Socket

게시 2023/09/12

23 분읽는 시간

Socket

Socket(23. 10. 23 ~ 24)

Socket이란?

Network에서 정보가 전송되는 고유 식별자
송신 또는 수신 프로세서가 위치한 host에 의해 식별
운영 체제에서 스풀링되는 물리적인 장치로의 I/O
기본 특성이 변경되지 않았지만, 액세스가 제한되고 mapping 알고리즘(예: 디바이스 주소 매핑 또는 가상 미니 디스크에서의 실린더 이동)에 의해 변환된 물리적인 장치
운영 체제에서 유지 관리되는 디렉터리와 액세스 방법을 통해 파일 시스템에 액세스
프로세스 간 통신을 위한 절차
Network protocol에서 정의된 기계 간 통신을 위한 절차

Socket Type

Datagram Sockets

UDP(User Datagram Protocol)를 사용하는 무연결 socket
Datagram socket에서 보내거나 받은 packet은 개별적으로 주소가 지정되고 라우팅됨
Datagram socket에서는 순서와 신뢰성이 보장되지 않으므로 한 기계 또는 프로세스에서 다른 기계로 전송되는 여러 packet이 임의의 순서로 도착하거나 전혀 도착하지 않을 수 있음

Stream Sockets

Connection-oriented Sockets
TCP(Transmission Control Protocol)
SCTP(Stream Control Transmission Protocol)
DCCP(Datagram Congestion Control Protocol)
오류 없는 데이터 전송, packet 순서, 흐름 제어 보장
인터넷에서 일반적으로 TCP를 사용하여 구현되므로 응용 프로그램이 TCP/IP 프로토콜을 사용하여 네트워크를 통해 실행될 수 있음
송신된 순서에 따라 중복되지 않게 데이터를 수신함으로 이에 따른 overhead 발생

Raw Sockets

프로토콜별 전송 계층 형식 없이 IP packet을 직접 보내고 받을 수 있음
전송 계층 프로토콜(예: TCP, UDP)에 상관없이 IP packet으로 주고 받음
Berkeley sockets[1]을 기반으로 하는 API는 raw sockets을 지원하며, 윈도우 XP는 2001년 윈삭 인터페이스에 구현된 raw sockets 지원을 통해 출시되었으나, 3년 후 마이크로소프트는 보안상의 문제로 row sockets 지원을 제한
Nmap[2]과 같은 보안 관련 응용 프로그램에서 사용
일반적으로 네트워크 장비에서 사용할 수 있으며 IGMP[3]와 OSPF[4]와 같은 라우팅 프로토콜에 사용
ping[5] 유틸리티에 의해 사용되는 인터넷 제어 메시지 프로토콜(ICMP)에도 사용

Socket 통신

Server socket

Server socket은 client socket의 연결 요청을 대기하고, 연결 요청이 오면 client socket을 생성하여 통신이 가능하도록 제공한다.

Server socket의 동작 과정은 다음과 같다.

socket() 함수를 이용하여 소켓 생성
bind() 함수를 이용해 대기 소켓의 IP 주소와 port를 설정
listen() 함수로 클라이언트 소켓 연결 요청 대기
Client socket 연결 요청이 오면 accept() 함수를 이용해 연결을 승인하고, 요청은 client socket과 통신을 위한 소켓을 생성
Server socket은 listen() 함수를 통해 추가적인 연결 요청에 대비하고, 생성된 socket은 연결된 client socket과 데이터를 주고받음
Client socket이나 생성된 socket을 닫으면 연결되어 있던 상대 socket도 닫힘

Client Socket

Client socket은 client 프로그램이나 server에서 생성할 수 있다. 위 server socket 설명에서 accept 후 새로운 socket이 생성되는데 이 또한 client socket으로 실질적인 socket 간 통신은 client socket 간에 이루어진다.

Client socket의 동작 과정은 다음과 같다.

socket() 함수를 이용하여 socket 생성
connect() 함수를 이용해 지정된 sever에 연결 요청 전송
Server에서 연결을 받아들이면 데이터 송수신 시작
데이터 송수신이 완료되거나 상대 socket의 닫힘이 감지되면 socket을 닫음

Java Socket 통신

Java에서는 socket 통신을 위해 Socket class와 서버 구성을 위한 ServerSocket class를 지원한다.

