Chapter 02 소켓의 타입과 프로토콜 설정

시캉·2024년 7월 1일

TCP/IP 윤성우

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02-1 소켓의 프로토콜과 그에 따른 데이터 전송 특성

프로토콜이란 무엇인가?

프로토콜 : 대화에 필요한 통신 규약

두 사람이 대화하는데, 한 명은 전화로, 한 명은 편지로 대화하려 한다면 소통이 제대로 되지 못하듯, 통일된 방식으로 소통이 이루어져야한다. 통신 규약을 프로토콜 이라고 한다.

소켓의 생성

앞서 보았듯, socket() 함수를 통해 소켓을 만들었었다.
그렇다면 소켓은 어떻게 구성된 함수인지를 이해해보자.

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 성공 시 파일 디스크립터, 실패 시 -1

domain : 소켓이 사용할 프로토콜 체계 정보
type : 소켓의 데이터 전송 타입
protocol: 두 컴퓨터 간 통신에 사용되는 프로토콜 정보

프로토콜 체계(Protocol Family)

name	Protocol Family
PF_INET	IPv4 인터넷 프로토콜 체계
PF_INET6	IPv6 인터넷 프로토콜 체계
PF_LOCAL	로컬 통신을 위한 UNIX 프로토콜 체계
PF_PACKET	Low level 소켓을 위한 프로토콜 체계
PF_IPX	IPX 노벨 프로토콜 체계

어떤 통신 체계를 사용하는지에 대해서 소켓의 첫 번째 인자로 전달해준다.
첫 번째 인자를 통해 정한 프로토콜 체계에서 세 번째 인자(프로토콜) 을 설정한다.

소켓의 타입(type)

하나의 프로토콜 체계 내에는 여러 데이터 전송 방식이 존재함.
irc에서 다룰 IPv4 구조(PF_INET) 를 토대로 설명하면 다음과 같다.

소켓 타입 1: 연결 지향형 소켓(SOCK_STREAM)

신뢰성 있는 순차적 바이트 기반의 연결지향 데이터 전송 방식의 소켓.

socket() 함수의 두 번째 인자로 SOCK_STREAM 을 전달하면 연결지향형 소켓이 된다.

중간에 데이터가 소멸되지 않고 목적지로 전송

소켓 대 소켓의 연결이 반드시 1대1 연결이 되어야함.

전송 순서대로 데이터 수신

전송되는 데이터의 경계(Boundary)가 존재하지 않음

위 특징 중 마지막의 경우 이와 같은 상황이다.

"사탕 100개가 총 5번에 걸쳐 보내졌다. 하지만 받는 사람은 사탕 100개를 쌓아서 한 번에 봉지에 담아갔다."

이는 곧, 5번의 write() 를 통해 100 바이트를 전송했으나, 데이터를 수신하는 컴퓨터는 1 번의 read() 로 100 바이트를 수신했다는 비유로 볼 수 있다.

소켓 내부적으로 버퍼가 존재한다. 송수신되는 데이터가 이 버퍼에 우선 저장되는데, 만약 버퍼가 가득 차게되면 데이터가 담기지 못하는 "데이터 손실" 이 발생할 것이라고 생각할 수 있다.

하지만 연결지항형 소켓 의 경우 상태 소켓의 상태를 파악해가며 데이터 송수신이 이뤄진다. 상대의 버퍼가 가득차면 보내기를 중지하고, 심지어는 잘 보내지지 않았을 경우 재전송하기도 한다.

즉, 연결지향형 소켓은 특별한 경우가 아니면 데이터손실이 발생하지 않는다.

소켓 타입 2: 비 연결지향형 소켓(SOCK_DGRAM)

신뢰성과 순차적 데이터 전송을 보장하지 않는, 고속의 데이터 전송을 목적으로 하는 소켓.

전송 순서 상관없이 가장 빠른 전송 지향

전송 데이터에 손실의 우려가 있음.

전송 데이터의 경계(Boundary) 존재.

한번에 전송할 수 있는 데이터 크기에 제한 존재.

퀵 택배를 생각하면 좋다.
하나의 큰 기계를 분해하여 열 파트로 분리했다고 하고, 각 파트를 퀵으로 보내자.
각각이 오토바이에 실려서 목적지로 전달되는데, 위험하다보니 파손될 수 있고, 오토바이 적재량에 따라 보낼 수 있는 한계가 존재한다. 또한 열 개의 파트로 분리해서 열 개의 퀵으로 보냈으니 받는 사람도 열 번 받게된다.
각 오토바이가 다른 길로 올수도 있다보니 나중에 보낸 것이 먼저 오기도 한다.
이러한 특징을 지닌 타입을 비 연결지향형 소켓 이라고 한다.

프로토콜 최종 선택

socket() 함수의 세 번째 인자.
근데 앞서 프로토콜 체계 정보(첫 번째 인자), 전송 타입(두 번째 인자)를 전달했는데 프로토콜이 확정되지 않을 수가 있나?

앞서 전달한 인자들만으로 프로토콜이 경우도 존재하기 때문에, 세 번째 인자는 0 으로 전달하더라도 소켓이 생성될 수 있다.

하지만 프로토콜 체계 내의 하나의 전송 타입에도 여러 가지 프로토콜이 존재할 수 있기 때문에 세 번째 인자가 존재하는 것이다.

// IPv4 인터넷 프로토콜 체계(PF) 에서 동작하는 연결 지향형 데이터 전송(type) 소켓
int tcp_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

// IPv4 인터넷 프로토콜 체계(PF) 에서 동작하는 비 연결 지향형 데이터 전송(type) 소켓
int udp_socket = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);