파이썬: TCP/IP 소켓 통신
네트워크(소켓 통신)
배경지식
주소
- 맥주소: 하드웨어 주소. 랜카드에 고유넘버 있음. 로컬 네트워크 통신에서 사용
- 논리주소: 인터넷에서 사용하는 주소
- IPv4: 32비트 주소
- A class: netID(1B):hostID(3B) => 네트워크 2^8개 / 한 네트워크 내 컴퓨터 2^32개
- 동네 수는 적지만, 한 네트워크 내 컴퓨터 수가 큼 => 큰 네트워크 구성에 적합(대규모 네트워크 형성)
- B class: netID(2B):hostID(2B) => 네트워크 2^16개 / 한 네트워크 내 컴퓨터 2^16
- 중형 네트워크 구성에 적합
- C class: netID(3B):hostID(1B) => 네트워크 2^24개 / 한 네트워크 내 컴퓨터 2^8개
- 실생활에서 많이 접하는 주소
- A class: netID(1B):hostID(3B) => 네트워크 2^8개 / 한 네트워크 내 컴퓨터 2^32개
서브넷마스크
1) netID를 확인하기 위한 마스크 ex) A class: 255.0.0.0 B class: 255.255.0.0 C class: 255.255.255.0 => 개인 컴퓨터의 [제어판] -> [네트워크 및 인터넷] -> [네트워크 및 공유센터] -> [이더넷] -> [자세히] 에서 볼 수 있다.
2) 네트워크를 더 쪼개서 사용하고자 할 때 사용 (why? 트래픽 조절을 위해)
- C class에서 netID는 3바이트로 표현됨. 1바이트는 host 주소를 표현하는데, 이 비트를 더 쪼개서 더 많은 네트워크를 표현할 수 있음(subnetID 활용)
- ex) hostID 8비트 중 2비트를 subnet으로 지정할 경우
- 4개의 하위 네트워크를 구축할 수 있음. 이 subnet에는 컴퓨터 2^6개로 구성됨 => 서브넷마스크: 255.255.255.192 (192 = 11000000(2)
네트워크 계층
1) 응용 계층: 데이터를 받아서 어플리케이션에서 사용. 포트번호(네트워크 앱을 구분하는 고유한 번호)
——–소켓———
2) 전송계층(TCP/UDP): 데이터를 목적지에 전달하기 위해 길을 수립(라우팅). 패킷을 전달, 패킷 수신, 오류 체크
3) ip 계층(IP/ARP/RARP): 전송할 데이터를 패킷 단위로 단편화. 패킷에 목적지, 보내는 주소를 논리주소로 설정. 주소 변환(논리주소 <-> 맥주소)
4) 물리계층: 랜선으로 직접 물려있는 통신. 맥주소로 로컬 통신
소켓 통신종류
- TCP(전송 제어 프로토콜)
- 한번 수립한 루트를 연결이 끊어질 때까지 계속 사용함 -> 신뢰성이 높은편, 연결지향적
- 상대방이 패킷을 받았는지 확인, 순서, 오류 등을 체크 -> 속도는 느림
- UDP(사용자 데이터그램 프로토콜)
- 신뢰성이 떨어짐, 비연결지향적
- 패킷 전달할 때 마다 새 길을 수립하고 순서, 오류 체크 안함 -> 속도는 빠름
- 전사적으로 메세지 전달하는 작업이나 브로드캐스팅에 적합함
소켓 통신
소켓(Socket)이란 프로세스들로 하여금 네트워크를 통해 서로 통신을 할 수 있도록 하는 ‘창구’의 역할을 하는 것을 의미한다. 각 프로세스들은 다른 프로세스와 데이터를 주고 받기 위해선 반드시 소켓을 열고, 다른 프로세스의 소켓과 연결하여야 한다. 이러한 소켓을 이용한 네트워크 통신을 소켓 통신이라고 한다.
소켓 통신은 다음과 같은 요소들로 구성된다.
-
프로토콜: 통신 규약. TCP와 UDP가 있다.
- IP: 컴퓨터의 고유 주소
- PORT: IP와 매칭되는 컴퓨터 내에서 네트워크와 통신을 하고 있는 프로세스를 구분할 수 있는 유일한 번호. 컴퓨터 내에서 다른 프로세스가 같은 포트번호를 가지면 안된다.
파이썬으로 서버-클라이언트 구현
파이썬을 이용하여 서버와 클라이언트가 서로 특정 포트로 연결되어 실시간으로 양방향 통신을 하는 간단한 에코프로그램을 구현해보자.
에코(메아리)프로그램이란, 클라이언트가 서버로 보낸 메세지를 서버가 받아 그대로 클라이언트에게 되돌려 주는 프로그램을 말한다.
