[게임 서버] 2.6 컴퓨터 네트워크에서 데이터 보내기와 받기

이 글은 아래의 책을 자세히 정리한 후, 정리한 글을 GPT에게 요약을 요청하여 작성되었습니다.
게임 서버 프로그래밍 교과서, 배현직 저자

📦 2. 컴퓨터 네트워크

👉🏻 항목 6: 컴퓨터 네트워크에서 데이터 보내기와 받기

1. UDP 네트워킹 📤

1.1. UDP의 특징

메시지 방식:

• a, bb, ccc, dddd 전송 시, 동일하게 수신된다.
• 데이터 일부가 뭉치거나 쪼개지지 않는다.

데이터그램:

• 64KB 이하의 이진 데이터
• 스트림이 아닌, 메시지의 성질을 가진다.
• 0바이트 메시지도 허락한다.

UDP (User Datagram Protocol):

• 사용자가 정의한 데이터그램을 상대방에게 보낼 수 있게 하는 통신 규약(프로토콜)이다.
• 데이터그램의 성질로 인해 데이터 일부가 뭉치거나 쪼개지지 않는다.
• 주의사항:
  • 패킷 유실, 패킷 중복, 순서 뒤바뀜 현상이 생길 수 있다.
  • 데이터 검사와, 잘못되면 재전송이 필요하다.
• 장점:
  • 데이터그램 내용이 훼손되지 않는다.
  • 1:N 통신이 가능하다.

UDP 사용 시나리오:

• 데이터그램이 유실되거나 중복되어도 괜찮은 상황에서 UDP를 사용한다.
• 예: 동영상, 음성 데이터, 캐릭터 위치(보간)

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1.2. UDP 예시 코드

송신자 📡

main() {
	s = socket(UDP); // 1
	s.bind(any_port); // 2
	s.sendTo("55.66.77.88:5959", "hello"); // 3
	s.close(); // 4

동작 과정:

1. UDP 소켓을 생성하고, 소켓 핸들을 받는다.
2. bind 함수를 통해 포트를 할당한다.
   • any_port 또는 0을 넣으면 운영체제가 알아서 사용 가능한 포트를 할당한다.
3. 수신자의 IP 주소와 포트에 데이터를 보낸다.
   • 'h', 'e', 'l', 'l', 'o', 0x00을 보낸다.
4. close 함수를 통해 소켓을 닫는다.
   • 할당받은 포트는 사용 가능한 상태가 된다.

---

수신자 📥

main() {
	s = socket(UDP); // 1
	s.bind(5959); // 2
	r = s.recvfrom(); // 3
	print(r.srcAddrPort, r.data); // 4
	s.close(); // 5

동작 과정:

1. 송신 측과 비슷하게 UDP 소켓을 생성한다.
2. 이번엔 포트 5959번을 명시적으로 할당하였다.
   • any_port 또는 0을 넣어도 되지만, 송신 측은 어떤 포트가 할당받았는지 알아내야 한다.
3. 데이터를 수신할 때까지 블로킹 상태로 남는다.
   • 수신되면 수신 데이터와 송신자 주소가 r에 저장된다.
4. 받은 데이터를 출력한다.
   • 11.22.33.44:53234 hello와 같이 출력된다.
   • 53234는 송신자 측에서 임의 할당된 포트 번호이다.
5. 소켓을 닫는다.
   • 데이터가 다 빠져나가지 않았을 수 있기에, 원래는 이렇게 짜면 안 된다.

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2. TCP 네트워킹 🔗

2.1. TCP의 특징

스트림 방식:

• a, bb, ccc, dddd 전송 시, 형태가 달라질 수 있다.
• 데이터를 뭉치거나 쪼갤 수 있다.
  • 예: abb, cccdddd
• 0바이트 스트림을 받으면 아무것도 하지 않는다.
  • 즉, 연결 종료를 뜻한다.

TCP (Transmission Control Protocol):

• 신뢰성을 보장한다:
  1. 데이터의 수신을 보장한다.
     • 흐름 제어 기능(data flow control) 때문이다.
  2. 송신자/수신자의 데이터가 동일함을 보장한다.
• UDP와 달리 연결 지향형이다.
  • 즉, 데이터를 주고받기 전 연결 과정을 거쳐야 한다.
• 1:1 통신만 가능하다.
• 메시지 형태가 아닌 스트림 형태이다.

