간단한 socket 상태 변화 예제
// simple_srv.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char **argv) {
int sockfd;
struct sockaddr_in sockaddr;
sockaddr.sin_family = AF_INET;
sockaddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
sockaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(struct sockaddr_in)) == -1) {
fprintf(stderr, "bind() error: %s\n", strerror(errno));
close(sockfd);
exit(1);
}
if (listen(sockfd, 1) == -1) {
fprintf(stderr, "listen() error: %s\n", strerror(errno));
close(sockfd);
exit(1);
}
int clifd;
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t socklen = sizeof(struct sockaddr_in);
clifd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &socklen);
if (clifd == -1) {
fprintf(stderr, "accept() error: %s\n", strerror(errno));
close(clifd);
exit(1);
}
#define BUFFER_SIZE 1024
char buf[BUFFER_SIZE];
int recvsize;
recvsize = recv(clifd, buf, BUFFER_SIZE - 1, 0);
if (recvsize == -1) {
fprintf(stderr, "recv() error: %s\n", strerror(errno));
close(clifd);
close(sockfd);
exit(1);
}
buf[recvsize] = '\0';
fprintf(stdout, "%s", buf);
fflush(stdout);
int sendsize;
sendsize = send(clifd, buf, recvsize, 0);
if (sendsize == -1) {
fprintf(stderr, "send() error: %s\n", strerror(errno));
close(clifd);
close(sockfd);
exit(1);
}
close(clifd);
close(sockfd);
return 0;
}
// simple_cli.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char **argv) {
int sockfd;
struct sockaddr_in sockaddr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
sockaddr.sin_family = AF_INET;
sockaddr.sin_port = htons((short)atoi(argv[2]));
sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
socklen_t socklen = sizeof(struct sockaddr_in);
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&sockaddr, socklen) == -1) {
fprintf(stderr, strerror(errno));
close(sockfd);
exit(1);
}
#define BUFFER_SIZE 1024
int buf[BUFFER_SIZE];
int sendsize;
sendsize = send(sockfd, argv[3], strlen(argv[3]), 0);
if (sendsize == -1) {
fprintf(stderr, "send() error: %s\n", strerror(errno));
close(sockfd);
exit(0);
}
int recvsize;
recvsize = recv(sockfd, buf, BUFFER_SIZE - 1, 0);
if (recvsize == -1) {
fprintf(stderr, "recv() error: %s\n", strerror(errno));
close(sockfd);
exit(1);
}
buf[recvsize] = '\0';
fprintf(stdout, "%s", buf);
close(sockfd);
return 0;
}
실행 예)
Server
$ ./simple_srv 7777
Client
$ ./simple_cli 127.0.0.1 7777 'Echo This!!!'
Server
$ ./simple_srv 7777
Echo This!!!
Client
$ ./simple_cli 127.0.0.1 7777 'Echo This!!!'
Echo This!!!
먼저 simple_srv를 실행하면 Command Argument로 지정한 포트를 열고 접속을 기다린다. simple_cli로 접속 Destination IP,Port를 주고 전송할 메세지를 주고 실행하면 Destination으로 메세지를 전송한다.
simple_srv는 전송 받은 메세지를 자신의 stdout에 한번 뿌려주고, 받은 내용을 그대로 되돌려준다. simple_cli에서는 되돌려 받은 메세지를 자신의 stdout에 출력하고 종료한다.
$ gdb simple_srv -ex 'set args 7777'
(gdb) break main
(gdb) run
(gdb) advance 29
(gdb) n
bash
$ netstat -anpt --listen | grep 7777
tcp 0 0 0.0.0.0:7777 0.0.0.0:* LISTEN 10248/simple_srv
simple_srv와 simple_cli를 gdb에 물려서 socket이 생성되고 닫히는 과정을 관찰 할 수 있다.
먼저 simple_srv를 listen() 함수 호출을 하고 멈춘 상태에서 netstat 커맨드로 확인을 해보면, 7777포트가 열린 것을 확인 할 수 있다.
$ gdb simple_cli -ex 'set args 127.0.0.1 7777 "Echo This"'
(gdb) break main
(gdb) run
(gdb) advance 26
(gdb) n
bash
$ netstat -anpt --listen | grep 7777
tcp 1 0 0.0.0.0:7777 0.0.0.0:* LISTEN 10248/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:7777 127.0.0.1:36228 ESTABLISHED -
tcp 0 0 127.0.0.1:36228 127.0.0.1:7777 ESTABLISHED 10481/simple_cli
simple_cli를 connect() 함수 까지만 실행하고 멈춰있는 상태에서 netstat을 해보면 “ESTABLISHED” 상태인 Connection이 두 개가 있다. 하나는 딱 봐도 simple_cli에서 사용하는 Connection인데, 하나는 “-“으로 나와있다.
Linux 2.2 부터는 accept() 하기전에 “ESTABLISHED”가 된다고 한다. “tcp” 다음 열에 “1”이 아직 accept() 되지 않은 Connection의 개수.
아무튼 그래서 simple_cli입장에서는 Connection이 맺어진 상태인거고. simple_srv입장에서는 아직 accept()를 안했기 때문에 주인이 없는 Connection처럼 보인다.
accept()를 하면 어떻게 되는지 보자.
simple_srv gdb 세션
(gdb) advance 40
(gdb) n
bash
netstat -anpt --listen | grep 7777
tcp 0 0 0.0.0.0:7777 0.0.0.0:* LISTEN 10248/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:7777 127.0.0.1:36228 ESTABLISHED 10248/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:36228 127.0.0.1:7777 ESTABLISHED 10481/simple_cli
accept()를 했더니 “1”이 “0”으로 바뀌었다. 그리고 주인 없이 “-“로 보이던 Connection이 “10248/simple_srv”로 바뀌었다.
