[Java] Lecture - Day 19

🖥 Basic Java - Day 19

👉🏻 [Chapter 14] 자바 소켓 프로그래밍

TCP/IP

• TCP(Transmission Control Protocol)
  • 두 시스템 간에 신뢰성있는 데이터의 전송을 관장하는 프로토콜
  • 재전송에 의한 오류제어, 오더링, 흐름제어, 연결형 통신
  • 응용 프로그램
    • 이메일, FTP, HTTP
• UDP(User Datagram Protocol)
  • 재전송, 흐름제어가 없는 비연결형 통신
• IP(Internet Protocol)
  • 패킷 교환 네트워크에서 송신 호스트와 수신 호스트가 데이터를 주고받는 것을 관장하는 프로토콜

IP 주소

• 네트워크 상에서 유일하게 식별될 수 있는 컴퓨터 주소
  • 숫자로 구성된 주소
• 숫자로 된 주소는 기억하기 어려우므로 www.naver.com과 같은 문자열로 구성된 도메인 이름으로 바꿔 사용
  • DNS(Domain Name System)
    • 문자열로 구성된 도메인 이름을 숫자로 구성된 IP 주소로 자동 변환
• 현재 32비트의 IPv4가 사용되고 있음
  • IP 주소 고갈로 인해 128비트의 IPv6를 점점 사용하고 있음

InetAddress 클래스

• 인터넷 주소에 관한 정보를 가짐
• java.net.InetAddress

boolean equals(InetAddress other)   // 현 객체가 other 객체와 같은 주소를 가지면 true, 아니면 false 반환
byte[] getAddress() // 주소를 나타내는 4개의 요소를 가진 바이트 배열 반환
String getHostAddress() // 주소 정보를 나타내는 문자열 반환
String getHostName()    // 컴퓨터 이름을 나타내는 문자열 반환
static InetAddress getLocalHost() throws UnknownHostException   // 현재 컴퓨터를 나타내는 InetAddress 객체 반환
static InetAddress GetByName(String hostName) throws UnknownHostException   // hostName으로 지정된 컴퓨터를 나타내는 InetAddress 객체 반환
static InetAddress[] getAllByName(String hostName) throws UnknownHostException  // hostName으로 지정된 모든 컴퓨터(하나의 도메인 이름으로 여러 대의 컴퓨터를 사용하는 경우)를 나타내는 InetAddress 객체들의 배열 반환

• 주요 메소드

import java.net.*;

public class SocketExam01 {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        InetAddress address1 = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println("Local Name: " + address1.getHostName());
        System.out.println("Local IP: " + address1.getHostAddress());

        InetAddress address2 = InetAddress.getByName("www.naver.com");
        System.out.println("www.naver.com Name&IP: " + address2);

        InetAddress[] all = InetAddress.getAllByName("google.com");
        for(InetAddress t:all) System.out.println(t);
    }
}

• 메소드 사용 예제

포트

• 통신선을 통해 수신되는 데이터가 컴퓨터 내의 여러 통신 프로그램 중에서 하나의 프로그램에 전달되도록 하기 위한 번호
  • IP 주소는 네트워크 상의 컴퓨터 또는 시스템을 식별하는 주소
  • 포트 번호를 이용하여 통신할 응용 프로그램 식별
• 모든 응용 프로그램은 하나 이상의 포트 생성 가능
• 잘 알려진 포트(well-known ports)
  • 시스템이 사용하는 포트 번호
  • 잘 알려진 응용 프로그램에서 사용하는 포트 번호
    • 0부터 1023 사이의 포트 번호
      • SSH 22, HTTP 80, FTP 21
  • 개발자가 사용하지 않는 것이 좋음
    • 충돌 가능성 내포

소켓 프로그래밍

• 소켓(socket)
  • TCP/IP 네트워크를 이용하여 쉽게 통신 프로그램을 작성하도록 지원하는 기반 기술
    • 두 응용 프로그램 간의 통신 연결의 끝단(endpoint)
    • 소켓끼리 데이터를 주고받음
    • 소켓은 특정 IP, 포트 번호와 결합
• 자바는 소켓 통신할 수 있는 라이브러리 지원
  • 소켓 종류: 서버 소켓 과 클라이언트 소켓