Class Socket

Socket 생성과 함께 server 연결에 연결 요청을 한다. 이를 위해 Socket constructor에는 연결을 위한 server 정보가 제공 되어야 한다.

Socket socket = new Socket(hostIp, port)

Server에 성공적으로 연결되면, server와 통신을 위한 socket이 생성되어 반환되며 연습 문제를 통해 확인

> nc -l 12345 로 nc 서버 오픈

  
try {
    Socket socket = new Socket("localhost", 12345);
    System.out.println("서버에 연결되었습니다.");

    socket.close();
} catch (IOException e) {
    System.err.println(e);
}

$ 서버에 연결되었습니다.

→ 서버와 연결됨을 확인할 수 있다.

Try-with-resources

try 는 하나 이상의 자원을 관리하고 있다가 해당 Statement가 끝날 때, 각각의 자원을 반환 하는 것을 목표로 한다.

아래의 예제는 파일을 읽는 코드이다. 이러한 FileReader 나 BufferdReader 는 해당 자원을 반환할 의무가 있다.

  
  static String readFirstLineFromFile(String path) throws IOException {
  try (FileReader fr = new FileReader(path);
  	         BufferedReader br = new BufferedReader(fr)) {
  	        return br.readLine();
  	    }
  	}

이러한 자원의 선언문은 try 문 즉시 나타난다.

try 문이 끝난다면 해당 자원들은 자동으로 닫히게 된다. (정상적이던 정상적이지 않던)

기존에 존재하던 try-catch-finally **의 경우 error stacktrace의 누락등으로 정상적인 추적에 있어 실수를 할 위험이 있다.
모든 메모리를 반환할 경우 try-with-resources 를 사용하자.
기존의 Closeable 에 부모 인터페이스인 AutoCloseable 을 추가하여 기존의 모든 자원 Class에 사용가능하다.

try - with - resourses 를 사용한 다른 예제

  
  public static void viewTable(Connection con) throws SQLException {
    
      String query = "select COF_NAME, SUP_ID, PRICE, SALES, TOTAL from COFFEES";
    
      // try-with-resources 구문 사용
      try (Statement stmt = con.createStatement(); 
           ResultSet rs = stmt.executeQuery(query)) {
    
          while (rs.next()) {
              String coffeeName = rs.getString("COF_NAME");
              int supplierID = rs.getInt("SUP_ID");
              float price = rs.getFloat("PRICE");
              int sales = rs.getInt("SALES");
              int total = rs.getInt("TOTAL");
    
              System.out.println(coffeeName + ", " + supplierID + ", " + 
                                 price + ", " + sales + ", " + total);
          }
      } catch (SQLException e) {
          JDBCTutorialUtilities.printSQLException(e);
      }
  }

위의 서버 연결 코드를 try - with - resourses 를 사용하여 변경

  
  try(Socket socket = new Socket("localhost", 12345)) {
      System.out.println("서버에 연결되었습니다.");
    
  } catch (IOException e) {
      System.err.println(e);
  }

Ex 01 : Socket class의 함수를 이용해 client와 server 접속 정보(host, port)를 확인

  
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try(Socket socket = new Socket("localhost", 12345)) {
            System.out.println("서버에 연결되었습니다.");
            
            System.out.println("Local address : " + socket.getInetAddress());
            System.out.println("Local port : " + socket.getLocalPort());
            System.out.println("Remote address : " + socket.getRemoteSocketAddress());
            System.out.println("Remote port : " + socket.getPort());
        } catch (IOException e) {
            System.err.println(e);
        }
    }
}

Ex 02 : Clinet Socket을 server에 연결하여 data 보낸다.