이제는 simple_cli에서 메세지를 던져보자.
simple_clie gdb 세션. 마지막으로 실행된 connect() 다음이 바로 send()라서 그냥 "n" + <Enter> 치면 된다.
(gdb) n
bash
$ netstat -anpt --listen | grep 7777
tcp 0 0 0.0.0.0:7777 0.0.0.0:* LISTEN 10248/simple_srv
tcp 9 0 127.0.0.1:7777 127.0.0.1:36228 ESTABLISHED 10248/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:36228 127.0.0.1:7777 ESTABLISHED 10481/simple_cli
simple_cli에서 send()를 하면 “Echo This”가 simple_srv로 전송이된다. netstat 결과 처럼 simple_srv의 Connection에 “Recv-Q”에 9바이트가 들어가 있다. Network로 데이터가 전송되도 받아줘야하는 프로그램에서 바로 받아 줄 수 없기 때문에 “Recv-Q”라는 메모리에 일단 넣어 놓게 된다. 보통은 데이터가 들어오면 바로바로 받아 주기 때문에 “Recv-Q”가 “0”이 아니라면 받아주는 Process가 정상이 아닐 가능성이 크다.
simple_srv 같은 경우도 debugger에 물려서 recv() 함수 호출이 안되서 “Recv-Q”가 증가한거다. gdb에서 recv()까지 하면 어떻게 되는지 함 보자.
simple_srv gdb 세션.
(gdb) advance 53
(gdb) n
(gdb) printf "%s\n", buf
Echo This
bash
$ netstat -anpt --listen | grep 7777
tcp 0 0 0.0.0.0:7777 0.0.0.0:* LISTEN 10248/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:7777 127.0.0.1:36228 ESTABLISHED 10248/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:36228 127.0.0.1:7777 ESTABLISHED 10481/simple_cli
recv() 함수가 실행되면, “Recv-Q”가 다시 0으로 돌아온다. gdb에서 buf에 들어온 내용물을 보면 simple_cli에서 보내준 “Echo This”가 있다.
이제는 simple_srv가 simple_cli한테 자신이 받은 메세지를 그대로 돌려줘보자.
simple_srv gdb 세션
(gdb) advance 67
(gdb) n
bash
$ netstat -anpt --listen | grep 7777
tcp 0 0 0.0.0.0:7777 0.0.0.0:* LISTEN 10248/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:7777 127.0.0.1:36228 ESTABLISHED 10248/simple_srv
tcp 9 0 127.0.0.1:36228 127.0.0.1:7777 ESTABLISHED 10481/simple_cli
simple_cli gdb 세션
(gdb) advance 47
(gdb) n
bash
$ netstat -anpt --listen | grep 7777
tcp 0 0 0.0.0.0:7777 0.0.0.0:* LISTEN 10248/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:7777 127.0.0.1:36228 ESTABLISHED 10248/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:36228 127.0.0.1:7777 ESTABLISHED 10481/simple_cli
이번에는 simple_cli의 Recv-Q에 9바이트가 들어있다. 그리고 simple_cli에서 recv()를 해주면 없어진다.
마지막으로 통신이 끝났으면 Connection을 닫아 줘야한다.
simple_srv gdb 세션
(gdb) advance 76
simple_cli gdb 세션
(gdb) advance 58
(gdb) n
bash
# netstat -antp --listen | grep 7777
tcp 0 0 0.0.0.0:7777 0.0.0.0:* LISTEN 17247/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:37586 127.0.0.1:7777 FIN_WAIT2 -
tcp 1 0 127.0.0.1:7777 127.0.0.1:37586 CLOSE_WAIT 17247/simple_srv
simple_srv gdb 세션
(gdb) n
bash
# netstat -antp --listen | grep 7777
tcp 0 0 0.0.0.0:7777 0.0.0.0:* LISTEN 17247/simple_srv
tcp 0 0 127.0.0.1:37586 127.0.0.1:7777 TIME_WAIT -
먼저 simple_cli에서 close()를 호출하면 simple_cli의 Connection이 FIN_WAIT2 상태가 된다. (그전에 FIN_WAIT1 상태는 순식간에 지나가서 보기 힘들다.)
TCP State 변화 과정
TCP State 변화 과정을 간략하게 그려보면 아래와 같다. 더 자세하고 정확한 내용은 Google(TCP State, TCP FSM, etc).
Connection 과정
TCP Connection Establishment 과정
simple_cli에서 connect() 함수를 호출하면 Three-Way Handshake를 한다. SYN과 ACK이 있는데, SYN을 보내면 받는 쪽에서 ACK을 보내준다. SYN을 보냈을 때 ACK이 돌아 오지 않으면 “아 네트워크 어딘가에서 연결이 안되는 구나”라는 걸 알 수 있다. 먼저 simple_cli에서 SYN을 보내면 simple_srv에서 SYN+ACK을 보낸다. simple_srv가 ACK만 보내지 않고 SYN+ACK을 보내는 이유는 ACK만 보낼 경우 내가 보낸 ACK이 진짜 simple_cli까지 도달했는지 알 방법이 없기 때문이다. 그래서 SYN+ACK을 보내고 simple_cli에서 ACK이 돌아온 경우 양방향 통신이 가능하다고 확신 할 수 있다.
Close 과정
TCP Connection Closing 과정
그림은 simple_cli가 먼저 close()를 시작한 경우지만 simple_srv가 먼저 했다면 그냥 좌우만 바꾸면 된다. close()가 동시에 시작된 경우는 Google.