[리눅스 개발환경] 17. TCP 소켓 통신

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[리눅스 개발환경] 17. TCP 소켓 통신

TCP 소켓 통신 개요

TCP 소켓 통신 함수 호출 흐름

TCP 소켓 통신 패킷 흐름

TCP 소켓 통신 함수

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

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• socket()을 사용해 소켓을 만들면 이름 공간(주소 패밀리)에 존재하지만 할당 된 주소가 없다.
• bind()는 addr에 의해 지정된 주소를 파일 디스크립터 sockfd가 참조하는 소켓에 할당한다.
• addrlen은 addr이 가리키는 주소 구조의 크기를 바이트 단위로 지정한다.
• addr 인수에 전달 된 실제 구조는 주소 패밀리에 따라 다르다.
• sockaddr 구조는 다음과 같이 정의된다.

struct sockaddr {
    sa_family_t sa_family;
    char sa_data[14]; 
}

• 이 구조의 유일한 목적은 컴파일러 경고를 피하기 위해 addr에 전달된 구조 포인터를 캐스트하는 것이다.
  • AF_INET : struct sockaddr_in
  • AF_INET6 : struct sockaddr_in6
  • AF_UNIX : struct sockaddr_un
• 성공하면 0이 반환되고, 오류 발생 시 -1이 반환되며 errno가 설정된다.

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

int listen(int sockfd, int backlog);

• listen()은 sockfd가 참조하는 소켓을 패시브 소켓, 즉 accept()를 사용하여 들어오는 연결 요청을 승인하는 데 사용 될 소켓으로 표시한다.
• sockfd 인수는 SOCK_STREAM 또는 SOCK_SEQPACKET 유형의 소켓을 참조하는 파일 디스크립터이다.
• backlog 인수는 sockfd에 대해 보류 중인 연결 큐가 커질 수 있는 최대 길이를 정의한다.
• 큐가 가득 찼을 때 연결 요청이 도착하면 클라이언트는 ECONNREFUSED 표시로 오류를 수신하거나 기본 프로토 콜이 재전송을 지원하는 경우 나중에 연결 시도가 성공하도록 요청이 무시 될 수 있다.
• 백로그 값은 완전한 연결 즉 established 상태를 의미하며, 불완전한 연결, 즉 accept 대기중인 길이는 /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog 값으로 설정할 수 있다.
• 백로그 인수가 /proc/sys/net/core/somaxconn의 값보다 큰 경우 해당 값으로 자동으로 잘린다.
  • 이 파일의 기본 값은 128이다.
• 성공하면 0이 반환되고 오류가 발생하면 -1이 반환되며 errno를 설정한다.

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

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

• accept() 시스템 호출은 연결 기반 소켓 유형 (SOCK_STREAM)과 함께 사용된다.
• 수신 소켓 sockfd에 대해 보류 중인 연결 큐에서 첫 번째 연결 요청을 추출하여 연결된 새 소켓을 생성하고 해당 소켓을 참조하는 새 파일디스크 립터를 반환한다.
• 인수 addr은 sockaddr 구조에 대한 포인터이다.
  • 이 구조는 통신 계층에 알려진 피어 소켓의 주소로 채워진다.
  • 반환 된 주소 addr의 정확한 형식은 소켓의 주소 패밀리에 의해 결정된다.
  • addr이 NULL이면 아무것도 채워지지 않는다.
  • 이 경우 addrlen이 사용되지 않으며 NULL이어야 한다.
• addrlen 인수는 value-result 인수이다.
• 호출자는 addr이 가리키는 구조의 크기(바이트)를 포함하도록 초기화해야 한다.
  • 반환되면 피어 주소의 실제 크기가 포함된다.
• 제공된 버퍼가 너무 작으면 리턴 된 주소가 잘린다.
  • 이 경우 addrlen은 호출에 제공된 것보다 큰 값을 반환한다.
• 큐에 보류중인 연결이 없고 소켓이 넌블로킹으로 표시되지 않은 경우, accept()는 연결이 있을 때까지 호출자를 차단한다.
• 소켓이 넌블로킹으로 표시되고 대기중인 연결이 큐에 없으면 EAGAIN 또는 EWOULDBLOCK 오류와 함께 accept()가 실패한다.
• 성공하면 허용 된 소켓의 파일 디스크립터인 음이 아닌 정수를 반환한다.
• 오류가 발생하면 -1이 반환되고 errno가 적절하게 설정한다.

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

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

• connect() 시스템 호출은 파일 디스크립터 sockfd가 참조하는 소켓을 addr이 지정한 주소에 연결한다.
• addrlen 인수는 addr의 크기를 지정한다.
• addr의 주소 형식은 소켓 sockfd의 주소 공간에 의해 결정된다.
• 연결이 성공하면 0이 반환되고, 오류가 발생하면 -1이 반환되며 errno가 설정된다.

