[ubuntu] 소켓 통신 데이터 전송 및 저장

📁 소켓 통신이란?

우선 소켓은 두 개의 컴퓨터(엔드포인트)를 연결하는 통로를 의미하며 두 개의 컴퓨터는 이를 통해 네트워크가 형성된다.
위 상태에서 데이터를 주고 받는 통신을 하는 것을 소켓 통신이라고 부른다.
소켓 통신은 연결 지향형 통신인 TCP와 비연결 지향 통신인 UDP가 있다.

📁 소켓 통신 과정

사용자가 구글에 무언가를 검색할 때를 예시로 들면 통신 과정은 다음와 같다.

서버 측 (Google 서버 PC)

1. socket() 함수를 통해 소켓을 생성
2. bind() 함수를 통해 소켓에 IP 주소와 포트 번호를 할당하여 클라이언트가 서버에 연결할 수 있게 함 
3. listen() 함수를 통해 클라이언트의 연결 요청을 기다림
4. accept() 함수를 통해 클라이언트의 연결 요청을 수락하고, 다른 클라이언트의 소켓과 통신할 수 있는
   새로운 소켓을 생성 

클라이언트 측 (웹 브라우저 - 크롬)

1. socket() 함수를 통해 소켓을 생성
   (※ 하나의 컴퓨터에 여러 소켓이 존재할 때 구분짓기 위해 포트 번호를 다르게 하여 생성하고
        서버 소켓 에서는 포트 번호를 확인 후 구분하여 바인딩 함)
2. connect() 함수를 통해 서버 소켓에 연결을 시도
3. send() 함수를 통해 서버에 데이터(입력한 검색어)를 전송
4. recv() 함수를 통해 서버로부터 데이터(검색 결과)를 수신
5. close 함수를 통해 통신이 끝나면 소켓을 닫음

소켓 통신의 구체적인 네트워크 내용(e.g. TCP, UDP)은 아래 링크에 따로 정리하였습니다.  

 https://toby12.tistory.com/4  

네트워크

 

📁 실습 목표

1. 소켓 통신을 이용한 파일 전송 프로그램 작성
   
   • 서버 
     클라이언트로부터 받은 데이터를 서버를 구동시킬 때 생성 또는 열거한 파일에 저장함
   • 클라이언트 
     선택한 파일에서 데이터를 읽어 서버에 전송
2. make 파일로 빌드
3. server, client 프로그램 실행   
4. 서버에 전달한 데이터 저장됨 확인

📁 실습 결과

Ubuntu 환경에서 파일 작성하였으며 따로 git에 업로드 하지 않았습니다.

소켓 통신을 이용한 파일 전송 프로그램 작성

1. client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

void error_handling(char *message);

int main(int argc, char* argv[])
{
    int sock;  // 소켓 파일 식별자
    struct sockaddr_in serv_addr;  // 서버 소켓 주소 구조체
    char message[100];  // 데이터를 저장할 버퍼
    int str_len;  // 읽거나 쓴 데이터의 크기
    int rfd;  // 파일 읽기를 위한 파일 식별자

    // 매개변수가 부족한 경우 사용 방법 출력 후 종료
    if(argc != 4)
    {
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    // 파일을 읽기 모드로 열기
    rfd = open(argv[3], O_RDONLY);
    // 파일 열기 실패 시 에러 메시지 출력 후 종료
    if(rfd < 0)
    {
        perror("open()");
        error_handling("read() error");
    }
    // TCP 소켓 생성
    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    // 소켓 생성 실패 시 에러 메시지 출력 후 종료
    if(sock == -1)
        error_handling("socket() error");
    // 서버 소켓 주소 구조체 초기화
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    
    // 서버 주소 정보 설정
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    // 서버에 연결
    if(connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
        error_handling("connect() error!");
    do
    {
        // 파일에서 데이터를 읽어와서 버퍼에 저장
        str_len = read(rfd, message, sizeof(message));
        // 읽은 데이터가 없을 경우 반복문 탈출
        if(str_len == 0)
            break;
        // 읽은 데이터를 서버 소켓으로 전송
        write(sock, message, str_len);
    } while(1);
    // 클라이언트 소켓 닫은 후 종료
    close(sock);
    return 0;
}
// 에러 메시지 출력 후 프로그램 종료
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

