인터넷 주소

인터넷 주소는 인터넷 상에서 컴퓨터를 구분하는 목적으로 사용되는 주소이다. IPv4는 4바이트 주소체계이며 IPv6는 16바이트 주소체계이다. (IPv4는 2^4*8, IPv6는 2^16*8)

인터넷 주소는 네트워크 주소와 호스트 주소로 나뉜다. 네트워크 주소를 통해 라우팅되고, 라우터에 도착 후 호스트 주소를 통해 호스트로 이동한다.

아래 그림에서는 201.211.172가 라우터가 되고 마지막 103를 통해 진입한다.

IPv4 주소 체계 클래스는 네 가지로 구분된다.

1. 클래스 A: 네트워크 아이디 1바이트 & 호스트 아이디 3바이트
2. 클래스 B: 네트워크 아이디 2바이트 & 호스트 아이디 2바이트
3. 클래스 C: 네트워크 아이디 3바이트 & 호스트 아이디 1바이트
4. 클래스 D: 네트워크 아이디 0바이트 & 호스트 아이디 4바이트

IPv4를 부여받는 집단의 규모에 따라 클래스 결정이 달라진다. 네트워크 아이디는 고정적이기 때문에 호스트를 할당받는 수에 따라 클래스를 지정한다.

IP주소를 참조만 해도 클래스 구분을 할 수 있도록 하기 위해 A, B, C 클래스 첫 번째 바이트 범위가 달라진다.

1. 클래스 A 첫 번째 바이트 범위: 0...127 / 첫 비트가 항상 0으로 시작
2. 클래스 B 첫 번째 바이트 범위: 128...191 / 첫 두 비트가 10으로 시작
3. 클래스 C 첫 번째 바이트 범위: 192...223 // 첫 세 비트가 항상 110으로 시작

PORT 번호

IP는 컴퓨터를 구분하는 용도로 사용하고 PORT 번호는 소켓을 구분하는 용도로 사용된다. 하나의 프로그램에 둘 이상의 소켓이 존재할 수 있으므로 둘 이상의 PORT가 하나의 프로그램에 의해 할당될 수 있다.

포트번호는 16비트로 사용하고 0~65535 이하 값을 할당받는다. 0~1023까지는 Well-known PORT이며 용도가 결정되어 있다.

외부 요청에 대한 프로그램으로의 데이터 분배는 운영체제와 관련되어 있다. 포트번호를 참조하여 소켓에 데이터를 할당하게 된다.

IPv4 주소 표현을 위한 구조체

struct sockaddr_in {
    sa_family_t     sin_family; // 주소체계
    uint16_t        sin_port;   // PORT번호
    struct in_addr  sin_addr;   // 32비트 IP 주소
    char            sin_zero[8]; // 사용되지 않음
}

struct in_addr {
    in_addr_t       s_addr; // 32비트 IPv4 인터넷 주소
}

sockaddr_in이라는 구조체는 총 n + 14바이트로 이루어진다. 포트번호 2바이트, 4바이트 IP주소, 8바이트 sin_zero를 합하면 14바이트가 된다. sockaddr_in구조체는 주소표현을 위한 오리지널 구조체인 sockaddr을 IPv4 주소체계에 맞게끔 새로 타입화 한 것이라고 이해하면 된다.

C언어는 메모리 레이아웃 조작이 가능하기 때문에 구조체 속성이 서로 다르게 구성되어 있더라도 포인터 캐스팅 기법을 통해 sockaddr_in타입을 sockaddr 타입으로 캐스팅 가능하다.

struct sockaddr_in serv_addr;

if (bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
    error_handling("bind error");

위 코드에서 servaddr_in 구조체가 bind 함수 인자에 전달된다. 근데 함수 매개변수 타입이 sockaddr이므로 타입 캐스팅을 진행하고, 메모리 레이아웃이 동일하기 때문에 형 변환이 정상적으로 이루어진다.

sin_zero변수는 아예 사용조차 되지 않는 멤버이다.

네트워크 바이트 순서와 인터넷 주소 변환

CPU가 빅 엔디안, 리틀 엔디안 등인지에 따라 상위 바이트를 메모리 주소에 저장하는 방법이 달라진다. 이는 네트워크 통신 과정에서 각 호스트별로 데이터 표현 방식이 다르다는 것을 의미한다.

