[Network] Chapter5 - 소켓 옵션

in Study on Network

  • 여기서는 네트워크 장비인 라우터가 멀티캐스트 기능을 지원해주는 환경에서..

  • 서버의 역할을 대신 해주는 역할을 해주는 그룹채팅의 클라이언트!

  • 라우터로 하여금 그룹채팅을 할 수 있게 하려면, 소켓의 옵션을 설정해서 그런 기능을 요청하게 된다.

  • 멀티캐스트 외에도 소켓 옵션을 통해서 여러 기능들을 할 수 있다!

  • 오늘은 멀티캐스트와 관련된 옵션 중심으로!


소켓 옵션 변경

int setsockopt(int s, int level, int opt, const char *optval, int optlen);
int getsockopt(int s, int level, int opt, const char *optval, int *len);
  • s : 소켓번호
  • level : 프로토콜 레벨
    • SOL_SOCKET : 소켓의 일반적인 옵션 변경
    • IPPROTO_IP : IP 프로토콜에 관한 옵션 변경
    • IPPROTO_TCP : TCP에 관한 옵션 변경
  • opt : 사용하고자 하는 옵션
  • optval : 옵션 지정에 필요한 값의 포인터
  • optlen : optval의 크기


옵션 레벨

  • SOL_SOCKET : 소켓 레벨의 옵션을 변경
  • IPPROTO_IP : IP 레벨의 옵션을 변경
  • IPPROTO_TCP : TCP 레벨의 옵션을 변경


SOL_SOCKET 레벨의 옵션

  • SO_BROADCAST : 방송형 메시지 전송 허용
  • SO_DEBUG : DEBUG 모드를 선택
  • SO_REUSEADDR : 주소 재사용 선택
  • SO_LINGER
    • 소켓을 닫을 때 미전송된 데이터가 있어도 지정된 시간만큼 기다렸다가 소켓을 닫음
  • SO_KEEPALIVE : TCP의 keep-alive 동작 선택
  • SO_OOBINLINE : OOB 데이터를 일반 데이터처럼 읽음
  • SO_RCVBUF : 수신버퍼의 크기 변경
  • SO_SNDBUF : 송신버퍼의 크기 변경


IPPROTO_IP 레벨의 옵션

  • IP_TTL – Time To Live 변경
  • IP_MULTICAST_TTL – 멀티캐스트 데이터그램의 TTL 변경
  • IP_ADD_MEMBERSHIP – 멀티캐스트 그룹에 가입
  • IP_DROP_MEMBERSHIP – 멀티캐스트 그룹에서 탈퇴
  • IP_MULTICAST_LOOP – 멀티캐스트 데이터그램의 loopback 허용 여부
  • IP_MULTICAST_IF – 멀티캐스트 데이터그램 전송용 인터페이스 지정


IPPROTO_TCP 레벨의 옵션

  • TCP_KEEPALIVE – keep-alive 확인 메시지 전송 시간 지정
  • TCP_MAXSEG – TCP의 MSSS(최대 메시지 크기) 지정
  • TCP_NODELAY – Nagle 알고리즘의 선택


소켓 옵션 변경 예제

int ttl, optlen;

getsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_TTL, &ttl, &optlen);
printf(“TTL = %d\n”, ttl);

ttl=32;
setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_TTL, &ttl, sizeof(ttl));
printf(“TTL = %d\n”, ttl);
  • setting 되어있는 TTL 값을 읽어오고, 새로운 값으로 세팅하는 예제


5.2 소켓 옵션 종류


소켓 옵션의 종류 - SO_KEEPALIVE

  • SO_KEEPALIVE
    • TCP 연결이 정상적으로 지속되고 있는지를 주기적으로 확인하는 기능
    • 이 옵션이 셋트되어 있으면 TCP는 확인시간(예:2시간) 동안 데이터 송 수신이 없을 때 TCP 연결이 살아 있는지 물어보는 질문(keep alive prove)를 전송
  • Keep Alive Prove의 세 가지 응답
    • 상대방이 ACK를 보낸다.
      • TCP 연결이 정상적으로 동작
    • 상대방이 RST 에러를 보낸다.
      • 상대방 호스트가 꺼진 후 재부팅 된 상태
      • TCP는 소켓을 닫으며 에러코드는 ECONNRESET
    • 아무 응답이 없다.
      • 질문을 몇 번 더 보내본 후 연결 종료
      • 버클리 유닉스의 경우 75초 간격으로 8번의 질문 후 종료(ETIMEDOUT)
    • 중간 라우터의 응답
      • ICMP(host unreachable error, network unreachable error)
        • EHOSTENREACH, ENETURNREACH가 리턴


