[채팅 프로그램] 클래스 ServerSocket과 Socket + TCP 소켓

처음 OSI 7계층이나 TCP/IP 프로토콜을 공부하다 보면 데이터가 전송되는 큰 흐름이 무엇인지 이해하게 된다. 전송 흐름은 아주 간단하다. 클라이언트가 보낸 요청이 애플리케이션 계층을 시작으로 전송계층, 인터넷 계층, 네트워크 액세스 계층을 거쳐서 데이터 덩어리로 만들어지고, 이를 상대 서버에 보내면 거꾸로 네트워크 액세스 → 인터넷 → 전송 → 애플리케이션 계층을 거치면서 데이터 덩어리의 포장을 풀게 된다.  

 

이 흐름을 보면서 가장 궁금했던 건 "각 계층 간에 데이터를 어떻게 주고 받는지"였다. 정확히는 애플리케이션 계층에서 전송 계층으로 혹은 전송 계층에서 애플리케이션 계층으로 정보를 어떻게 보내주는지가 궁금했다.

하나의 서버에 A, B, C 등 여러 개의 애플리케이션이 수행되고 있을 수 있는데 A 애플리케이션에 대한 요청은 어떠한 포트 번호로 들어오는지 얘네(컴퓨터 혹은 프로그램)가 어떻게 알지? 하나의 서버에 하나의 애플리케이션만 수행된다고 하더라도 어찌됐든 지정된 포트번호로 들어온 요청만 받아야 할 텐데 대체 애플리케이션들은 자기와 연동된 포트번호가 뭔지 어떻게 알고 응답을 주는 거지? 싶었다. 

 

그렇게 며칠을 계속 여러 키워드로 검색하다가 외국 사이트에서 Socket이라는 단어를 언급한 걸 우연히 봤다. 혹시나 하는 마음에 찾아보니까 내가 궁금해한 부분을 담당하는 게 바로 TCP 소켓이었다. 어찌나 허탈했는지 ㅎㅎ,,,소켓이 뭔지 대애충만 알고 있고, 보통 스프링부트로 개발을 하니까 이러한 자질구레한 설정들은 생각할 필요가 없었기 때문에 이렇게 무지했던 것 같다. 

출처 : https://ppt-online.org/20729

 

 

여튼 요약하자면 TCP 소켓은 클라이언트-서버 간 통신에서 전송계층과 애플리케이션 계층 사이에서 데이터를 전달해주는 창구 역할을 한다. 

 

참고로 아래 예제와는 전혀 상관없지만

HTTP 프로토콜을 준수한 프로그램들도 결국 소켓을 이용한 통신을 하고 있다. 사실 100프로 자신은 없는데, 결국 HTTP도 TCP 위에서 작동하는 프로토콜이면 TCP 소켓을 사용할 수 밖에 없지 않을까..? 

내가 좀 헷갈렸던 부분은 HTTP의 특성으로 connectionless와 stateless를 꼽는데, TCP는 connection oriented라서 TCP 소켓 통신과 HTTP 애플리케이션들은 뭔가 안 맞는다 생각했다. 그런데 통로(소켓 통신)는 일단 뚫어놓고, 실제 데이터를 전달하는(HTTP) 매개자를 한번 쓰고 버리는 것이라 생각하면 또 그렇게 이상하진 않아서ㅎ,,,일단 그렇게 이해하기로 했다. 

나랑 비슷한 고민을 한 사람이 있는데, 답변자의 말을 백프로 이해는 못하겠지만 얼추 어떤 느낌인지는 알 것 같다.

