Socket Programming(1) - socket이란?

 

Socket이란?

소켓을 들으면 일반적으로 전구의 소켓을 떠올릴 것이다. 그리고 컴퓨터에서 말하는 소켓은 전구의 소켓과 비슷하게 연결하는 통로라고 생각하면 된다. 사용자 즉, host가 2명이 있다고 생각해보자. Host가 서로 데이터를 주고 받는다고 생각해보자. 각각의 데이터는 단계별로 통과하여 데이터를 전달하게 되는데, 이 단계는 5가지가 있다. Application, Transport, Network, Link, Physical layer이다. 여기서 Application은 순수 software라고 생각하면 되고, Transport부터 Physical layer까지는 OS에 구현이 되어 있다. (Link layer와 Physical Layer는 NIC에도 있다.)

데이터 통신을 위해서는 먼저, 송신자의 Application에서 Socket이라는 문을 통하여 아래 layer들로 전달되고 수신자도 아래에서부터 데이터가 올라오고, Socket 문을 거쳐서 Application에 데이터가 도달하게 된다. 프로세스가 데이터를 보내거나 받기 위해서는 반드시 소켓을 열어 소켓에 데이터를 쓰거나 읽어야 한다. 

Multiplexing / demultiplexing

Multiplexing과 demultiplexing은 transport layer에서 일어난다. 서로 반대되는 개념인데, multiplexing이 여러 데이터를 한 통로에 넣어서 섞어버리는 것이라면 demultiplexing은 한 통로에서 온 것을 여러 갈래 중 해당하는 곳으로 보내는 것을 의미한다.
우리가 인터넷 호스트에서 demultiplexing이라고 한다면 packet들이 도착했을때, packet들이 어떤 process로 가야되는지 보내는 것을 demultiplexing이라고 한다. Sender에서 multiplexing은 여러 개의 socket에서 오는 data를 handling하는 것을 의미한다. 즉, process마다 socket이 하나 있다고 생각하면 된다. physical layer에서 link, network layer까지는 같이 오다가 transport layer에서 어떤 socket으로 가는지 결정해준다.

어떻게 demultiplexing이 작동할까

 Host는 IP layer(Network Layer)에서는 datagram을 전달받는다. 각각의 datagram은 source와 destination IP address를 가지고 있다. 각 datagram은 하나의 segment를 들고온다. 각 segment는 source와 destination의 port number를 가지고 있다. 그럼 host는 port number와 IP 주소를 이용해서 segment를 적절한 소켓에 데이터를 올려보내는 것이다.

TCP socket은 4가지 정보로 identify된다. Source의 IP주소, Soure의 port number, 목적지의 IP 주소, 목적지의 port number이다. 그럼 서버는 동시에 여러개의 TCP socket을 지원해야 된다. 각각의 socket은 각기 다른 socket으로 연결되는 것이다. socket은 port number에 binding되어야 하고, socket에 port number가 할당되어야만 socket의 기능을 할 수 있다. 위에서 볼 수 있듯이 16bit를 socket number로 사용할 수 있다. 이 중에서 0~1023은 잘 알려진 port로 임의로 사용할 수 없고(ex. 웹 서버:80포트) 임의로 사용할 수 있는 것은 49152~65535 번들이다. 

 

하나의 프로세스는 같은 프로토콜, 같은 IP 주소, 같은 port number를 가지는 소켓을 여러 개 만들 수 있기 때문에, 하나의 프로세스는 하나의 port만으로도 여러 호스트에 있는 프로세스의 요청을 처리할 수 있다. (게임 서버에서 동시 접속자 수가 엄청나게 많을 수 있는 이유도 동일하다) 그래서 서버의 경우는 보통 하나의 포트만 할당받고, 하나의 포트로 여러 개의 소켓을 열게된다. 

 

예시

 

 

위의 그림에서 모두 destination IP 주소는 B이고 port number는 80이다. 여기서 demultiplexing되어 다른 socket으로 들어간다.

 

Port number는 네트워크 상에서 통신하기 위해서 호스트 내부적으로 프로세스가 할당 받아야하는 고유한 숫자이다. 같은 Host 내에서 서로 다른 프로세스가 같은 Port number를 가질 수는 없다.