Socket 클래스, 클라이언트 소켓

• 클라이언트 소켓에 사용되는 클래스
• java.net 패키지에 포함

Socket()  // 연결되지 않은 상태의 소켓을 생성
Socket(InetAddress address, int port) // 소켓을 생성하고, 지정된 IP 주소와 포트 번호에서 대기하는 원격 응용 프로그램의 소켓에 연결
Socket(String host, int port) // 소켓을 생성하여 지정된 호스트와 포트 번호에 연결함. 호스트 이름이 null인 경우는 루프백(loopback) 주소로 가정

• 생성자

void bind(SocketAddress bindpoint)  // 소켓에 로컬 IP 주소와 로컬 포트 지정
void close()  // 소켓을 닫음
void connect(SocketAddress endpoint)  // 소켓을 서버에 연결
InetAddress getInetAddress()  // 소켓에 연결된 서버 IP 주소 반환
InputStream getInputStream()  // 소켓에 연결된 입력 스트림 반환. 이 스트림을 이용하여 소켓이 상대편으로부터 받은 데이터를 읽을 수 있음
InetAddress getLocalAddress() // 소켓이 연결된 로컬 주소 반환
int getLocalPort()  // 소켓의 로컬 포트 번호 반환
int getPort() // 소켓에 연결된 서버의 포트 번호 반환
OutputStream getOutputStream()  // 소켓에 연결된 출력 스트림 반환. 이 스트림에 출력하면 소켓이 서버로 데이터 전송
boolean isBound() // 소켓이 로컬 주소에 연결되어 있으면 true 반환
boolean isConnected() // 소켓이 서버에 연결되어 있으면 true 반환
boolean isClosed()  // 소켓이 닫혀있으면 true 반환
void setSoTimeout(int timeout)  // 데이터 읽기 타임아웃 시간 지정. 0이면 타임아웃 해제

• 주요 메소드

클라이언트에서 소켓으로 서버에 접속하는 코드

Socket clientSocket = new Socket("128.12.1.1", 5550);

• 클라이언트 소켓 생성 및 서버에 접속
  • Socket 객체가 생성되면 128.12.1.1 주소의 5550 포트에 자동 접속

BufferedReader in = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream())
);
BufferedWriter out = new BufferedWriter(
    new OutputStreamWriter(clientSocket.getOutputStream())
);

• 소켓으로부터 데이터를 전송할 입출력 스트림 생성

out.write("hello\n");
out.flush();

• 서버로 데이터 전송
  • flush() 호출 시 스트림 속에 데이터를 남기지 않고 모두 전송

String line = in.readline();    // 한 행의 문자열 수신

• 서버로부터 데이터 수신

clientSocket.close();

• 네트워크 접속 종료

ServerSocket 클래스, 서버 소켓

• 서버 소켓에 사용되는 클래스
• java.net 패키지에 포함
• ServerSocket은 데이터 송수신에 사용하지 않음
• 서버가 클라이언트의 연결 요청을 수락하면, 클라이언트로 데이터를 주고받는 Socket 객체를 별도로 생성

ServerSocket(int port)    // 지정된 포트 번호와 결합된 소켓 생성

• 생성자

Socket accept()    // 클라이언트로부터 연결 요청을 기다리다 요청이 들어오면 수락하고 클라이언트와 데이터를 주고받을 새 Socket 객체 반환
void close()    // 서버 소켓 닫음
InetAddress getInetAddress()    // 서버 소켓의 로컬 IP 주소 반환
int getLocalPort()    // 서버 소켓의 로컬 포트 번호 반환
boolean isBound()    // 서버 소켓이 로컬 주소에 연결되어 있으면 true 반환
boolean isClosed()    // 서버 소켓이 닫혀있으면 true 반환
void setSoTimeout(int timeout)    // accept()가 대기하는 타임아웃 시간 지정. 0이면 무한정 대기

