소켓을 작성한다. - [Ch 02. TCP/IP의 데이터를 전기 신호로 만들어 보낸다.]

  이전 장(Ch 01. 웹 브라우저가 메시지를 만든다.)에서는 아래의 내용을 살펴보았다.

1. URL을 해독하고,
2. HTTP 리퀘스트 메시지를 만들고,
3. 메시지를 송신하도록 OS에 의뢰한다.

 

  이번 장(Ch 02. TCP/IP의 데이터를 전기 신호로 만들어 보낸다.)에서는 OS에 내장된 프로토콜 스택에 어떻게 송신을 의뢰하는지에 대해서 알아보자.

  이전 장에서 알아본 메시지 송신 과정을 프로토콜 스택 내부의 움직임을 통해 살펴볼 것이다.

 

  데이터 송·수신 동작은 아래의 4단계가 있다.

1. 소켓 작성 단계
2. 접속 단계
3. 송·수신 단계
4. 연결 끊기 단계

  이번 글에서는 1단계인 '소켓 작성 단계'에 대해서 자세히 알아보자.

 

📙 1. 프로토콜 스택의 내부 구성

  프로토콜 스택의 내부는 그림과 같이 역할이 서로 다른 몇 부분으로 나누어져 있다. 상하 관계는 작업을 의뢰하는 쪽이 위에 있고 작업을 의뢰받는 쪽이 아래에 있다.

  그러나 상하 관계가 확실하지 않거나 역전되는 경우도 있으므로 상하 관계를 엄밀히 생각할 필요는 없다. 각각의 구성요소를 하나씩 살펴보자

🔎 1. 네트워크 애플리케이션

• 브라우저, 메일러(메일을 읽고 쓰는 소프트웨어), 웹 서버, 메일 서버 등의 프로그램이 여기에 해당한다.
• 이 지점부터 데이터 송·수신 등의 일을 아래쪽에 의뢰한다.

🔎 2. Socket 라이브러리

• Socket 라이브러리 안에는 리졸버가 있고, 이것이 DNS 서버에 조회하는 동작을 실행한다.

🔎 3. TCP/UDP

• TCP 또는 UDP가 애플리케이션에서 보낸 의뢰를 받아 송·수신 동작을 실행한다.
• TCP는 브라우저나 메일 등의 일반적인 애플리케이션이 데이터를 송·수신할 경우에 사용한다.
• UDP는 DNS 서버에 대한 조회 등에서 짧은 제어용 데이터를 송·수신할 경우에 사용한다.

🔎 4. IP

• IP 프로토콜을 사용하여 패킷 송·수신 동작을 제어하고 패킷을 통신 상대까지 운반한다.
• IP 안에는 ICMP와 ARP라는 프로토콜을 다루는 부분이 포함되어 있다.
• ICMP는 패킷을 운반할 때 발생하는 오류를 통지하거나 제어용 메시지를 통지할 때 사용한다.
• ARP는 IP 주소에 대응하는 이더넷의 MAC 주소를 조사할 때 사용한다.

🔎 5. LAN 드라이버

• LAN 어댑터의 하드웨어를 제어한다.

🔎 6. LAN 어댑터

• 실제 송·수신 동작, 즉 케이블에 대해 신호를 송·수신하는 동작을 수행한다.

 

 

📙 2. 소켓의 실체는 통신 제어용 제어 정보

  데이터 송·수신의 중요한 역할을 하는 소켓에 대해 알아보자.

 

소켓의 내용을 화면에 표시한 것

  프로토콜 스택은 내부에 제어 정보를 기록하는 메모리 영역을 가지고 있으며, 여기에 통신 동작을 제어하기 위한 제어 정보를 기록한다. '통신 상대의 IP 주소는 무엇인가, 포트 번호는 몇 번인가, 통신 동작이 어떤 진행 상태에 있는가'하는 정보를 기록한다.

  소켓은 개념적인 것이라서 실체가 없다. 그래서 이 제어 정보가 소켓의 실체라고도 할 수 있다. (제어 정보를 기록한 메모리 영역이 소켓의 실체라고 생각해도 된다.)

 

  프로토콜 스택은 제어 정보를 참조하면서 동작한다. 예를 들어, 제어 정보의 '경과 시간'을 통해 송신 동작을 실행한 후 어느 정도 시간이 경과하면 없어진 데이터를 다시 보내는 동작을 수행한다.

 

 

📙 3. Socket을 호출했을 때의 동작

  Ch 01에서는 소켓을 작성할 때 Socket 라이브러리의 socket이라는 프로그램 부품만 호출하면 된다고 이해를 했다.

  이번에는 socket이나 connect라는 Socket 라이브러리의 프로그램 부품을 호출했을 때 프로토콜 스택의 내부가 어떻게 움직이는지 살펴보자.

  socket을 호출하면 프로토콜 스택은 한 개의 소켓을 만든다. 이때 프로토콜 스택이 최초로 하는 일은 소켓 한 개 분량의 메모리 영역을 확보하는 것이다.

  소켓의 제어 정보를 기록하는 메모리 영역은 처음부터 존재하는 것이 아니므로 먼저 그것을 확보해 두어야 한다.

 

  소켓이 만들어지면 소켓을 나타내는 디스크립터를 애플리케이션에게 알려준다. (디스크립터란 프로토콜 스택의 내부에 있는 다수의 소켓 중 어느 것을 가리키는지를 나타내는 번호표와 같은 것이다.)

 

write<디스크립터>, <송신 데이터>, <송신 데이터 길이>);

  디스크립터를 받은 애플리케이션은 이후 프로토콜 스택에 데이터 송·수신 동작을 의뢰할 때 디스크립터를 통지한다.

  소켓에는 누구와 누가 통신하고 있는지, 그리고 그것이 어떤 상태로 있는지 등의 정보가 전부 기록되어 있으므로 디스크립터가 어느 소켓인지를 나타내면 필요한 정보는 전부 프로토콜 스택 쪽에서 알 수 있기 때문이다.

  그러면 프로토콜 스택이 애플리케이션으로부터 통신 상대의 정보를 일일이 받는 것이 아니라 디스크립터만 받으면 된다.

 

해당 글은 Tsutomu Tone 님의 '성공과 실패를 결정하는 1%의 네트워크 원리'를 참고하였습니다.