 애플리케이션에서 담당해야 하는 것이다. 실제 Raw 소켓을 이용하여 프로그래밍을 하는 일은 거의 드물며 만약 시스템 소프트웨어나 패킷을 분석하는 프로그램을 개발 시에는 필요 할 수도 있다. 즉 Raw Socket은 저수준 프로토콜 애플리케이션을 작성 할 때 주로 사용 된다고 보면 된다.


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포트
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여 러 개의 애플리케이션들이 동시에 통신을 수행하기 위하여 포트가 정의 되는데 기본적으로 포트는 IP 주소 표기를 확장 하는 개념 이다. 네트워크에서 패킷을 수신하는 애플리케이션이 동시에 실행 되고 있는 컴퓨터로 연결을 맺을 때 송신자가 알고 있는 수신 애플리케이션의 고유 포트 번호를 이용하여 대상 프로세스를 식별 하는 것이다.

소켓 번호는 컴퓨터의 IP 주소와 TCP 애플리케이션에서 사용하는 포트 번호로 이루어져 있다. IP주소는 인터넷 상에서 유일 하고 포트 번호는 개별 컴퓨터에서 유일하기 때문에 전체 인터넷에서 소켓 번호 또한 유일 한 것이다.

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.NET 에서 소켓 다루기
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System.Net.Sockets 네임스페이스의 클래스들은 .NET에서 지원하는 소켓들을 제공 한다.

System.Net.Sockets.MulticastOption : IP 멀티캐스트 그룹에 참여 하거나 탈퇴하기 위한 IP 주소 값을 설정 한다.

System.Net.Sockets.NetworkStream : 데이터를 주고 받는 하위 스트림을 구현 한다. 이는 TCP/IP 통신 채널에 대한 연결을 나타내는 고수준 추상형이다. 이 클래스를 이용하여 네크워크 소켓을 통해 데이터를 주고 받을 수 있다. NetworkStream은 버퍼 기능이 지원되지 않으므로 BufferedStream을 중간 저장 매체로 함께 사용 하기도 한다.
System.Net.Sockets.TcpClient : Socket 클래스를 기반으로 하여 작성 되었으며 고수준 TCP 서비스를 제공하여 준다.

System.Net.Sockets.TcpListener : Socket 클래스를 기반으로 작성 되었으며 서버 애플리케이션에서 사용 한다.이 클래스는 들어오는 클라이언트의 연결을 리스닝 하며 애플리케이션에게 연결된 요청을 알려 준다.

System.Net.Sockets.UdpClient : UDP 서비스를 구현하기 위한 클래스

System.Net.Sockets.SocketException : 소켓에서 오류가 존재할 때 발생하는 예외

System.Net.Sockets.Socket : 소켓 애플리케이션의 기본 기능을 제공 한다.


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System.Net.Sockets.Socket
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Socket 클래스는 네트워크 프로그래밍에서 중요한 역할을 담당 하는데 클라이언트와 서버 사이의 모든 동작을 수행 한다.윈도우 소켓 API의 해당 하는 메소드로 매핑 된다.

아래는 몇 가지 속성 이다.

AddressFamily : 소켓의 주소 계열을 획득, Socket.AddressFamily 열거형의 값 이다.
Available : 읽을 수 있는 데이터 량을 Return
Blocking : 소켓이 블로킹 모드 인지 확인
Connected : 소켓이 원격 호스트에 연결 되어 있는 지
LocalEndPoint : 로컬 종점을 돌려 줌
ProtocolType : 소켓의 프로토콜 형식을 돌려 준다.
SocketType : 소켓의 타입을 돌려 준다.

아래는 몇 가지 메소드 이다.
Accept() : 들어오는 연결을 다루기 위한 새로운 소켓을 생성
Bind() : 들어오는 연결을 리스닝 하기 위하여 소켓을 로컬종점으로 연결
Close() : 소켓을 종료
Connect() : 원격 호스트에 연결을 맺는다.
Listen() : 리스닝 상탸로 만든다, 이것은 서버 소켓에서만 사용 된다.
Receive() : 연결된 소켓으로부터 데이터를 수신 한다.
Send() : 연결된 소켓으로 데이터를 송신 한다.
Shutdown() : 소켓에 대한 연결을 비 활성화 한다.

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Server Socket 작성 하기

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1. 소스 코드를 작성 하기 전에 우선 전체적인 코드를 개략적으로 이해 하기로 하자 .

