10강: 네트워크 프로그래밍

1. 네트워크 기본 개념
네트워크란?
네트워크는 컴퓨터, 서버, 메인프레임, 네트워크 장치, 주변기기, 모바일 기기 등 다양한 디지털 기기들이 서로 데이터를 주고받을 수 있도록 연결된 시스템입니다. 네트워크를 통해 데이터 교환, 자원 공유, 서비스 제공 등이 가능합니다.

네트워크의 주요 구성 요소
노드(Node): 네트워크 상에 존재하는 각각의 장치들(컴퓨터, 프린터, 스위치 등)을 의미합니다.
링크(Link): 노드들을 연결하는 통신 경로입니다. 이는 유선(이더넷 케이블 등) 또는 무선(Wi-Fi, 블루투스 등)일 수 있습니다.
인터페이스(Interface): 네트워크 장치와 다른 네트워크 장치 또는 미디어 간의 통신을 가능하게 하는 물리적 장치 또는 소프트웨어입니다.

네트워크의 핵심 개념
IP 주소(IP Address): 인터넷 프로토콜을 기반으로 네트워크 내 각 장치를 식별하는 고유한 주소입니다. IPv4와 IPv6가 존재합니다.
포트 번호(Port Number): IP 주소가 컴퓨터를 식별하는 데 사용되는 것처럼, 포트 번호는 특정 컴퓨터 내에서 실행 중인 특정 프로그램을 식별하는 데 사용됩니다.
프로토콜(Protocol): 네트워크에서 통신하는 방법을 정의한 규칙의 집합입니다. 대표적인 프로토콜로는 TCP/IP, UDP, HTTP 등이 있습니다.

네트워크의 종류
LAN(Local Area Network): 건물이나 캠퍼스 같이 제한된 지역 내에서 컴퓨터와 장치들을 연결하는 네트워크입니다.
WAN(Wide Area Network): 광범위한 지역(도시, 국가, 대륙 등)을 아우르는 네트워크입니다. 인터넷이 WAN의 한 예입니다.
PAN(Personal Area Network): 개인 사용자의 작은 범위(예: 블루투스를 사용한 스마트폰과 스마트워치 연결) 내 네트워크입니다.

네트워크의 중요성
네트워크는 정보의 신속한 교환, 효율적인 자원 공유, 원격 작업 및 협업, 다양한 서비스의 접근성 향상 등 현대 사회에서 필수적인 기능을 제공합니다. 디지털 통신과 데이터 중심의 세계에서 네트워크의 역할은 점점 더 중요해지고 있습니다.

 

 

2. 소켓 프로그래밍 기초
소켓 프로그래밍이란?
소켓 프로그래밍은 네트워크상에서 서로 다른 장치들 간에 데이터를 주고받기 위해 사용되는 기술입니다. 소켓은 네트워크 통신의 끝점(endpoint)을 나타내는 인터페이스로, IP 주소와 포트 번호를 사용하여 통신합니다. 소켓을 통해 어플리케이션은 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있습니다.

소켓의 유형
TCP 소켓 (Transmission Control Protocol)

신뢰할 수 있는 연결 지향적인 통신을 제공합니다.
데이터 전송 순서 및 정확성을 보장합니다.
Socket과 ServerSocket 클래스를 사용하여 구현합니다.
UDP 소켓 (User Datagram Protocol)

연결 없는 통신을 제공합니다.
빠르지만 신뢰성이 낮은 통신 방식입니다.
데이터그램 패킷을 사용하여 통신합니다.
DatagramSocket과 DatagramPacket 클래스를 사용하여 구현합니다.
TCP 소켓 프로그래밍 기본 단계
서버 소켓 생성: 서버는 ServerSocket을 생성하여 특정 포트에서 클라이언트의 연결 요청을 기다립니다.

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(portNumber);

클라이언트 소켓 생성: 클라이언트는 Socket을 생성하여 서버의 IP 주소와 포트 번호를 사용하여 서버에 연결 요청을 합니다.

Socket clientSocket = new Socket("serverAddress", portNumber);

연결 수립: 서버는 accept() 메서드를 사용하여 클라이언트의 연결 요청을 수락합니다.

Socket socket = serverSocket.accept();

데이터 송수신: 연결된 소켓을 통해 클라이언트와 서버는 데이터를 주고받습니다. 데이터 송수신에는 InputStream과 OutputStream이 사용됩니다.

BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);

소켓 종료: 통신이 끝나면 클라이언트와 서버 모두 소켓을 닫습니다.

socket.close();
serverSocket.close();

UDP 소켓 프로그래밍 기본 단계
DatagramSocket 생성: UDP 통신을 위한 DatagramSocket을 생성합니다.

DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket();

데이터그램 패킷 송수신: 데이터를 DatagramPacket에 담아 송수신합니다. UDP는 연결이 없기 때문에 각 패킷에 대상 주소와 포트 정보가 포함됩니다.

byte[] buffer = new byte[256];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
datagramSocket.receive(packet); // 데이터 수신
datagramSocket.send(packet); // 데이터 송신

소켓 종료: 통신이 끝나면 DatagramSocket을 닫습니다.

datagramSocket.close();

중요 사항
소켓 프로그래밍은 네트워크 통신의 기본적인 메커니즘을 이해하는 데 중요합니다.
오류 처리와 예외 처리는 네트워크 프로그래밍에서 매우 중요한 부분입니다.
멀티스레딩과 동기화를 고려하여 동시성 문제를 관리해야 합니다.
보안과 데이터 암호화도 중요한 고려사항입니다.