1. 서버-클라이언트가 1:1로 접속되는 에코프로그램
- 서버 측의 주소(ip)와 포트번호를 지정
- 이 때, 다른 프로그램이 주로 사용하는 포트번호를 피해서 설정
- 서버 소켓을 열어 클라이언트가 접속할 수 있도록 함(통신종류는 TCP)
# 서버 프로그램 (TCP)
import socket, time
host = 'localhost' # 서버 컴퓨터의 ip(여기선 내 컴퓨터를 서버 컴퓨터로 사용)
# 본인의 ip주소 넣어도 됨(확인방법: cmd -> ipconfig)
port = 3333 # 서버 포트번호(다른 프로그램이 사용하지 않는 포트번호로 지정해야 함)
# 서버소켓 오픈(대문을 열어둠)
# socket.AF_INET: 주소종류 지정(IP) / socket.SOCK_STREAM: 통신종류 지정(UDP, TCP)
# SOCK_STREAM은 TCP를 쓰겠다는 의미
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 여러번 ip.port를 바인드하면 에러가 나므로, 이를 방지하기 위한 설정이 필요
# socket.SOL_SOCKET: 소켓 옵션
# SO_REUSEADDR 옵션은 현재 사용 중인 ip/포트번호를 재사용할 수 있다.
# 커널이 소켓을 사용하는 중에도 계속해서 사용할 수 있다
server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# server socket에 ip와 port를 붙여줌(바인드)
server_socket.bind((host, port))
# 클라이언트 접속 준비 완료
server_socket.listen()
print('echo server start') # echo program: 입력한 값을 메아리치는 기능(그대로 다시 보냄)
# accept(): 클라이언트 접속 기다리며 대기
# 클라이언트가 접속하면 서버-클라이언트 1:1 통신이 가능한 작은 소켓(client_soc)을 만들어서 반환
# 접속한 클라이언트의 주소(addr) 역시 반환
client_soc, addr = server_socket.accept()
print('connected client addr:', addr)
# recv(메시지크기): 소켓에서 크기만큼 읽는 함수
# 소켓에 읽을 데이터가 없으면 생길 때까지 대기함
data = client_soc.recv(100)
msg = data.decode() # 읽은 데이터 디코딩
print('recv msg:', msg)
client_soc.sendall(msg.encode(encoding='utf-8')) # 에코메세지 클라이언트로 보냄
time.sleep(5)
server_socket.close() # 사용했던 서버 소켓을 닫아줌
echo server start
connected client addr: ('127.0.0.1', 64465)
recv msg: hello
# 클라이언트 프로그램
# 서버 프로그램은 주피터, 이것은 파이참으로 실행 - 동시에 두개 프로그램 실행을 위해서.
import socket
server_ip = 'localhost' # 위에서 설정한 서버 ip
server_port = 3333 # 위에서 설정한 서버 포트번호
socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
socket.connect((server_ip, server_port))
msg = input('msg:') # 서버로 보낼 msg 입력
socket.sendall(msg.encode(encoding='utf-8'))
# 서버가 에코로 되돌려 보낸 메시지를 클라이언트가 받음
data = socket.recv(100)
msg = data.decode() # 읽은 데이터 디코딩
print('echo msg:', msg)
socket.close()
위의 소켓통신의 흐름을 간단하게 도표로 그려보면 다음과 같다.
2. 위 코드를 한명의 클라이언트가 메시지 여러번 주고 받을 수 있게 수정
- 클라이언트가 ‘/end’ 입력하면 서버, 클라이언트 모두 종료
- 무한루프 활용
# 서버
import socket, time
host = 'localhost'
port = 3333
# 서버소켓 오픈
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
server_socket.bind((host, port))
# 클라이언트 접속 준비 완료
server_socket.listen()
print('echo server start')
# 클라이언트 접속 기다리며 대기
client_soc, addr = server_socket.accept()
print('connected client addr:', addr)
# 클라이언트가 보낸 패킷 계속 받아 에코메세지 돌려줌
while True:
data = client_soc.recv(100)
msg = data.decode()
print('recv msg:', msg)
client_soc.sendall(msg.encode(encoding='utf-8'))
if msg == '/end':
break
time.sleep(5)
print('서버 종료')
server_socket.close() # 사용했던 서버 소켓을 닫아줌
echo server start
connected client addr: ('127.0.0.1', 59300)
recv msg: wow
recv msg: msg1
recv msg: msg2
recv msg: msg3
recv msg: msg4
recv msg: /end
서버 종료
# 클라이언트
import socket
server_ip = 'localhost' # 위에서 설정한 서버 ip
server_port = 3333 # 위에서 설정한 서버 포트번호
socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
socket.connect((server_ip, server_port))
# /end 입력될 때 까지 계속해서 서버에 패킷을 보냄
while True:
msg = input('msg:')
socket.sendall(msg.encode(encoding='utf-8'))
data = socket.recv(100)
msg = data.decode()
print('echo msg:', msg)
if msg == '/end':
break
socket.close()
3. 여러 클라이언트가 에코서버에 접속할 수 있도록 서버프로그램을 수정
- 쓰레드 활용
- 접속하는 클라이언트마다 소켓을 오픈하고 쓰레드에 담아 각각 동시에 실행할 수 있도록 함.
# 여러 클라이언트가 접속 가능한 서버 프로그램
import socket, time, threading
def f1(soc): # 클라이언트 소켓(soc)을 parameter로 사용
while True:
data = soc.recv(100)
msg = data.decode()
print('recv msg:', msg)
soc.sendall(msg.encode(encoding='utf-8'))
if msg == '/end':
break
def main():
host = 'localhost'
port = 3333
# 서버소켓 오픈
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
server_socket.bind((host, port))
# 클라이언트 접속 준비 완료
server_socket.listen()
print('echo server start')
# 접속대기 반복(여러 클라이언트)
while True:
client_soc, addr = server_socket.accept() # 접속대기
# 클라이언트 연결 시, 1:1 통신소켓을 오픈 +쓰레드에 전달/실행
th = threading.Thread(target=f1, args=(client_soc,))
th.start()
print('connected client addr:', addr)
time.sleep(5)
print('서버 종료')
server_socket.close()
main()
echo server start
connected client addr: ('127.0.0.1', 49800)
recv msg: ASD
recv msg: /end
Leave a comment