우선 서버의 입장에서 로컬 종점을 생성 한다 . 리스닝을 위한 소켓을 열기 전에 로컬 종점 주소를 작성 해야 하며 서비스에 대한 종점을 생성 하기 위해 호스트의 IP 주소와 서비스의 포트 번호를 조합하여 TCP/IP 서비스의 고유 주소를 정의 한다 . Dns 클래스는 로컬네트워크 기기에서 지원하는 네트워크 주소에 대한 정보를 되돌려 주는 메소드를 제공 한다 . 로컬 네트워크 기기가 하나 이상의 네트워크 주소를 가지거나 로컬 시스템이 하나 이상의 네트워크 기기를 지원 한다면 Dns 클래스는 모든 네트워크 주소에 대한 정보를 되돌려 주며 애플리케이션은 아 배열에서 적절한 주소를 선택해야 한다 .

// 소켓에 사용할 종점을 설정

IPHostEntry ipHost = DNS.Resolve(“localhost”);

IPAddress ipAddr = ipHost.AddressList[0];

IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddr, 11000);

2. 다음은 Socket 클래스의 새로운 인스턴스를 이용하여 스트림소켓을 생성 한다 . 이미 리스닝에 사용 할 로컬 종점을 작성 하였으므로 바로 소켓을 생성 할 수 있다 .

//TCP/IP 소켓을 생성

Socket sListener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

AddressFamily 열거형은 Socket 인스턴스가 주소를 해석 하기 위해 사용하는 주소 스키마를 나타낸다 . 몇 가지 값들은 아래와 같다 .

AddressFamily.InterNetwork : IP 버전 4 주소

AddressFamily.InterNetwork V6: IP 버전 6 주소

AddressFamily.Ipx : IPX/SPX 주소

AddressFamily.NetBios: NetBios 주소

SocketType 은 TCP 와 UDP 소켓을 구분 하는데 이용 가능한 값은 아래와 같다 .

SocketType.Dgram : 데이터그램을 지원 , Dgram 은 Udp ProtocolType 과 AddressFamily.InterNetwork 와 함께 사용되어야 한다 .

SocketType.Raw : Raw Socket

SocketType.Stream : 스트림 소켓을 지원 , Stream 은 Tcp ProtocolType 과 AddressFamily.InterNetwork 와 함께 사용되어야 한다 .

세번째 파라미터 , 네번째 파라미터는 소켓에 필요한 프로토콜 형식을 정의 한다 . 그 값은 아래와 같다 .

Raw : Raw 패킷 프로토콜

Tcp : TCP

Udp : UDP

Ip : Internet Protocol

•  다음 단계는 Bind() 메소드를 사용하여 소켓에 이름을 부여 한다 . 생성자를 이용하여 소켓을 개방하면 소켓에 아무런 이름도 할강되어 있지 않다 . 즉 Bind() 메소드를 통해 소켓을 Local 종점에 연결 시키는 것이다 .

try {

sListener.Bind(ipEndPoint);

•  이제 소켓이 생성 되었고 , 이름이 바인딩 되었으므로 Listen() 을 사용하여 들어오는 연결에 대해 리스닝을 수행 할 수 있다 . 이때 파라미터에는 큐에 대기중인 연결의 최대 개수를 지정 한다 .

sListener.Listen(10);

•  위에서 리스닝을 했으므로 이젠 Accept() 를 이용하여 클라이언트의 연결을 수신하여 클라이언트와 서버의 이름 연결을 완료 한다 . Accept() 메소드는 대기중인 요청 큐로 부터 먼저 들어온 연결을 가지고 와 이를 처리할 새로운 소켓을 생성 한다 . 새로운 소켓이 생성 되었다고 하더라도 원래 소켓은 계속 리스닝을 수행 하므로 복수의 클라이언트 요청을 처리하기 위해서는 멀티쓰레드를 사용 한다 .

while(true) {

...

Socket handler = sListener.Accept();

•  Send(), Receive() 메소드를 이용하여 데이터를 보내고 , 받는다 .

string data = null;

while(true) {

byte[] bytes = new byte[1024];

// 클라이언트로부터 수신된 데이터

int byteRes = handler.Receive(byte);

// 바이트를 문자열로 변환

data += Encoding.Default.GetString(bytes, 0, byteRec);

// 메시지의 끝인지 확인

if (data.IndexOf(“”) > -1) {

break;

}

}

•  루프를 빠져 나온 후 클라이언트에게 응답을 돌려주기 위해 새로운 바이트 배열을 준비 한다 . 변환을 마친 후 Send() 메소드를 이용하여 데이터를 보내자

string theReply = “Thank you for those ” + data.Length.ToString() + “ characters …”;

byte[] msg = Encoding.Default.GetBytes(theReply);

handler.Send();

•  서버와 클라이언트의 데이터 교환이 끝나면 Close() 를 이용하여 소켓을 종료 한다 . 항상 Close() 를 하기 전에 Shutdown() 을 이용하여 남아 있는 데이터를 확실히 제거 하자 . 각 소켓 인스턴스 마다 Close() 메소드를 호출 해야 한다 .

handler.Shutdown(SocketShutdown.Both);

handler.Close();

SocketShutdown 값은 열거형으로 아래와 같은 값을 취한다 .