이를 위해 네트워크 바이트 순서라는 체계를 도입하게 된다. 빅 엔디안과 리틀 엔디안이 호스트 바이트 순서이다. 이는 CPU별로 다른 데이터 저장방식을 의미한다.

네트워크 통신 표준을 위해 네트워크 바이트 순서는 빅 엔디안을 기준으로 한다. 이러한 작업은 개발자가 직접 하는 것이 아닌 소켓이 내부적으로 엔디안 변환 처리를 해준다.

소켓 생성 이후에는 엔디안 변환 처리를 내부적으로 자동으로 해주지만 소켓 생성 과정에서는 데이터 엔디안 처리를 직접 해줘야 한다.

1. unsigned short htons(unsigned short);: 호스트 바이트 순서를 네트워크 순서로 바꿔라
2. unsigned short ntohs(unsigned short);: 네트워크 바이트 순서를 호스트 바이트 순서로 바꿔라
3. unsigned long htonl(unsigned long);, unsigned long ntohl(unsigned long);

h는 호스트, n은 네트워크, s는 short자료형, l은 long 자료형을 의미한다.

기본적으로 CPU별로 엔디안 시스템이 어떻게 갖춰져 있는지 호스트마다 다르기 때문에 코드 작성시 변환 함수는 호출해주는 것이 안전하다.

인터넷 주소의 초기화와 할당

#include <arpa/inet.h>

in_addr_t inet_addr(const char * string);

inet_addr함수는 211.214.107.99와 같이 점이 찍힌 10진수 문자열을 전달했을 때 문자열 정보를 참조하여 32비트 IP정수형 주소를 반환해준다. 반환 시 네트워크 바이트 주소인 빅 엔드안으로 변환해준다.

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	char *addr1="127.212.124.78";

	unsigned long conv_addr=inet_addr(addr1);
	if(conv_addr==INADDR_NONE)
		printf("Error occured! \n");
	else
		printf("Network ordered integer addr: %#lx \n", conv_addr);

	return 0;
}

IP주소를 반환받아서는 sockaddr_in 구조체의 IP주소 저장 멤버에 데이터를 할당해야 한다. inet_addr을 통해 반환받은 IP주소를 구조체 멤버에 직접 할당해도 되지만, 멤버의 참조를 inet_aton함수에 전달하면 반환 성공 시 해당 멤버 주소를 참조하여 직접 IP주소 할당까지 해준다.

#include <arpa/inet.h>

// 성공 시 1, 실패 시 0 반환
int inet_aton(const char * string, struct in_addr * addr);

inet_ntoa는 네트워크 바이트 주소 데이터를 눈으로 인식하기 쉬운 문자열 형태로 반환해준다.

아래는 인터넷 주소 초기화 전체 코드이다.

struct sockaddr_in addr; // 소켓 데이터 구조체 선언
char *serv_ip = "211.217.168.13"; // IP주소 문자열 선언
char *serv_port = "9190"; // 포트번호 문자열 선언
memset(&addr, 0, sizeof(addr)); // 소켓 데이터 모든 멤버 초기화
addr.sin_family = AF_INET; // 주소체계 지정 - IPv4

// inet_addr로 IP 주소 문자열 네트워크 바이트 주소로 변환
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(serv_ip);

// 문자열 기반 "9190" 데이터를 정수형으로 변환하고 네트워크 바이트 주소로 변환 및 할당
addr.sin_port = htons(atoi(serv_port));

INADDR_ANY는 현재 실행중인 컴퓨터의 IP주소를 불러와준다.

addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

루프백 주소 127.0.0.1

흔히 로컬호스트라고 부르는 127.0.0.1 주소는 루프백 주소를 의미한다. 네트워크로 나아가지 않고 프로그램이 실행되는 환경으로 다시 되돌아오게끔 약속되어 있는 주소이다.

소켓에 인터넷 주소를 할당하기 위해서는 bind함수를 호출하게 된다.

#include <sys/socket.h>

// 성공 시 0, 실패 시 1을 반환한다.
int bind(int sockfd, struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);

1. sockfd: 주소정보를(IP & PORT) 할당할 소켓의 파일 디스크립터
2. myaddr: 주소정보를 지니는 구조체 변수 주소 값
3. addrlen: myaddr 구조체 변수의 길이정보

memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr))==-1 )
    error_handling("bind() error");