[TIL/크래프톤 정글] DAY 56

배재준·2025년 5월 5일

8기 TIL krafton jungle week08 네트워크 컴퓨터 시스템

크래프톤 정글 - TIL

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2025.05.04

TIL(TODAY I LEARN)

오늘한 내용 : CS - 네트워크 프로그래밍 - 11.1 ~ 11.4
WEEK08: BSD소켓, IP, TCP, HTTP, file descriptor, DNS

11.1 클라이언트-서버 프로그래밍 모델

컴퓨터 네트워크는 클라이언트-서버 모델을 기반으로 구성됨.
클라이언트: 서비스를 요청하는 쪽 (ex: 브라우저)
서버: 요청을 받고 응답을 처리하는 쪽 (ex: 웹 서버, DB 서버)
서로 간의 데이터 교환은 소켓(socket)을 통해 이뤄짐.

클라이언트 특징

서버에 연결을 요청하고
결과를 기다리거나 처리함
일반적으로 짧게 연결, 일회성 통신

서버 특징

항상 실행 중
특정 포트를 열고 연결을 기다림
여러 클라이언트 요청을 동시 처리

11.2 네트워크

네트워크(Network)는 여러 호스트(host)들이 링크(link)로 연결되어 통신할 수 있도록 해주는 시스템.
현대 컴퓨터 시스템은 기본적으로 네트워크를 통해 연결되며, 모든 프로그램도 이를 전제로 설계됨.

구성 요소	설명
호스트 (Host)	네트워크에 연결된 컴퓨터 (IP 주소 가짐)
링크 (Link)	호스트/라우터 간 실제 연결 (이더넷, Wi-Fi 등)
라우터 (Router)	패킷을 목적지로 전달하는 중간 장치
패킷 (Packet)	데이터를 쪼갠 전송 단위 (헤더 + 본문)

TCP/IP 계층 구조 요약

계층	역할	주요 예시
응용 계층	사용자 앱 – 데이터 생성	HTTP, DNS
전송 계층	프로세스 간 연결	TCP, UDP
인터넷 계층	호스트 간 라우팅	IP
링크 계층	홉 간 실제 전송	Ethernet (MAC 주소)

데이터 전송: 캡슐화 구조

데이터는 위에서 아래로 내려가며 캡슐화됨:

HTTP 데이터
↓ (TCP 헤더 추가)
TCP 세그먼트
↓ (IP 헤더 추가)
IP 패킷
↓ (MAC 헤더 추가)
이더넷 프레임 → 네트워크로 전송

IP 주소 vs MAC 주소

항목	IP 주소	MAC 주소
목적	최종 호스트 식별	홉 단위 전송 대상
범위	논리적, 전 세계 고유	물리적, 네트워크 인터페이스
라우팅	라우터가 IP로 다음 경로 판단	NIC가 MAC으로 다음 홉 전달
변동성	DHCP 등으로 변경 가능	고정 (수정 가능)

홉 바이 홉 전송 (Hop-by-hop)

패킷은 라우터를 여러 개 거쳐서 목적지에 도착
각 라우터는 다음 목적지 MAC 주소를 알아야 하므로,
ARP(Address Resolution Protocol) 를 사용해 MAC 주소를 동적으로 조회함

Ethernet이란?

링크 계층 프로토콜 중 가장 널리 쓰이는 방식
MAC 주소(48비트) 기반으로 프레임을 전송

구조:

[MAC 헤더][IP 헤더][TCP 헤더][데이터][체크섬]

혼잡(Congestion)과 신뢰성 문제

라우터 큐가 꽉 차면 → 패킷 손실, 재전송, 지연
IP는 신뢰성 없음 (비보장, 무연결)
TCP가 이를 해결: 재전송, 순서 보장, 흐름 제어 등

프로그래머 관점 정리

네트워크 내부 구조는 운영체제가 관리
우리는 소켓 API를 통해 통신만 신경 쓰면 됨
read(), write()를 네트워크 소켓에도 사용 가능 → 파일처럼 사용

11.3 글로벌 IP 인터넷

인터넷은 전 세계 호스트를 연결한 공용 패킷 교환 네트워크
라우터와 링크를 통해 구성됨
프로토콜은 TCP/IP 기반

11.3.1 IP Addresses (IP 주소)

IP 주소는 인터넷에서 호스트(컴퓨터, 서버 등)를 식별하는 고유한 주소임
현재는 IPv4(32비트) 주소가 널리 사용됨 → 예: 152.46.7.80

IP 주소 형식 (IPv4)