Both : 송 . 수신용 소켓 모두

Receive : 수신용

Send : 송신용 소켓

소스 코드는 아래와 같다 .[SocketServer.cs]

using System;

using System.Net.Sockets;

using System.Net;

using System.Text;

public class SocketServer

{

public static void Main (string [] args)

{

// establish the local end point for the socket

IPHostEntry ipHost = Dns.Resolve("localhost");

IPAddress ipAddr = ipHost.AddressList[0];

IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddr, 11000);

// create a Tcp/Ip Socket

Socket sListener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,

SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

// bind the socket to the local endpoint and

// listen to the incoming sockets

try

{

sListener.Bind(ipEndPoint);

sListener.Listen(10);

// Start listening for connections

while (true)

{

Console.WriteLine("Waiting for a connection on port {0}",ipEndPoint);

// program is suspended while waiting for an incoming connection

Socket handler = sListener.Accept();

string data = null;

// we got the client attempting to connect

while(true)

{

byte[] bytes = new byte[1024];

int bytesRec = handler.Receive(bytes);

data += Encoding.ASCII.GetString(bytes,0,bytesRec);

if (data.IndexOf("") > -1)

{

break;

}

}

// show the data on the console

Console.WriteLine("Text Received: {0}",data);

string theReply = "Thank you for those " + data.Length.ToString()

+ " characters...";

byte[] msg = Encoding.ASCII.GetBytes(theReply);

handler.Send(msg);

handler.Shutdown(SocketShutdown.Both);

handler.Close();

}

}

catch(Exception e)

{

Console.WriteLine(e.ToString());

}

} // end of Main

}

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Client Socket 작성 하기

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1. 클라이언트 코드가 서버와 다른 점은 Connect() 메소드 부분이다 . 이것은 클라이언트가 원격의 서버에 연결 하고자 할 때 사용하는 메소드 이다 . 사용하기 위해서는 우선 원격 종점을 설정 해야 한다 .

// 소켓에 사용할 원격 종점을 설정

IPHostEntry ipHost = DNS.Resolve(“127.0.0.1”);

IPAddress ipAddr = ipHost.AddressList[0];

IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddr, 11000);

Socket sender = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

sender.Connect(ipEndPoint);

Connect() 메소드로 소켓을 종점 파라미터로 지정된 원격 호스트와 연결을 맺는다 . 일단 연결이 이루어 지면 데이터를 보내고 받을 수 있다 .

string theMessage = “This is a test”;

byte[] msg = Encoding.Default.GetBytes(theMessage+””);

// 소켓을 이용하여 데이터를 보냄

int bytesSend = sender.Send(msg);

…

// 원격으로부터 ( 서버 ) 응답을 수신

int bytesRec = sender.Receive(bytes);

…

이젠 마지막으로 Shutdown() 을 호출하여 소켓을 해제 한다 . 그리고 Close() 하자

sender.Shutdown(SocketShutdown.Both);

sender.Close();

[ 아래는 SocketClient.cs 의 소스 파일 이다 .]

using System;

using System.Net.Sockets;

using System.Net;

using System.Text;

public class SocketClient

{

// If you specify any text as a command-line argument, it will be sent to the server.

// e.g. SocketClient "Send this text" will send that string

// If no command-line arguments are specified, a default string is sent

public static void Main (string [] args)

{

// data buffer for incoming data

byte[] bytes = new byte[1024];

// connect to a Remote device

try

{

// Establish the remote end point for the socket

IPHostEntry ipHost = Dns.Resolve("127.0.0.1");

IPAddress ipAddr = ipHost.AddressList[0];

IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddr, 11000);

Socket sender = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,

SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

// Connect the socket to the remote endpoint. Catch any errors

sender.Connect(ipEndPoint);

Console.WriteLine("Socket connected to {0}",

sender.RemoteEndPoint.ToString());

//string theMessage=Console.ReadLine();

string theMessage;

if (args.Length==0)

theMessage = "This is a test";

else

theMessage = args[0];

byte[] msg = Encoding.ASCII.GetBytes(theMessage+"");

// Send the data through the socket

int bytesSent = sender.Send(msg);

// Receive the response from the remote device

int bytesRec = sender.Receive(bytes);

Console.WriteLine("The Server says : {0}",

Encoding.ASCII.GetString(bytes,0, bytesRec));

// Release the socket

sender.Shutdown(SocketShutdown.Both);

sender.Close();

}

catch(Exception e)

{

Console.WriteLine("Exception: {0}", e.ToString());

}

}

}