2. server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock;                 // 서버 소켓 파일 식별자
    int clnt_sock;                 // 클라이언트 소켓 파일 식별자
    struct sockaddr_in serv_addr;  // 서버 소켓 주소 구조체
    struct sockaddr_in clnt_addr;  // 클라이언트 소켓 주소 구조체
    socklen_t clnt_addr_size;      // 클라이언트 주소 구조체의 크기
    char message[100];             // 데이터를 저장할 버퍼
    int str_len;                   // 읽거나 쓴 데이터의 크기
    int wfd;                       // 파일 쓰기를 위한 파일 식별자

    // 명령어 매개변수가 부족한 경우 사용 방법 출력 후 종료
    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage : %s <port> <file>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    // 파일을 쓰기 모드로 열기 (파일이 없으면 생성, 이미 있으면 내용을 모두 지우고 새로 생성)
    wfd = open(argv[2], O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY, 0644);

    // 파일 열기 실패 시 에러 메시지 출력 후 종료
    if(wfd < 0)
    {
        perror("error");
    }
    // TCP 소켓 생성
    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 소켓 생성 실패 시 에러 메시지 출력 후 종료
    if(serv_sock == -1)
        error_handling("socket() error");
        
    // 서버 소켓 주소 구조체 초기화
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));

    // 서버 주소 정보 설정
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    // 소켓에 주소 할당
    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
        error_handling("bind() error");
        
    // 연결 요청 대기 상태 진입
    if(listen(serv_sock, 5) == -1)
        error_handling("listen() error");

    // 클라이언트로부터 연결 요청이 올 때까지 대기
    clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);

    // 클라이언트 소켓 연결 실패 시 에러 메시지 출력 후 종료
    if(clnt_sock == -1)
        error_handling("accept() error");
    do
    {
        // 클라이언트 소켓으로부터 데이터를 읽어옴
        str_len = read(clnt_sock, message, sizeof(message));
        // 읽은 데이터가 없을 경우 반복문 탈출
        if(str_len <= 0)
            break;
        // 읽은 데이터를 파일에 쓰기
        write(wfd, message, str_len);
    } while(1);
    // 클라이언트 소켓과 서버 소켓 닫은 후 프로그램 종료
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    return 0;
}
// 에러 메시지 출력 후 프로그램 종료
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

make 파일로 빌드

1. makefile

# Makefile 변수 정의
CC := gcc    # 컴파일러 변수를 'gcc'로 설정

# 컴파일할 객체 파일들의 목록을 정의
OBJECTS_CLIENT = client.o
OBJECTS_SERVER = server.o
TARGET_CLIENT = client   # 빌드할 실행 파일의 이름을 'client'로 설정
TARGET_SERVER = server   # 빌드할 실행 파일의 이름을 'server'로 설정

# 빌드 규칙 정의
$(TARGET_CLIENT): $(OBJECTS_CLIENT)
	$(CC) -o $@ $(OBJECTS_CLIENT)  # 컴파일러를 사용하여 실행 파일 생성

$(TARGET_SERVER): $(OBJECTS_SERVER)
	$(CC) -o $@ $(OBJECTS_SERVER)  # 컴파일러를 사용하여 실행 파일 생성

# 일반적인 규칙 정의: 각 .c 파일은 해당하는 .o 파일로 컴파일됨
%.o: %.c
	$(CC) -c -o $@ $<     # 컴파일러를 사용하여 .c 파일을 .o 파일로 변환
    
# 'clean' 규칙 정의: 빌드된 파일들 제거
clean:
	rm -f *.o $(TARGET_CLIENT) $(TARGET_SERVER)    # 현재 디렉토리의 .o 파일 및 실행 파일 제거

 

2. 빌드 결과
빌드 결과 server.c 파일은 빌드되지 않고 client.c 파일만 빌드 되어
server.c 파일은 아래 명령어를 통해서 빌드 하였다.

sudo gcc -o server server.c

make 파일로 빌드 결과

gcc 명령어로 빌드 결과

server, client 프로그램 실행

1. server 프로그램 실행
사용할 port 번호 + 클라이언트로 받은 데이터 저장용 파일 선택
(※ 해당 경로에 파일이 존재할 경우 열거하고 없으면 빈 파일 생성)

server 프로그램 실행

2. 서버에 전달할 데이터 파일 생성

send.txt

3. client 프로그램 실행
서버 ip 주소 + 사용할 port 번호 + 서버에 데이터 전달용 파일 선택

client 프로그램 실행

 

서버에 전달한 데이터 저장됨 확인

데이터 저장용 파일에 데이터가 존재할 경우 삭제되고 클라이언트에게 받은 데이터가 저장됨 확인

데이터 저장 성공