Chapter 05 TCP 기반 서버 & 클라이언트 2

05-1 에코 클라이언트 완벽 구현

TCP의 전송 특성에 맞게 클라이언트를 재구성해야한다.

에코 클라이언트만 문제가 있나요?

앞선 에코 클라이언트에서는 1 write - 1 read 를 통해 데이터를 수신하려고 한다. 하지만 이는 데이터 전송 방법 상 옳지 않은 방법이다.

에코 클라이언트는 자신의 말을 서버로 보내고 그 말이 그대로 자신에게 돌아오는 시스템이다.
즉, 클라이언트는 자신이 보낸 데이터의 바이트를 알고 있다.
-> 자신이 보낸 바이트 모두 수신될때까지 반복문으로 read() 하여 문제를 해결 !

계산기 서버 / 클라이언트 구현해보기

// op_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 1024
#define RLT_SIZE 4
#define OPSZ 4

int main(int argc, char **argv)
{
	int serv_sock, clnt_sock;
	char opinfo[BUF_SIZE];
	int result, opnd_cnt, i;
	int recv_cnt, recv_len;
	struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
	socklen_t clnt_adr_sz;
	
	if (argc != 2)
	{
		printf("not a correct usage\n");
		exit(1);
	}
	
	serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (serv_sock == -1)
		error_handling("socket function error\n");
	
	memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
	serv_adr.sin_family = AF_INET;
	serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
	
	if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
		error_handling("bind function error\n");
	if (listen(serv_sock, 5) == -1)
		error_handling("listen function error\n");
	
	clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);
	
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		opnd_cnt = 0;
		clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_adr, clnt_adr_sz);
		read(clnt_sock, &opnd_cnt, 1);
		recv_len = 0;
		while ((opnd_cnt * OPSZ + 1) > recv_len)
		{
			recv_cnt = read(clnt_sock, &opinfo[recv_len], BUF_SIZE - 1);
			recv_len += recv_cnt;
		}
		result = calc(opnd_cnt, (int*)opinfo, opinfo[recv_len - 1]);
		write(clnt_sock, (char*)&result, sizeof(result));
		close(clnt_sock);
	}
	
	close(serv_sock);
	return 0;
}

위 코드에서 for문이 5 번의 연결요청을 accept() 한다.
하나의 클라이언트가 보낸 데이터에 대한 결과를 calc() 로 계산하여 송신한다.
결과를 한 번의 write()로 다시 클라이언트에 전달해준다.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 1024
#define RLT_SIZE 4
#define OPSZ 4

int main(int argc, char **argv)
{
	int sock;
	char opmsg[BUF_SIZE];
	int result, opnd_cnt, i;
	struct sockaddr_in serv_adr;
	
	if (argc != 3)
	{
		printf("not a correct usage\n");
		exit(1);
	}
	
	sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (sock == -1)
		error_handling("socket function error\n");

	memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
	serv_adr.sin_family = AF_INET;
	serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
	serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
  
	if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
		error_handling("connect function error\n");
	else
		puts("Connected..............");

	fputs("Operand count: ", stdout);
	scanf("%d", &opnd_cnt);
	opmsg[0] = (char)opnd_cnt;
	for (i = 0; i < opnd_cnt; i++)
	{
		printf("Operand %d: " , i + 1);
		scanf("%d", (int*)&opmsg[i * OPSZ + 1]);
	}
	fgetc(stdin); // delete remained \n in buffer.
	fputs("Operator: ", stdout);
	scanf("%c", &opmsg[opnd_cnt * OPaSZ + 1]);
	write(sock, opmsg, opnd_cnt * OPSZ + 2);
	read(sock, &result, RLT_SIZE);
	printf("Operation result: %d \n", result);
	close(sock);
	return 0;
}

데이터를 누적하여 송수신할 것이기 때문에 배열을 통해 연속적인 메모리공간으로 생성하는 것이 좋다.
또한 수신할 데이터 크기가 4 바이트이므로 한 번의 read()로 충분히 받을 수 있다.

하나의 배열에 다양한 종류의 데이터를 저장해서 전송하려면, char형 배열을 선언하여야함. 플랫폼에 따라 데이터 타입 호환성이 좋고, 메모리 레이아웃이 8비트를 사용하기 때문에 일관되고 데이터 관리가 편하다.

TCP의 이론적인 이야기

TCP 소켓에 존재하는 입출력 버퍼

• 입출력 버퍼는 TCP 소켓 각각에 대해 별도로 존재한다.
• 입출력 버퍼는 소켓생성시 자동으로 생성된다.
• 소켓을 닫아도 출력버퍼에 남아있는 데이터는 계속해서 전송이 이뤄진다.
• 소켓을 닫으면 입력버퍼에 남아있는 데이터는 소멸된다.

슬라이딩 윈도우(sliding window) : 소켓 간 데이터 송수신에 대해 확인을 진행한다는 프로토콜.
TCP에는 슬라이딩 윈도우가 존재해서 버퍼가 차고 넘쳐서 데이터가 소멸되는 일이 없다. 정확히 받을 수 있는 데이터만큼을 수신한다.

write()가 반환디는 시점
: 전송할 데이터가 출력버퍼로 이동이 완료되는 시점.

TCP 의 경우 출력버퍼로 이동된 데이터의 전송을 보장.
-> "write 함수는 데이터의 전송이 완료되어야 반환된다." 라고 표현함.

TCP의 내부 동작원리 1: 상대 소켓과의 연결

소켓은 전 이중(Full-duplex) 방식으로 동작하므로 양뱡향으로 데이터를 주고 받는다.
연결 과정에서 TCP 소켓은 3 번의 대화를 주고받음. (Three-way handshaking)

SYN : 데이터 전송을 위한 동기화 메시지 전송(A -> B)
SYN + ACK : 동기화 메시지 + 응답 메시지.
ACK : 응답 메시지 전달

이렇게 총 3 회의 주고받음을 통해 데이터 송수신의 준비완료를 확인함.

TCP의 내부 동작원리 2: 상대 소켓과의 데이터 송수신

마찬가지로 SEQ와 ACK에 패킷 번호를 부여해서 올바르게 송수신이 이뤄지는지를 체크함

ACK num = SEQ num + sended bytes + 1

이렇게 하면 데이터가 보낸만큼 잘 받았는지 확인할 수 있다.
ACK 응답을 요구하는 패킷 전송 시, 타이머가 작동한다. 제한 시간 내 ACK가 오지 않으면 타임아웃이 발생하여 다시한번 패킷 재전송.

TCP의 내부 동작원리 3: 상대 소켓과의 연결종료

종료를 알리는 FIN메시지를 주면 그에 대한 ACK를 답한다.
각 소켓은 서로에게 FIN메시지를 전달하고 그에 대한 확인 패킷을 전달하므로 총 4회의 교류가 발생. (Four-way handshaking)