32비트 정수로 표현됨
IP는 “종단 간 통신에서 위치를 지정하는 주소”
일반적으로 10진수 4개를 점(.)으로 구분한 형식 사용
- 예: 192.168.0.1 → 내부적으로는 32비트로 저장됨
각 숫자는 0~255 범위 (1바이트)

내부적으로는 host byte order ↔ network byte order 전환 필요 → 함수 htonl(), ntohl() 등이 있음

엔디안

컴퓨터가 여러 바이트로 구성된 데이터를 메모리에 저장하는 순서

대표적으로 2가지 방식:

종류	설명	예시 (0x12345678 저장 시)
빅 엔디안 (Big-endian)	가장 큰 바이트(상위 바이트)를 앞에 저장	`12 34 56 78`
리틀 엔디안 (Little-endian)	가장 작은 바이트(하위 바이트)를 앞에 저장	`78 56 34 12`

네트워크는 무조건 빅 엔디안

함수 설명
htonl(x) host → network (32비트 정수)
htons(x) host → network (16비트 정수)
ntohl(x) network → host (32비트 정수)
ntohs(x) network → host (16비트 정수)

함수	설명
`htonl(x)`	host → network (32비트 정수)
`htons(x)`	host → network (16비트 정수)
`ntohl(x)`	network → host (32비트 정수)
`ntohs(x)`	network → host (16비트 정수)

11.3.2 인터넷 도메인 이름

IP 주소는 사람이 외우기 어렵다 → 그래서 사람이 기억하기 쉬운 이름(domain name) 사용
- 예: www.cmu.edu, google.com
도메인 이름은 인터넷 자원을 식별하는 텍스트 기반 주소

DNS (Domain Name System)

DNS는 도메인 이름을 IP 주소로 변환해주는 분산 데이터베이스 시스템
전 세계적으로 분산된 수많은 DNS 서버들이 계층적 구조로 협력

11.3.3 인터넷 연결

클라이언트 프로그램이 서버와 통신하기 위한 준비 절차를 말함
IP 주소, 포트 번호, 소켓(socket) 등을 사용해 TCP 연결을 맺음
연결(connection)은 점대점(point-to-point) 구조로, 두 프로세스를 연결함
풀 듀플렉스(full duplex) 구조 → 양방향 전송이 동시에 가능
신뢰성 있음: 전송된 바이트는 순서대로 정확히 도착함 (TCP 특성)

소켓(socket): 연결의 끝점

소켓은 연결의 끝점(end point) 역할
소켓 주소는 (IP 주소, 포트 번호)의 쌍으로 구성됨 → address:port

포트 번호

포트는 하나의 호스트 안에서 여러 프로세스를 구분하는 수단
클라이언트:
- 커널이 자동으로 임시 포트(ephemeral port) 할당
서버:
- 고정된 잘 알려진 포트(well-known port) 사용
- 예: HTTP는 80, SMTP는 25
포트 번호 ↔ 서비스 이름 매핑은 /etc/services 파일에 저장됨

소켓 쌍(socket pair)

하나의 연결은 두 소켓 주소 쌍으로 고유하게 식별됨

(cliaddr:cliport, servaddr:servport)

예시:

클라이언트: 128.2.194.242:51213 (임시 포트)
서버: 208.216.181.15:80 (HTTP 서비스 포트)

11.4 소켓 인터페이스

소켓(socket): 프로세스 간 네트워크 통신을 위한 양 끝점(endpoint)
운영체제는 소켓을 파일 디스크립터처럼 다룸
소켓 인터페이스는 UNIX가 제공하는 네트워크 시스템 콜 집합

TCP 소켓 흐름

클라이언트와 서버는 서로 다른 순서로 함수 호출:

클라이언트
1. socket() – 소켓 생성
2. connect() – 서버에 연결 요청
3. read() / write() – 데이터 송수신
서버
1. socket() – 소켓 생성
2. bind() – IP 주소와 포트를 소켓에 바인딩
3. listen() – 연결 요청 대기
4. accept() – 클라이언트 연결 수락
5. read() / write() – 데이터 송수신

11.4.1 소켓 주소 구조체

sockaddr 구조체: 소켓 주소 정보를 담는 범용 구조체

sockaddr_in: IPv4 주소용 구조체

struct sockaddr_in {
    uint16_t        sin_family; // AF_INET
    uint16_t        sin_port;   // 포트 번호(빅엔디안)
    struct in_addr  sin_addr;   // IP 주소
    unsigned char   sin_zero[8];// 패딩
};

11.4.2 `socket` 함수

int socket(int domain, int type, int protocol);

인자	설명
`domain`	주소 체계: IPv4는 `AF_INET`
`type`	전송 방식: TCP는 `SOCK_STREAM`, UDP는 `SOCK_DGRAM`
`protocol`	보통 0 (자동 선택)