• 주요 메소드

서버가 클라이언트와 통신하는 과정

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(5550);

• 서버 소켓 생성
  • 서버는 접속을 기다리는 포트로 5550 선택

Socket socket = serverSocket.accept();

• 클라이언트로부터 접속을 기다림
  • accept() 메소드는 연결 요청이 오면 새로운 Socket 객체 반환
  • 접속 후 새로 만들어진 Socket 객체를 통해 클라이언트와 통신

BufferedReader in = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(socket.getInputStream())
);
BufferedWriter out = new BufferedWriter(
    new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())
);

• 네트워크 입출력 스트림 생성

서버와 클라이언트 간의 채팅

• 간단한 채팅 프로그램
  • 서버와 클라이언트가 1:1로 채팅
  • 클라이언트와 서버가 서로 한번씩 번갈아가면서 문자열 전송
    • 문자열 끝에 "\n"을 덧붙여 보내고 라인 단위로 수신
  • 클라이언트가 bye를 보내면 프로그램 종료

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;

public class ServerExam01 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader in = null;
        BufferedWriter out = null;

        ServerSocket listener = null;
        Socket s = null;

        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        try {
            listener = new ServerSocket(9999);  // 서버 소켓 생성
            System.out.println("Waiting for connection...");

            s = listener.accept();  // 클라이언트로부터 연결 요청 대기
            System.out.println("Connected...");

            in = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(s.getInputStream())
            );
            out = new BufferedWriter(
                    new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())
            );

            while(true) {
                String inMsg = in.readLine();
                if(inMsg.equalsIgnoreCase("bye")) {
                    System.out.println("Disconnecting...");
                    break;
                }
                System.out.println("Client: "+inMsg);
                System.out.print("Send>>");
                String outMsg = sc.nextLine();
                out.write(outMsg+"\n");
                out.flush();
            }
        } catch(IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                sc.close();
                if(s!=null) s.close();
                if(listener!=null) listener.close();
            } catch(IOException e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
                e2.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

• Server 코드

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;

public class ClientExam01 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader in = null;
        BufferedWriter out = null;

        Socket s = null;

        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        try {
            s = new Socket("localhost", 9999);  // 클라이언트 소켓 생성. 서버에 연결

            in = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(s.getInputStream())
            );
            out = new BufferedWriter(
                    new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())
            );

            while(true) {
                System.out.print("Send>>");
                String outMsg = sc.nextLine();  // 키보드에서 한 행 읽기
                out.write(outMsg+"\n"); // 키보드에서 읽은 문자열 전송
                out.flush();    // out의 스트림 버퍼에 있는 모든 문자열 전송
                if(outMsg.equalsIgnoreCase("bye")) break;
                String inMsg = in.readLine();   // 서버로부터 한 행 수신
                System.out.println("Server: "+inMsg);
            }
        } catch(IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                sc.close();
                if(s!=null) s.close();
            } catch(IOException e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
                e2.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

• Client 코드

수식 계산 서버

• 문제 개요
  • 서버와 클라이언트는 1:1 통신
  • 서버를 먼저 실행시키고 클라이언트를 실행시켜 서버에 접속
  • 클라이언트는 사용자로부터 수식을 입력받아 서버로 전송
  • 연산자는 +, -, *의 3가지만 허용하고 정수 연산만 가능
  • 서버가 식을 받으면 식을 서버의 화면에 출력하고, 계산하여 결과를 클라이언트로 전송
  • 클라이언트는 서버로부터 받은 답을 화면에 출력
  • 클라이언트와 서버는 전송할 데이터를 문자열로 만들고 "\n"을 덧붙여 전송하며, 라인 단위로 송수신
  • 클라이언트가 "bye"를 보내면 양쪽 모두 종료

import java.io.*;
import java.util.*;
import java.net.*;

public class ServerExam02 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader in = null;
        BufferedWriter out = null;