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2.2. TCP 통신 과정 🔄

sequenceDiagram
    participant A as 단말기 A
    participant B as 단말기 B

    A->>B: 데이터 세그먼트
    B--xA: ack(확인 응답)❌
    Note over A,B: ACK 손실로 인해 재전송 발생
    A->>B: 데이터 세그먼트 (재전송)
    B-->>A: ack(확인 응답)

동작 과정:

1. TCP에서 스트림 데이터를 보내려 한다.
2. IP 패킷에 넣을 수 있는 크기의 단위(세그먼트)로 쪼개진다.
3. IP 패킷에 세그먼트를 넣고, 수신자에게 송신한다.
4. 수신자는 IP 패킷에서 세그먼트를 꺼내, 세그먼트 응답을 송신자에게 반송한다.
   • 응답을 ack(acknowledge) 라고 한다.
5. 만약 송신자가 수신자의 ack를 회신받지 못하면, ack를 받을 때까지 재전송한다.

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2.3. TCP 예시 코드

송신자 📡

main() {
	s = socket(TCP); // 1
	s.bind(any_port); // 2
	s.connect("55.66.77.88:5959"); // 3
	s.send("hello"); // 4
	s.close(); // 5
}

동작 과정:

1. TCP 소켓을 생성한다.
2. 자신의 포트를 할당한다.
3. 수신자와 연결을 시도한다.
   • 함수에 수신자의 끝점을 매개변수로 넣어준다.
   • 연결될 때까지 블로킹된다.
4. send 함수를 호출하여 데이터를 전송한다.
   • sendTo가 아닌 send 함수이다.
   • 수신 대상의 끝점을 입력하지 않는다. → connect() 함수에서 이미 끝점을 지정했기 때문
   • 'h', 'e', 'l', 'l', 'o', 0x00을 보낸다.
5. 연결을 종료한다.

---

수신자 📥

main() {
	s = socket(TCP); // 1
	s.listen(5959); // 2
	s2 = s.accept(); // 3
	print(getpeeraddr(s2)); // 4
	while(true) {
		r = s2.recv(); // 5
		if(r.length == 0) break; // 6
		print(r); // 7
	}
	s2.close(); // 8
}

동작 과정:

1. TCP 소켓을 생성한다.
   • 이 소켓은 listen socket용으로, TCP 연결을 받아들인다.
2. listen socket을 위한 포트를 할당한다.
3. TCP 연결이 될 때까지 블로킹된다.
   • 연결되면 새로운 socket이 생성되고, 핸들이 반환된다.
   • 새로운 socket은 listen socket과 다른 포트를 가진다.
4. 송신자의 끝점을 확인한다.
   • getsocketaddr()은 나의 끝점 정보를 가져온다.
5. recv 함수를 통해 데이터를 가져온다.
   • UDP의 recvfrom() 대신 recv() 함수를 사용한다.
6. TCP는 스트림 형식이기에, 0바이트를 받으면 마감 처리한다.
7. 데이터를 출력한다.
   • 11.22.33.44:51409 hello와 같이 출력된다.
8. 연결을 종료한다.
   • 송신자/수신자가 close 함수를 호출하면:
   • 송신자/수신자 모두 호출한 프로세스 내의 recv() 함수가 0을 리턴한다.

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3. UDP와 TCP의 공통점 🤝

I. OSI 모델에서의 위치

• UDP와 TCP는 인터넷 프로토콜(IP) 위에서 작동한다.
  • IP는 OSI 모델 3계층에 있다.
  • UDP/TCP는 OSI 모델 4계층에 있다.

II. 소켓 사용 방식

• UDP/TCP 소켓 하나를 이용하여 송수신 모두 가능하다.
  • 송신/수신 소켓을 따로 만드는 것을 권장하지 않는다.

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🧐 정리

항목	UDP	TCP
데이터 형식	메시지 (데이터그램)	스트림
신뢰성	보장 안 됨 (유실, 중복, 순서 변경 가능)	보장됨 (ack를 통한 재전송)
연결 방식	비연결형	연결 지향형
통신 방식	1:N 가능	1:1만 가능
데이터 경계	유지됨	유지 안 됨 (뭉치거나 쪼개질 수 있음)
사용 예시	동영상, 음성, 게임 캐릭터 위치	파일 전송, 웹, 이메일

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