네트워크 기본 개념
IP 주소란?
IP 주소는 컴퓨터, 스마트폰, 서버 등을 식별하기 위해 부여되는 고유한 번호이다.
IP는 IPv4, IPv6로 나뉘며, IPv4 주소 부족 문제로 인해 IPv6와 함께 사용한다.
TCP / UDP
TCP
TCP는 인터넷 핵심 프로토콜 중 하나로 신뢰성 있는 연결 지향형 통신을 제공한다.
UDP
UDP는 TCP와 달리 비연결형 전송 프로토콜이다.
TCP가 안정성을 위해 사용하는 프로토콜이라면, UDP는 속도와 효율성을 우선한다.
3-Way Handshake
TCP 연결을 하기 위해 사용하는 절차이다.
클라이언트가 서버에 SYN 플래그를 보내면
서버에서는 SYN + ACK 플래그를 보낸다.
그 후 마지막으로 클라이언트에서 ACK를 서버로 전해주면 연결이 성립되어 데이터를 전송할 수 있다.
- SYN: 연결 요청 플래그
- ACK: 응답/승인 플래그
TCP 프로그래밍 기본 절차
- 서버 생성: ServerSocket을 생성하고 특정 포트에서 클라이언트 연결 대기
- 클라이언트 연결 요청: 클라이언트는 Socket을 사용하여 서버의 특정 포트로 연결 요청
- 연결 수락 및 데이터 교환: 서버는 요청을 수락하고 Socket을 통해 데이터를 송수신
- 연결 종료: 데이터 전송이 끝나면 클라이언트와 서버 모두 연결 종료
자바 네트워크 프로그래밍 기초
InetAddress
InetAddress는 자바에서 IP를 표현하고 관리하기 위해 사용되는 클래스이며, IPv4와 IPv6를 추상화하여 제공한다.
주소 조회 메서드
- getByName(String host): 주어진 호스트 이름 또는 IP 주소에 대한 InetAddress 객체 반환
- getAllByName(String host): 주어진 호스트 이름에 대한 모든 IP 주소를 배열로 반환
- getLocalHost(): 로컬 컴퓨터의 IP 주소를 포함하는 InetAddress 객체 반환
주소 정보 검색 메서드
- getHostName(): 호스트 이름 반환
- getHostAddress(): IP 주소를 문자열 형태로 반환
- getAddress(): IP 주소를 바이트 배열로 반환
- isReachable(int timeout): 호스트가 주어진 시간 내에 도달 가능한지 검사
InetAddress 예제
import java.net.InetAddress;
public class InetAddressExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
InetAddress address = InetAddress.getByName("www.google.com");
System.out.println("ip : " + address.getHostAddress());
System.out.println("hostname : " + address.getHostName());
boolean reachable = address.isReachable(3000);
System.out.println("도달가능 : " + reachable);
InetAddress[] allByName = InetAddress.getAllByName("www.google.com");
for (InetAddress inetAddress : allByName) {
System.out.println("ip : " + inetAddress.getHostAddress());
}
InetAddress localhost = InetAddress.getLocalHost();
System.out.println("localhost : " + localhost.getHostAddress());
System.out.println("hostname : " + localhost.getHostName());
byte[] ip = localhost.getAddress();
System.out.print("Byte array format: ");
for (int i = 0; i < ip.length; i++) {
System.out.print((ip[i] & 0xFF));
if (i != ip.length - 1) {
System.out.print(".");
}
}
System.out.println();
}
}TCP ECHO 서버 구현
Echo 프로그래밍은 클라이언트가 서버에 메시지를 보내면, 서버가 동일한 메시지를 클라이언트에게 되돌려주는 간단한 네트워크 애플리케이션이다.