지정된 server에 연결하여 socket을 생성한다. Socket socket = new Socket(host, port);
Server에 연결되면, socket을 반환하고 계속 진행한다. System.out.println("서버에 연결되었습니다.");
그렇지 않으면, IOException을 발생시킨다. } catch (ConnectException e) { System.err.println(host + ":" + port + "에 연결할 수 없습니다."); }
연결된 socket에서 output stream을 얻어서 데이터를 전송한다. socket.getOutputStream().write("Hello World!".getBytes()); → OutputStream class의 write() 함수는 byte [] 를 받아 전송하므로, 문자열은 byte []로 변환한다.
데이터 송/수신이 끝나면 연결을 끊고, socket을 닫는다. socket.close();

Source Code

  
import java.io.IOException;
import java.net.ConnectException;
import java.net.Socket;

public class Exam02 {
    public static void main(String[] args) {
        String host = "localhost";
        int port = 1234;

        if (args.length > 0) {
            host = args[0];
        }

        try {
            if (args.length > 1) {
                port = Integer.parseInt(args[1]);
            }
        } catch (NumberFormatException ignore) {
            System.err.println("Port가 올바르지 않습니다.");
            System.exit(1);
        }

        try {
            // tag::newSocket[]
            Socket socket = new Socket(host, port);
            // end::newSocket[]
            // tag::connected[]
            System.out.println("서버에 연결되었습니다.");
            // end::connected[]

            // tag::outputWrite[]
            socket.getOutputStream().write("Hello World!".getBytes());
            // end::outputWrite[]

            // tag::socketClose[]
            socket.close();
            // end::socketClose[]
            // tag::connectException[]
        } catch (ConnectException e) {
            System.err.println(host + ":" + port + "에 연결할 수 없습니다.");
        }
        // end::connectException[]
        // tag::IOException[]
        catch (IOException e) {
            System.err.println(e);
        }
        // end::IOException[]
    }
}

데이터를 받고 싶다면

socket.getOutputStream().write("Hello World!".getBytes()); 를

  
while ((ch = socket.getInputStream().read()) >= 0) {
                System.out.write(ch);
 }

로 변경한다.

Q4. Server에 exit가 입력 될 때까지 data 입력하기

  
while (true) {
                BufferedReader bf = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
                String input = bf.readLine();

                if (input.equals("exit")) 
                    break;
                
                socket.getOutputStream().write(input.getBytes());
            }

Q5. server에서 보내는 문자열을 출력 하기

  
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String line;
            while ( (line = reader.readLine()) != null) {
                if (line.equals("exit")) {
                    System.out.println("종료합니다...");
                    break;
                }    
               System.out.println(line);
            
            }

            socket.close();

→ BufferedReader 를 활용해서 String 으로 처리하기!

Q6. Echo 서버 연결해 문자열 보내고 받기

Server.java 와 Client.java 로 echo 통신 구현

Server.java

  
  import java.io.*;
  import java.net.*;
  import java.util.Scanner;
    
  public class Server {
  	public static void main(String args[]) throws IOException {
  		Socket socket = null;
  		ServerSocket server_socket = null;	
  		BufferedReader in = null;            //Client로부터 데이터를 읽어들이기 위한 입력스트림
          PrintWriter out = null;   			//Client로 에코 해줄 출력 스트
          String input = null;
    
          try{
  	            server_socket = new ServerSocket(7787); // 포트번호로 연결 
  	            System.out.println("서버 실행 ");
  	         	socket = server_socket.accept(); // 자식 소켓에게 연결 
                  System.out.println("클라이언트 연결 완료 ");
  	        }catch(IOException e)
  	        {
  	            System.out.println("해당 포트가 열려있습니다.");
  	        }
            
            
          while(true) {
              System.out.println("서버 대기중...");
              in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));    //입력스트림 생성
              out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()))); //출력스트림 생성
            
  	        try {
  	            input = in.readLine();                //Client로부터 데이터를 읽어옴
    
  	            System.out.println("Client로 부터 보낸 메세지 : " + input);
    	            
  	            out.println(input); // 에코 해줄 데이터 Client로 보냄
  	            out.flush(); // 버퍼링 제거 
    	            
  	        }
  	        catch(IOException e)
  	        {
  	        	System.out.println("서버 통신 오류 발생. ");
  	        }
    	        