소켓 옵션의 종류 - SO_LINGER

  • SO_LINGER
    • close() 호출시 송신버퍼에 데이터가 남아 있어도 close()는 즉시 리턴 되고 TCP는 이 데이터를 모두 전송한 후 실제 연결을 종료
    • close() 함수가 리턴한 시점에서 모든 데이터가 전송된 것을 보장하지 는 않음
    • SO_LINGER 옵션은 close()를 호출한 후 상대방에서 정상적으로 종료 절차가 이루어 졌는지를 확인하기 위해 사용
      • close()는 지정한 linger 시간 동안 또는 정상 종료시까지 블록됨
      • 정상 종료전에 linger 시간이 타임아웃되면 ETIMEDOUT 에러 발생
    • 4-way handshake
      • FIN, ACK, FIN, ACK의 순서로 동작
      • 호스트 A가 B로 데이터 전송 후 close()를 호출한 시점에서 B가 모든 데이터를 읽었다고 확신할 수 없음


소켓 옵션의 종류 - SO_RCVBUF, SO_SNDBUF

TCP, UDP는 송신버퍼와 수신버퍼를 가짐
– TCPdml 경우 write() 호출시 데이터를 송신 버퍼로 복사 – 데이터가 송신버퍼에 모두 복사되면 시스템이 데이터를 전송 – 전송 데이터는 유지하고 있다가 ACK를 수신 후 삭제 – 송신버퍼가 가득차면 write()는 블록됨 – 송신/수신버퍼의 크기를 사용자가 지정할 수 있음
• SO_SNDBUF – 송신 버퍼의 크기 확인 및 지정
• SO_RCVBUF – 수신 버퍼의 크기 확인 및 지정
• 송신/수신 버퍼의 크기 지정 방법
– 3-way handshake 후에는 버퍼 크기 변경이 불가
• 서버의 경우 listen() 호출 이전에 설정
• 클라이언트의 경우 connect() 호출 이전에 설정


소켓 옵션의 종류 - 우리가 쓸 SO_REUSEADDR

  • 동일한 소켓주소를 여러 프로세스 또는 한 프로세스 내의 여러 소켓 에서 중복 사용을 허용

    • 기본적으로 한 호스트 내에서는 같은 포트번호의 중복 사용이 불가
    int set = 1;
setsockopt(udp_내차1, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void*)&set, sizeof(int));

  • 소켓주소 재사용 옵션이 필요한 경우

    • TIME-WAIT 상태에서의 주소 재사용
      • ACTIVE CLOSE상태의 호스트는 TIME-WAIT 상태를 가지며 포트번호를 중복하여 사용할 수 없음
    • 자식 프로세스가 서버인 경우
      • 부모 프로세스가 종료된 후 다시 시작하면 포트번호 사용중 에러가 발생
      • 소켓 주소 재사용 옵션은 bind() 호출 이전에 설정해야 함
    • 멀티홈 서버의 경우
      • 호스트가 두개 이상의 IP주소를 가지며 같은 포트번호를 사용해야 하는 경우가 있음
    • 완전 중복 바인딩
      • 동일한 IP주소와 포트번호를 중복하여 bind()하는 것, UDP에서만 가능


5.3 멀티캐스트 프로그래밍

  • 앞선 구현의 경우, 클라이언트의 수 만큼 메시지 개수를 증가시켰다!!
  • 하지만 라우터를 통해서 하게 되면 네트워크의 로드를 줄여줄 수 있다!!


  • 멀티캐스트
    • 하나의 데이터그램을 다수의 호스트로 동시에 전송
      • 하나의 데이터그램은 네트워크 내에서 복제되어 다수의 호스트로 전송
    • LAN 뿐만 아니라 인터넷에 연결되어 있는 모든 호스트에 가능
    • 호스트는 해당 멀티캐스트 그룹에 가입되어 있어야 함
  • 멀티캐스트 그룹
    • 멀티캐스트 데이터그램을 수신하고자 하는 호스트들의 집합
    • 클래스 D의 IP주소를 그룹 주소로 사용
      • 224.0.0.0부터 239.255.255.255 사이의 값을 가짐
    • 해당 그룹 주소를 목적지로 하여 UDP 데이터그램을 전송
    • 중간 라우터가 MRP(Multicast Routing Protocol)을 지원해야 함

서버가 했던 멤버쉽 관리를 라우터가 해줘야한다!!

소켓 옵션 지정

  • 멀티캐스트와 관련된 소켓 옵션

    • IP_ADD_MEMBERSHIP : 그룹에 가입
    • IP_DROP_MEMBERSHIP : 그룹에서 탈퇴
    • IP_MULTICAST_LOOP : 멀티캐스트 패킷의 loopback 허용 여부
    • IP_MULTICAST_TTL : 패킷의 TTL값 지정
    • IP_MULTICAST_IF : 패킷 전송을 위한 인터페이스 지정

  • 멀티캐스트 그룹 가입/탈퇴

    • ip_mreq 구조체를 사용
    struct ip_mreq {
	struct in_addr imr_multiaddr;
	struct in_addr imr_interface; // 자신의 인터페이스(IP주소)
}


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