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클래스 ServerSocket : 서버 측 소켓

서버에서는 특정 번호의 포트를 열어놓고, 클라이언트의 요청을 기다리고 있어야 한다. 이 출입구의 역할을 하는 클래스가 ServerSocket이다. 생성은 아래와 같이 new ServerSocket(포트번호)로 간단히 할 수 있다. ServerSocket 클래스 내부에서 객체 생성 시 bind() 메소드를 호출하고 있기 때문에, 별도로 바인딩 작업을 할 필요는 없다. 참고로 5000번 포트로 요청이 들어왔을 때, 이 요청 정보를 A 애플리케이션에 보낼 수 있도록  A애플리케이션과 5000번 포트 를 매핑하는 것이 바인딩 작업이다.  그리고 만약에 0을 파라미터로 입력하면 랜덤으로 포트번호를 지정받게 되는데, 클라이언트 측이면 몰라도 서버 측의 포트 번호를 랜덤하게 지정할 일이 있을까 싶다. 

파라미터로 포트번호를 넣어서 ServerSocket을 생성할 수 있다. 

실제로 해당 포트에 연결요청이 들어왔을 때, 이를 수락하는 메소드는 accept() 메소드다. 일단 accept() 메소드를 실행하게 되면, 클라이언트가 연결을 요청하기 전까지는 블로킹된다.  아래 코드를 실행하면 serverSocket.accept() 이후의 코드는 출력되지 않는다. 한 마디로 연결요청이 들어올 때까지 대기타고 있다고 생각하면 된다. 

accept() 메소드를 호출하여 클라이언트로부터 요청이 들어오기를 대기하고 있다.

accept 메소드 이전의 문구는 출력되었지만, 이후에 작성한 코드는 출력되지 않는다

 

클래스 Socket : 클라이언트 측 소켓

서버 측 소켓이 특정 번호(ex.5000)의 포트 문을 지키고 있는 문지기라면,  Socket 클래스는 목적지 주소를 가지고 있는 보부상이라고 생각하면 된다.

ServerSocket과 마찬가지로 new Socket(서버 IP 주소, 서버 포트 번호)를 통해 소켓 생성과 동시에 연결 요청을 할 수 있다. 만약 소켓만 생성하고 연결 요청은 나중에 하고 싶다면 connect() 메소드를 사용하면 된다. 대신 이때 파라미터로 InetSocketAddress 객체를 넘겨주어야 한다. 첫 번째 방법을 사용하면 Socket 클래스의 내부 코드에서 해당 객체를 생성한다. 

// 첫 번째 방법 : 소켓 생성과 동시에 서버로 연결 요청 
Socket socket = new Socket("localhost", 5001);

// 두 번째 방법 : 소켓 생성 이후에 따로 연결 요청
Socket socket = new Socket();
socket.connect(new InetSocketAddress("localhost", 5001);

[Socket 클래스 코드] 첫 번째 방법의 경우, 내부에서 InetSocketAddress 객체를 만든다 

 

ServerSocket과 마찬가지로 Socket도 connect() 메소드를 실행하게 되면, 서버와 연결이 맺어지기 전까지는 블로킹된다.  ServerSocket처럼 connect() 이후의 코드가 실행되지 않는 걸 테스트해보고 싶은데, 꽤 빠른 시간 안에 Connection refused 에러 메세지가 떠서  확인은 못했다. 

connect() 메소드를 호출하여 서버로 연결되기를 대기하고 있다.

new Socket 이후의 코드는 실행되지 않고, ConnectException이 발생한다 

 

ServerSocket과 Socket을 통한 통신 

서버 소켓과 클라이언트 소켓을 모두 이용해서 실제로 연결이 맺어지는지 간단히 확인해봤다. 

서버 소켓을 포트 50001번에 맞춰서 열어놓고, 클라이언트 소켓은 서버의 50001번 포트로 연결 요청하도록 설정해놓았다. 서버 프로그램부터 먼저 실행한 다음에 클라이언트 프로그램을 실행했다. 잘 연결된다!

 

Server측

 

Client측

 

결과 

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소켓에 대해 더 알고 싶다면 

- https://manzanit0.github.io/networks/2018/11/09/sockets-explained.html

- http://jkkang.net/unix/netprg/chap2/net2_1.html

- https://on1ystar.github.io/socket%20programming/2021/03/16/socket-1/