[네트워크] Socket(소켓)

소켓은 네트워크 상에서 데이터를 주고받기 위한 양 끝단을 의미하며, 서버와 클라이언트가 서로 데이터를 주고받을 수 있게 해주는 인터페이스이다. 소켓을 통해 서로 다른 컴퓨터가 TCP/IP 프로토콜을 사용하여 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있다.

 

소켓의 구조와 역할

소켓은 IP 주소와 포트 번호를 결합한 형태로, 네트워크 상에서 특정 애플리케이션을 식별하는 데 사용된다.

• IP 주소: 네트워크에서 각 컴퓨터를 식별하는 주소이다.
• 포트 번호: 컴퓨터 내의 특정 애플리케이션을 식별하는 번호로, 네트워크 상의 애플리케이션이 통신할 포트를 지정하여 서로 다른 프로그램을 구분한다.

소켓 통신은 클라이언트-서버 모델을 기반으로 하며, 서버는 소켓을 생성하고 특정 포트에서 클라이언트의 요청을 기다리고, 클라이언트는 서버에 소켓을 통해 연결하여 데이터를 주고받는 방식으로 이루어진다.

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소켓의 종류

소켓은 사용되는 프로토콜에 따라 크게 TCP 소켓과 UDP 소켓으로 나뉘어진다.

1. TCP 소켓 (Stream Socket)

TCP 소켓은 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 연결 지향형 소켓이다. 이 소켓을 사용하면 통신 전에 연결을 설정하고, 데이터를 전송한 후 연결을 해제하는 절차가 이루어진다.

• 특징: 데이터 전송의 신뢰성 보장, 흐름 제어, 데이터의 순서 보장, 오류 검출 및 재전송 기능이 있다.
• 예시: 웹 서버에서 HTTP를 통해 데이터를 주고받는 경우 주로 TCP 소켓을 사용한다.

2. UDP 소켓 (Datagram Socket)

UDP 소켓은 데이터 전송 속도를 우선시하는 비연결형 소켓이다. 연결을 설정하지 않고 데이터를 바로 전송하며, 수신 여부에 대한 확인 과정이 없다.

• 특징: 연결 설정 없이 빠른 데이터 전송이 가능하지만, 신뢰성이나 순서 보장이 없다.
• 예시: 실시간 스트리밍, 온라인 게임, VoIP 애플리케이션 등에서는 속도가 중요한 요소이므로 UDP 소켓을 많이 사용한다.

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소켓 프로그래밍

소켓 프로그래밍은 소켓을 사용하여 네트워크 애플리케이션을 구현하는 방법을 의미한다. 서버와 클라이언트 간에 데이터를 주고받기 위해 각각의 프로그램에서 소켓을 생성하고, 다양한 소켓 함수들을 이용하여 데이터 송수신을 구현한다.

1. 소켓 생성

소켓을 생성할 때는 네트워크의 프로토콜과 소켓 유형을 지정해야 한다.

2. 서버 소켓 설정 (TCP 소켓 예시)

TCP 소켓을 이용한 서버 프로그램의 일반적인 흐름은 다음과 같다.

1. 소켓 생성: 서버에서 사용할 소켓을 생성한다.
2. 바인딩 (Binding): 서버의 IP 주소와 포트 번호를 소켓에 할당한다.
3. 리스닝 (Listening): 클라이언트의 연결 요청을 기다린다.
4. 연결 수락 (Accepting): 클라이언트의 연결 요청을 수락하고 통신을 시작한다.
5. 데이터 송수신: 클라이언트와 데이터를 주고받는다.
6. 연결 종료: 통신이 끝나면 소켓을 종료한다.

import java.io.*;
import java.net.*;

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 1. 서버 소켓 생성 (포트 번호 8080)
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
            System.out.println("서버가 클라이언트의 연결을 기다리고 있습니다.");

            // 2. 클라이언트 연결 대기 및 수락
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            System.out.println("클라이언트가 연결되었습니다: " + clientSocket.getInetAddress());

            // 3. 입력 스트림 및 출력 스트림 생성
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
            PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);

            // 4. 클라이언트로부터 데이터 수신
            String receivedData = in.readLine();
            System.out.println("받은 데이터: " + receivedData);

            // 5. 클라이언트로 응답 전송
            out.println("Hello Client!");

            // 6. 소켓 종료
            in.close();
            out.close();
            clientSocket.close();
            serverSocket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. 클라이언트 소켓 설정 (TCP 소켓 예시)

클라이언트는 서버에 소켓을 통해 연결하고 데이터를 전송하거나 응답을 받을 수 있다. 기본적인 흐름은 다음과 같다.

1. 소켓 생성: 클라이언트에서 사용할 소켓을 생성한다.
2. 연결 요청: 서버의 IP 주소와 포트 번호로 연결 요청을 보낸다.
3. 데이터 송수신: 서버와 데이터를 주고받는다.
4. 연결 종료: 통신이 끝나면 소켓을 종료한다.

import java.io.*;
import java.net.*;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 1. 서버에 연결 (IP 주소와 포트 번호 사용)
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);

            // 2. 입력 스트림 및 출력 스트림 생성
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);

            // 3. 서버로 데이터 전송
            out.println("Hello Server!");

            // 4. 서버로부터 데이터 수신
            String receivedData = in.readLine();
            System.out.println("받은 데이터: " + receivedData);

            // 5. 소켓 종료
            in.close();
            out.close();
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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소켓 함수의 주요 종류

1. socket(): 새로운 소켓을 생성한다.
2. bind(): 소켓에 IP 주소와 포트 번호를 연결하여 서버의 주소를 지정한다.
3. listen(): 클라이언트의 연결을 대기하는 상태로 만든다.
4. accept(): 클라이언트의 연결을 수락하고, 클라이언트 소켓과 주소를 반환한다.
5. connect(): 클라이언트가 서버에 연결 요청을 한다.
6. send() / recv(): 데이터를 송수신하는 함수이다.
7. close(): 소켓을 종료하고 연결을 닫는다.

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소켓의 장점과 단점

장점

• 표준화된 통신 방식: TCP/IP 프로토콜을 사용하여 네트워크 표준에 따라 통신을 구현할 수 있다.
• 다양한 사용 가능성: 웹 서버, 채팅 애플리케이션, 게임 서버 등 다양한 네트워크 애플리케이션에 사용된다.
• 유연성: TCP와 UDP 소켓을 선택하여 신뢰성, 속도 등의 요구 사항에 따라 유연하게 통신 방식을 구성할 수 있다.

단점

• 복잡성: 서버-클라이언트 모델에서 네트워크 장애를 포함한 다양한 오류 처리가 필요하다.
• 오버헤드: TCP 소켓의 경우 신뢰성을 보장하기 위한 추가적인 패킷 교환과 연결 설정이 있어 오버헤드가 발생할 수 있다.
• 보안 문제: 소켓을 통해 네트워크에 직접적으로 연결되므로 보안 취약점이 발생할 가능성이 있으며, SSL/TLS 같은 보안 프로토콜을 별도로 적용해야 한다.