        ServerSocket listener = null;
        Socket s = null;

        try {
            listener = new ServerSocket(9999);
            System.out.println("Waiting for connection...");

            s = listener.accept();
            System.out.println("Connected...");

            in = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(s.getInputStream())
            );
            out = new BufferedWriter(
                    new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())
            );

            while(true) {
                String inMsg = in.readLine();
                if (inMsg.equalsIgnoreCase("bye")) {
                    System.out.println("Disconnecting...");
                    break;
                } else {
                    System.out.println(inMsg);
                    String re = calc(inMsg);
                    if (re.equalsIgnoreCase("Error")) {
                        out.write("Incorrect Calculation Expression...\n");
                        out.flush();
                    } else {
                        out.write(re + "\n");
                        out.flush();
                    }
                }
            }
        } catch(IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if(s!=null) s.close();
                if(listener!=null) listener.close();
            } catch(IOException e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
                e2.printStackTrace();
            }
        }
    }

    protected static String calc(String exp) {
        StringTokenizer st = new StringTokenizer(exp, " ");
        if(st.countTokens()!=3) return "Error";
        int n1 = Integer.parseInt(st.nextToken());
        String c = st.nextToken();
        int n2 = Integer.parseInt(st.nextToken());
        String re = switch(c) {
            case "+" -> Integer.toString(n1+n2);
            case "-" -> Integer.toString(n1-n2);
            case "*" -> Integer.toString(n1*n2);
            default -> "Error";
        };
        return re;
    }
}

• Server 코드

import java.util.*;
import java.net.*;
import java.io.*;

public class ClientExam02 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader in = null;
        BufferedWriter out = null;

        Socket s = null;

        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        try {
            s = new Socket("localhost", 9999);

            in = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(s.getInputStream())
            );
            out = new BufferedWriter(
                    new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())
            );

            while(true) {
                System.out.print("Expression(빈칸 포함 입력, ex: 24 + 42)>>");
                String exp = sc.nextLine();
                out.write(exp+"\n");
                out.flush();

                if(exp.equalsIgnoreCase("bye")) break;

                System.out.println("Result: "+in.readLine());
            }
        } catch(IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            sc.close();
            try {
                if(s!=null) s.close();
            } catch(IOException e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
                e2.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

• Client 코드

멀티 스레드 수식 계산 서버

package thread_calc;

import java.util.*;
import java.io.*;
import java.net.*;

public class ServerExam03 {
    public static void main(String[] args) {
        ServerSocket listener = null;
        try {
            listener = new ServerSocket(9999);
            System.out.println("Waiting for connection...");
            while(true) {
                Socket s = listener.accept();
                CalcThread calcThread = new CalcThread(s);
                calcThread.start();
            }
        } catch(IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if(listener!=null) listener.close();
            } catch(IOException e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
                e2.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class CalcThread extends Thread {
    private Socket s;
    CalcThread(Socket s) { this.s = s; }
    protected static String calc(String exp) {
        StringTokenizer st = new StringTokenizer(exp, " ");
        if(st.countTokens()!=3) return "Error";
        int n1 = Integer.parseInt(st.nextToken());
        String c = st.nextToken();
        int n2 = Integer.parseInt(st.nextToken());
        String re = switch(c) {
            case "+" -> Integer.toString(n1+n2);
            case "-" -> Integer.toString(n1-n2);
            case "*" -> Integer.toString(n1*n2);
            default -> "Error";
        };
        return re;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            InetAddress addr = s.getInetAddress();
            String cAddr = addr.getHostAddress();
            System.out.println(cAddr + " is connected...");

            BufferedReader in = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(s.getInputStream())
            );
            BufferedWriter out = new BufferedWriter(
                    new OutputStreamWriter(s.getOutputStream())
            );
            while(true) {
                String inMsg = in.readLine();
                if(inMsg.equalsIgnoreCase("bye")) {
                    System.out.println(cAddr + ": is disconnected...");
                    break;
                }
                System.out.println(cAddr+": " +inMsg);
                String res = calc(inMsg);
                out.write(res+"\n");
                out.flush();
            }
        } catch(IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if(s!=null) s.close();
            } catch(IOException e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
                e2.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

• Server 코드