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

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

• send() 시스템 호출은 다른 소켓으로 메시지를 전송하는 데 사용된다.
• 메시지는 buf에 있으며 길이는 len이다.
• 성공 시 전송 된 바이트 수를 반환하고, 오류 발생 시 -1을 반환하고 errno가 설정된다.
• len 보다 작은 값이 반환된 경우, 처리되지 않은 나머지 바이트를 계산하여 재전송해야 한다.
• flags는 전송 시 사용할 작동 플래그를 지정한다.
• flags
  • MSG_DONTROUTE
    • 게이트웨이를 사용하여 패킷을 보내지 말고 직접 연결된 네트워크에서만 호스트에게 보내야한다.
    • 이것은 일반적으로 진단 또는 라우팅 프로그램에 의해서만 사용된다.
    • 이것은 라우팅하는 프로토콜 제품군에 대해서만 정의된다.
    • 패킷 소켓은 그렇지 않다.
  • MSG_DONTWAIT
    • 넌블록킹 작업을 가능하게 한다.
    • 작업이 차단되면 EAGAIN 또는 EWOULDBLOCK이 반환된다.
  • MSG_MORE
    • 발신자에게 더 많은 데이터를 보낼 수 있다.
  • MSG_NOSIGNAL
    • 스트림 지향 소켓의 피어가 연결을 닫은 경우 SIGPIPE 신호를 생성하지 않는다.
    • EPIPE 오류는 계속 반환된다.
  • MSG_OOB
    • Out-Of-Band 데이터를 전송한다.

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

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

• recv() 호출은 소켓에서 메시지를 받는 데 사용된다.
• 성공적으로 완료되면 메시지 길이를 반환한다.
• 메시지가 제공된 버퍼에 비해 너무 길면 메시지를 받는 소켓 유형에 따라 초과 바이트가 삭제될 수 있다.
• 소켓에서 사용할 수 있는 메시지가 없으면 소켓이 넌블록킹 되지 않은 경우, 메시지가 도착하기를 기다린다.
• 넌블록킹의 경우 값 -1이 반환되고 외부 변수 errno가 EAGAIN이나 EWOULDBLOCK으로 설정된다.
• 이 호출은 수신 된 바이트 수를 반환하거나 오류가 발생한 경우 -1을 반환한다.(errno)
• 스트림 소켓 피어가 순서대로 종료를 수행하면 반환 값은 0 (EOF)이 된다.
• flags
  • MSG_OOB
    • Out-Of-Band 데이터를 수신한다.
  • MSG_PEEK
    • 수신 성공 이후에도 소켓 수신 버퍼 큐에서 데이터를 제거하지 않는다.
  • MSG_TRUNK
    • 버퍼보다 큰 데이터를 수신하는 경우 초과분은 모두 삭제한다.
  • MSG_WAITALL
    • 버퍼 크기가 다 채워질 때까지 대기한다.

예제

• server.c 의 코드이다.

  
  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <string.h>
  #include <sys/types.h>
  #include <sys/socket.h>
  #include <netinet/in.h>
  #include <arpa/inet.h>

define handle_error(msg) \

    do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

define LISTEN_BACKLOG 50

int main(int argc, char *argv[]) { int sfd, cfd; int portnum; struct sockaddr_in saddr; struct sockaddr_in caddr; socklen_t caddr_len; int ret; char buf[1024] = {0,};

    if (argc < 2) {
            printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
            exit(1);
    }

    portnum = atoi(argv[1]);

    sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sfd == -1)
            handle_error("socket");

memset(&saddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); saddr.sin_family = AF_INET; saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; saddr.sin_port = htons(portnum);

    if (bind(sfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) == -1)
            handle_error("bind");

    if (listen(sfd, LISTEN_BACKLOG) == -1)
            handle_error("listen");

    caddr_len = sizeof(caddr);
    cfd = accept(sfd, (struct sockaddr *)&caddr, &caddr_len);
    if (cfd == -1)
            handle_error("accept");

    printf("accepted host(IP: %s, Port: %d)\n");
            inet_ntoa(((struct sockaddr_in *)&caddr)->sin_addr),
            ntohs(((struct sockaddr_in *)&caddr)->sin_port);

    while (1) {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            ret = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);
            if (ret == -1)
                    handle_error("recv");
            else if (ret == 0)
                    break;
            printf("recv data: %s\n", buf);
    }

    printf("finish.\n");
    close(cfd);
    return 0;

}

<br>

- client.c의 코드이다.
``` c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define handle_error(msg) \
        do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

int main(int argc, char *argv[])
{
        int sockfd;
        int portnum;
        struct sockaddr_in saddr;
        socklen_t saddr_len;
        int ret;
        char buf[1024] = {0,};

        if (argc < 2) {
                printf("Usage: %s <ipaddr> <port>\n", argv[0]);
                exit(1);
        }

        portnum = atoi(argv[2]);

        sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (sockfd == -1)
                handle_error("socket");

        memset(%saddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
        saddr.sin_family = AF_INET;
        saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
        saddr.sin_port = htons(portnum);

        if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) == -1)
                handle_error("connect");

        while (1) {
                char buf[1024] = {0,};
                printf("Input message(. :quit): ");
                fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
                if (buf[0] == '.')
                        break;
                if (send(sockfd, buf, strlen(buf), 0) == -1)
                        handle_error("send");
        }

        printf("finish.\n");
        close(sockfd);
        return 0;
}

• 실행 결과