새로운 소켓을 생성하고, 파일 디스크립터 반환

11.4.3 `connect` 함수 (클라이언트용)

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

서버의 IP와 포트에 연결 요청
addr은 보통 sockaddr_in을 sockaddr*로 캐스팅
연결 성공 시 TCP 3-way handshake 완료됨
클라이언트에서만 사용

11.4.4 `bind` 함수 (서버용)

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

소켓에 로컬 IP 주소와 포트 번호를 연결
INADDR_ANY를 쓰면 모든 NIC에서의 연결 수락
서버는 이걸로 “내가 어떤 포트로 연결 받을지” 설정함

11.4.5 `listen` 함수

int listen(int sockfd, int backlog);

연결 요청을 받을 수 있게 소켓을 수동 대기(passive open) 상태로 바꿈
backlog: 대기열 크기 (보통 8~128)
bind() 후 호출해야 함

11.4.6 `accept` 함수

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

클라이언트 연결 요청을 수락
새로운 연결 전용 소켓을 반환함 (listen 소켓과 별개!)
addr에는 클라이언트의 주소 정보가 들어감
반환된 소켓으로 클라이언트와 read()/write() 가능

11.4.7 호스트와 서비스 변환

`getaddrinfo()` 함수

도메인 이름(www.google.com)과 포트 번호("80")를 소켓 주소 구조체(struct sockaddr)로 변환해주는 함수

int getaddrinfo(const char *hostname, const char *port,
                const struct addrinfo *hints,
                struct addrinfo **result);

사용 예시

struct addrinfo *res, hints;
memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
getaddrinfo("www.google.com", "80", &hints, &res);

res는 연결에 사용할 수 있는 소켓 주소 리스트를 가리킴
결과는 freeaddrinfo(res)로 해제해야 함
내부적으로 DNS 질의 + IP 주소 + 포트 정보 세팅까지 자동 처리

11.4.8 소켓 인터페이스를 위한 도움 함수들

반복되는 소켓 코드를 줄이기 위한 헬퍼 함수 정의

책에서는 다음 두 함수를 만들어서 클라이언트/서버 코드 간결화함:

`open_clientfd(char hostname, char port)`

클라이언트 소켓을 열고 서버에 connect()까지 수행
내부에서 getaddrinfo() + socket() + connect() 전부 처리
성공 시 연결된 소켓 디스크립터 반환

`open_listenfd(char *port)`

서버용 리슨 소켓을 생성하고, 포트에 바인딩 + listen()까지 수행
내부에서 getaddrinfo() + socket() + bind() + listen() 처리

함수	용도	내부에서 하는 일
`getaddrinfo()`	도메인 이름 → 소켓 주소 변환	DNS + 포트 세팅
`open_clientfd()`	클라이언트 소켓 생성 및 연결	`getaddrinfo + socket + connect`
`open_listenfd()`	서버 리슨 소켓 설정	`getaddrinfo + socket + bind + listen`

배재준

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엔디안

11.3.2 인터넷 도메인 이름

DNS (Domain Name System)

11.3.3 인터넷 연결

소켓(socket): 연결의 끝점

포트 번호

소켓 쌍(socket pair)

11.4 소켓 인터페이스

TCP 소켓 흐름

11.4.1 소켓 주소 구조체

11.4.2 `socket` 함수

11.4.3 `connect` 함수 (클라이언트용)

11.4.4 `bind` 함수 (서버용)

11.4.5 `listen` 함수

11.4.6 `accept` 함수

11.4.7 호스트와 서비스 변환

`getaddrinfo()` 함수

11.4.8 소켓 인터페이스를 위한 도움 함수들

`open_clientfd(char hostname, char port)`

`open_listenfd(char *port)`

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소켓(socket): 연결의 끝점

포트 번호

소켓 쌍(socket pair)

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11.4.2 socket 함수

11.4.3 connect 함수 (클라이언트용)

11.4.4 bind 함수 (서버용)

11.4.5 listen 함수

11.4.6 accept 함수

11.4.7 호스트와 서비스 변환

getaddrinfo() 함수

11.4.8 소켓 인터페이스를 위한 도움 함수들

open_clientfd(char *hostname, char *port)

open_listenfd(char *port)

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11.4.2 `socket` 함수

11.4.3 `connect` 함수 (클라이언트용)

11.4.4 `bind` 함수 (서버용)

11.4.5 `listen` 함수

11.4.6 `accept` 함수

`getaddrinfo()` 함수

`open_clientfd(char hostname, char port)`

`open_listenfd(char *port)`