    	        
          }
    
  	}
  }

Client.java

  
  import java.io.*;
  import java.net.*;
  import java.util.*;
    
  import javax.swing.*;
    
  public class Client {
  	 public static void main(String[] arg)
  	    {
  	        Socket socket = null;            //Server와 통신하기 위한 Socket 선언 
  	        PrintWriter out = null;            //서버로 내보내기 위한 출력 스트림
  	        InetAddress ia = null;			// 클라이언트의 ip 주소 
  	        String echo = null;				// 에코를 출력할 스트
              BufferedReader reader = null;
  	        Scanner s = new Scanner(System.in);
  	        try {
  	        	ia = InetAddress.getLocalHost();  //ip 할당 
  	            System.out.println(ia);
  	            socket = new Socket(ia,7787); // 서버와 연결 
                    
  	            System.out.println(socket.toString()); // 연결 정보 출력 
                  System.out.println("서버 연결 완료 ");
  	        } catch(IOException e) {
                  throw new IllegalAccessError("echo");
  	        }
    	        
  	        while(true) {
  	        try {
                  out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()))); //출력스트림 생성
                  reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
  	            System.out.print("서버로 보낼 메세제 : ");
  	            String data = s.nextLine();            //키보드로부터 입력
  	            if(data.equals("exit")) {  // 종료 
  	            	System.out.println("Client 종료");
  	            	socket.close();
                      s.close();
  	            	System.exit(0);
  	            }
    
                  out.println(data); // 문자열을 소켓을 통해 전송
                  out.flush(); // 버퍼를 비워서 데이터를 전송
    
                  System.out.println("서버에서 보낸 echo 메세지: " + reader.readLine());
  	        } catch(IOException e) {
  	        	System.out.println("통신 오류 발생! ");
  	        }
  	        }
                
  	    }
  }

Socket Vs Server Socket

Socket
- 호스트간 통신을 위한 양쪽의 끝
ServerSocket
- 서버 프로그램에서 사용하는 소켓
- Socket → ServerSocket → Socket
- 클라이언트 → ServerSocket → 서버
- 살짝 문…같은거…

Multi - Connection Server

동시에 다수의 client가 연결할 수 있도록 thread를 통해 분리해 보도록 만든다.
Server socket은 대기 상태에서 client 연결이 이루어지면 이를 처리하기 위한 thread를 생성하여 생성된 socket을 넘겨주고 server socket은 다시 새로운 연결을 기다리도록 한다.

[Server.java](http://Server.java)

  
  public class Server {
  	public static void main(String args[]) throws IOException {
  		ServerSocket server_socket = null;	
    
          while (true) {
              server_socket = new ServerSocket(7787); // 포트번호로 연결 
              System.out.println("서버 실행 ");
                
              ClientServer childserver = new ClientServer(server_socket.accept());
              childserver.start();
              server_socket.close();
    
          }
  	}
  }

ClientServer.java

  
  public class ClientServer implements Runnable{
        
      Thread thread;
      BufferedReader in = null;            //Client로부터 데이터를 읽어들이기 위한 입력스트림
      PrintWriter out = null;   			//Client로 에코 해줄 출력 스트
      String input = null;
      Socket socket;
    
      public ClientServer(Socket s) {
          System.out.println("자식 서버로 이동");
          this.socket = s;
          thread = new Thread(this);
      }
    
      public void start(){
          thread.start();
      }
    
      @Override
      public void run() {
    
          while (true) {
              try {
                  in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));    //입력스트림 생성
                  out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()))); //출력스트림 생성
                  input = in.readLine();                //Client로부터 데이터를 읽어옴
    
                  System.out.println("Client로 부터 보낸 메세지 : " + input);
                    
                  if (input.equals("exit")) {
                      socket.close();
                  }
                  out.println(input); // 에코 해줄 데이터 Client로 보냄
                  out.flush(); // 버퍼링 제거 
                    
              }
              catch(IOException e)
              {
                  System.out.println("서버 통신 오류 발생. ");
              }
          }
      }
  }

Multi - client chat

Client 끼리 @를 사용해 귓속말을 사용할 수 있도록 만든다.