 

 

3. 클라이언트-서버 통신
클라이언트-서버 모델
클라이언트-서버 모델은 네트워크 통신의 가장 일반적인 구조입니다. 이 모델에서 클라이언트(Client) 는 서비스를 요청하는 역할을 하고, 서버(Server) 는 이러한 요청에 응답하여 서비스를 제공하는 역할을 합니다.

클라이언트의 역할
서비스 또는 데이터 요청: 클라이언트는 서버에 특정 서비스나 데이터에 대한 요청을 보냅니다. 예를 들어, 웹 브라우저(클라이언트)가 웹 페이지를 요청하는 경우입니다.
서버 응답 처리: 서버로부터 받은 응답을 처리하고 사용자에게 결과를 표시합니다.

서버의 역할
요청 수신 및 처리: 서버는 클라이언트로부터의 요청을 수신하고, 해당 요청에 따라 적절한 서비스를 수행합니다.
응답 전송: 처리된 결과를 클라이언트에게 다시 보냅니다.
클라이언트-서버 통신 과정
연결 수립: 클라이언트는 서버에 연결을 요청합니다. TCP 기반 통신의 경우, 연결이 성립되어야 데이터 교환을 시작할 수 있습니다.

요청 전송: 클라이언트는 서버에 특정 요청을 보냅니다. 요청 형식은 서비스의 종류와 프로토콜에 따라 다를 수 있습니다.
서버 처리: 서버는 요청을 받고 처리합니다. 이 과정에서 데이터베이스 조회, 계산, 데이터 처리 등이 수행될 수 있습니다.
응답 반환: 처리한 결과를 클라이언트에게 응답으로 보냅니다. 응답 형태는 요청의 성격에 따라 다양할 수 있습니다.
연결 종료: 데이터 전송이 완료되면, 연결을 종료합니다. TCP의 경우 명시적으로 연결을 종료해야 하지만, UDP는 연결 지향적이지 않으므로 별도의 연결 종료 과정이 필요하지 않습니다.

클라이언트-서버 통신의 특징
분산 처리: 서버는 중앙에서 데이터 처리 및 관리를 담당하며, 클라이언트는 서비스 사용에 집중합니다.
확장성: 서버의 처리 능력을 확장함으로써 더 많은 클라이언트 요청을 처리할 수 있습니다.
보안: 데이터와 자원은 서버에 중앙집중되어 있어, 보안 관리가 용이합니다.

사용 예
웹 서비스: 웹 서버와 브라우저(클라이언트) 간의 HTTP 통신
이메일 서비스: 이메일 클라이언트가 메일 서버에 접속하여 이메일을 주고받는 경우
파일 서버: 클라이언트가 파일 서버에 접속하여 파일을 업로드하거나 다운로드하는 경우
클라이언트-서버 통신은 모던 컴퓨팅 환경에서 필수적인 구성 요소이며, 다양한 네트워크 기반 서비스의 기반이 됩니다.

 

 

4. HTTP 통신과 RESTful 웹 서비스
HTTP 통신
HTTP(Hypertext Transfer Protocol) 는 웹에서 데이터를 주고받기 위한 주요 프로토콜입니다. 웹 브라우저와 서버 간의 통신을 위해 설계되었으며, 클라이언트-서버 모델을 기반으로 합니다.

작동 방식
클라이언트(웹 브라우저)는 HTTP 요청을 서버에 전송합니다.
서버는 이 요청을 처리하고 HTTP 응답을 클라이언트에게 돌려줍니다.

HTTP 메서드
GET: 서버로부터 정보를 조회하기 위해 사용합니다.
POST: 서버에 정보를 전송하기 위해 사용합니다.
PUT: 서버에 존재하는 정보를 업데이트하기 위해 사용합니다.
DELETE: 서버의 정보를 삭제하기 위해 사용합니다.

RESTful 웹 서비스
RESTful(Representational State Transfer) 웹 서비스는 HTTP 프로토콜을 이용하여 서비스를 제공하는 아키텍처 스타일입니다. REST는 웹의 기본 원칙을 따르는 경량의 아키텍처로, 간단하고 확장성이 뛰어난 분산 시스템을 구축하기 위해 사용됩니다.

주요 원칙
자원(Resource)의 식별: 웹 서비스에서 모든 자원은 유일한 URI(Uniform Resource Identifier)로 식별됩니다.
표현을 통한 자원의 조작: 클라이언트는 URI를 사용하여 자원의 상태(표현)를 전송, 수정, 삭제할 수 있습니다.
무상태(Stateless) 통신: 각 HTTP 요청은 독립적이며, 이전 요청의 상태를 저장하지 않습니다.

RESTful 서비스 예
웹 API: 웹 애플리케이션은 RESTful API를 통해 데이터를 JSON 또는 XML 형식으로 주고받습니다.
클라우드 서비스: 많은 클라우드 서비스 제공업체들이 RESTful API를 제공하여 서비스를 이용하게 합니다.
HTTP와 RESTful의 중요성
웹 표준 기술: HTTP는 웹의 기본 통신 규약이며, RESTful은 HTTP를 기반으로 한 가장 널리 사용되는 웹 서비스 설계 방식입니다.
확장성과 유연성: RESTful 아키텍처는 다양한 클라이언트와의 효율적인 통신을 가능하게 하며, 시스템을 유연하게 확장할 수 있게 합니다.
플랫폼 독립성: RESTful 서비스는 클라이언트의 종류에 관계없이 동일한 인터페이스를 제공합니다.

HTTP 통신과 RESTful 웹 서비스는 현대 웹 애플리케이션과 모바일 애플리케이션 개발의 핵심으로, 웹 기술의 이해와 활용에 필수적입니다.