에코 서버
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class SimpleEchoServer {
public static void main(String[] args) {
try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12345)) {
System.out.println("에코 서버가 12345번 포트에서 시작되었습니다.");
while (true) {
try (Socket socket = serverSocket.accept();
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {
System.out.println("클라이언트 연결 :: " + socket.getRemoteSocketAddress());
String inputLine;
while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
System.out.println("클라이언트로부터 받은 메세지 : " + inputLine);
out.println("Echo : " + inputLine);
if ("bye".equalsIgnoreCase(inputLine)) {
break;
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
} catch (Exception e) {
System.out.println("서버시작 실패 : " + e.getMessage());
}
}
}에코 클라이언트
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class SimpleEchoClient {
public static void main(String[] args) {
try (Socket socket = new Socket("localhost", 12345);
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
Scanner keyboard = new Scanner(System.in)) {
System.out.println("서버 접속 성공");
System.out.println("bye를 입력하면 종료됩니다.");
while (true) {
String message = keyboard.nextLine();
out.println(message);
String response = in.readLine();
if (response == null) {
System.out.println("서버와의 연결이 끊어졌습니다.");
break;
}
System.out.println(response);
if ("bye".equalsIgnoreCase(message)) {
break;
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}클라이언트를 여러 개 만들어서 서버에 요청을 보내면 첫 번째로 연결된 클라이언트 말고는 응답이 오지 않는 것을 확인할 수 있다.
채팅 프로그램을 만든다고 가정했을 때, 다른 사용자가 채팅을 입력할 때에도 사용자 또한 채팅을 보내고 받을 수 있어야 한다. 이 문제를 해결하기 위해 멀티스레드 서버를 구현해야 한다.
멀티스레드 에코 서버
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class MultiThreadEchoServer {
private static final int PORT = 12345;
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT)) {
System.out.println("에코 서버 시작");
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();
executorService.submit(new ClientHandler(socket));
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
executorService.shutdown();
}
}
static class ClientHandler implements Runnable {
private final Socket socket;
ClientHandler(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {
SocketAddress clientAddress = socket.getRemoteSocketAddress();
System.out.println(clientAddress + " 사용자 접속함");
String inputLine;
while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
System.out.println(clientAddress + "로부터 받은 메시지 : " + inputLine);
out.println("Echo : " + inputLine);
if ("bye".equalsIgnoreCase(inputLine)) {
break;
}
}
System.out.println(clientAddress + " 연결종료");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}채팅 서버와 클라이언트 구현
채팅 서버
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
public class ChatServer {
private static final int PORT = 12345;
private static final Set<ClientHandler> clients = ConcurrentHashMap.newKeySet();
private static void broadcast(String message, ClientHandler sender) {
for (ClientHandler client : clients) {
if (client != sender) {
client.sendMessage(message);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("채팅 서버 시작!!!");
try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT)) {
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();
ClientHandler clientHandler = new ClientHandler(socket);
clients.add(clientHandler);
new Thread(clientHandler).start();
}
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
}
static class ClientHandler implements Runnable {
private final Socket socket;
private PrintWriter out;
private String nickname;
ClientHandler(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
public void sendMessage(String message) {
if (out != null) out.println(message);
}
@Override
public void run() {
try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()))) {
out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
out.println("닉네임을 입력하세요.");
nickname = in.readLine();
if (nickname == null) return;
System.out.println(nickname + "님 입장");
broadcast(nickname + " 님 입장", this);
String message;
while ((message = in.readLine()) != null) {
System.out.println(nickname + " : " + message);
if ("bye".equalsIgnoreCase(message)) break;
broadcast(nickname + " : " + message, this);
}
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
} finally {
clients.remove(this);
if (nickname != null) {
System.out.println(nickname + "님 퇴장");
broadcast(nickname + "님 퇴장", this);
}
try {
socket.close();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}
}
}채팅 클라이언트
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class ChatClient {
private static final String SERVER_HOST = "localhost";
private static final int SERVER_PORT = 12345;
public static void main(String[] args) {
try (Socket socket = new Socket(SERVER_HOST, SERVER_PORT);
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
Scanner keyboard = new Scanner(System.in)) {
Thread readerThread = new Thread(() -> {
try {
String serverMsg;
while ((serverMsg = in.readLine()) != null) {
System.out.println(serverMsg);
}
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
});
readerThread.start();
String userInput;
while (!(userInput = keyboard.nextLine()).equalsIgnoreCase("bye")) {
out.println(userInput);
}
out.println("bye");
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}느낀점
오늘은 네트워크 프로그래밍에 대해 배웠는데 어려운 부분은 자바에서 구현을 해둬서 그런지 신기하고 재미있었다.
AWS를 이용해 채팅 서버를 잠깐 열어주신 것도 작성한 코드로 결과물을 바로 볼 수 있어서 더 신기했다.
내일은 UDP 통신에 관하여 배우고, 추석 연휴가 있는데 연휴 기간 동안 자바에 관한 것들을 복습하고 채팅 서버도 다시 만들어 봐야겠다.
백엔드 공부중입니다.