[Network] 네트워크 소켓

Posted Dec 26, 2023

By 엉덩희 8 min read

📌 들어가며

이번 글에서는 URL과 송수신에 이어, 프로토콜 스택과 소켓이 실제로 어떻게 동작하는지 파고든다. 소켓의 정체부터 TCP 접속(3-way), 데이터 송수신(ACK·윈도우 제어), 연결 종료, IP/이더넷 패킷, UDP까지 다룬다.

소켓이란? 눈에 보이는 실체가 아니라, 프로토콜 스택 내부 메모리에 기록된 제어 정보다. IP·포트·진행 상태 등이 담겨 있고, 프로토콜 스택은 이 제어 정보를 따라 움직인다. netstat 출력의 각 행이 하나의 소켓이다.

1. 프로토콜 스택의 구성

OS는 메시지를 서버로 보내기 위해 소프트웨어(프로토콜 스택) + 하드웨어(LAN 어댑터)를 쓴다.

APP  │ 네트워크 앱(브라우저·서버) + Socket 라이브러리(리졸버)
─────┼──────────────────────────────────────────
OS   │ 프로토콜 스택: TCP(일반 통신) / UDP(짧은 제어) / IP(패킷 운반·ICMP·ARP)
─────┼──────────────────────────────────────────
SW   │ LAN 드라이버
HW   │ LAN 어댑터

프로토콜	용도
TCP	브라우저·메일 등 일반적인 데이터 송수신
UDP	DNS 조회 등 짧은 제어용 데이터
IP	패킷을 상대까지 운반(+ICMP·ARP)

2. 소켓 생성 & 접속(connect)

socket() 호출 시 메모리에 제어 정보를 할당하고 디스크립터(꼬리표)를 발급한다. 앱은 이후 이 디스크립터만으로 소켓을 지정한다.

접속(connect)의 실체 — TCP 3-way:

sequenceDiagram
    participant C as 클라이언트
    participant S as 서버
    C->>S: SYN=1 (접속 요청)
    S->>C: SYN+ACK=1 (수락)
    C->>S: ACK=1 (확인 → 접속 완료)

connect()에 서버 IP·포트를 넘기면 컨트롤 비트 SYN을 1로 만들어 접속을 시작한다. 서버가 받으면 ACK를 1로 반송하고, 클라이언트가 다시 확인을 보내면 접속이 완성된다.

💡 패킷에는 헤더(제어 정보)가 동행한다. 이더넷·IP·TCP 헤더에 송수신 포트·컨트롤 비트·옵션이 담기며, socket/connect/write/read/close 각 단계마다 이 제어 정보가 부가된다.

3. 데이터 송수신 — TCP의 신뢰성

프로토콜 스택은 받은 데이터를 바로 안 보내고 버퍼에 모았다가 보낸다(네트워크 효율). 기준은 MTU(= MSS + 헤더)와 타이밍이다.

ACK로 도착 확인:

시퀀스 번호 = 패킷의 첫 데이터 순번
ACK 번호   = 시퀀스 번호 + 데이터 길이
→ ACK 번호와 다음 시퀀스 번호가 일치하면 누락 없음

메커니즘	역할
시퀀스/ACK 번호	데이터 누락 여부 확인
타임아웃	ACK 대기 시간(왕복 평균으로 동적 조정)
윈도우 제어	ACK를 기다리지 않고 연속 송신

💡 윈도우 제어가 TCP 효율의 핵심이다. 매번 ACK를 기다리면 느리므로, 수신 버퍼의 빈 공간(윈도우) 크기만큼 미리 연속 송신한다. 수신측은 ACK와 윈도우 통지를 하나의 패킷으로 합쳐 보내 오버헤드를 줄인다.

4. 연결 종료 & 소켓 말소

데이터를 다 보낸 쪽이 close()로 FIN 비트를 1로 만들어 종료를 시작한다. 상대가 ACK를 반송하면 연결이 끊긴다.

⚠️ 소켓은 즉시 말소하지 않는다. 바로 지우면 같은 포트로 새 소켓이 생겨 뒤늦게 오는 데이터를 잘못 받을 수 있다. 그래서 몇 분간 기다린 뒤 말소한다(TIME_WAIT).

5. IP·이더넷 패킷

패킷은 헤더 + 데이터다. TCP/IP 패킷은 여러 헤더가 겹겹이 붙는다.

[ MAC 헤더 | IP 헤더 | TCP 헤더 | 데이터 조각 ]
   ↑다음 라우터   ↑최종 목적지

헤더	담는 정보
IP 헤더	최종 목적지 IP
MAC 헤더	다음 라우터의 MAC 주소

💡 IP는 송출만 한다(누락 확인 X, 그건 TCP 몫). 목적지 판단은 경로표를 쓰고, 넷마스크 0.0.0.0이면 기본 게이트웨이를 뜻한다. ARP(Address Resolution Protocol)로 IP 주소에 대응하는 MAC 주소를 알아낸다.

6. UDP — 간단한 송수신

수정 송신이 필요 없는 데이터는 UDP가 효율적이다.

상황	이유
짧은 제어(DNS 조회)	패킷 하나로 끝 → TCP 불필요
음성·영상	정해진 시간 내 ‘전부’ 전달해야 함

💡 TCP는 누락 회복 과정이 복잡하다. UDP는 전부 보내고 안 되면 다시 전부 보내는 단순함이 장점이라, 조회성 짧은 통신이나 실시간 스트리밍에 적합하다.

📝 정리

네트워크 소켓
├─ 소켓    프로토콜 스택 메모리의 제어 정보(디스크립터로 지정)
├─ 접속    connect → SYN/ACK 3-way
├─ 송수신  MTU 단위 + 시퀀스/ACK + 윈도우 제어
├─ 종료    close → FIN, 소켓은 몇 분 뒤 말소
├─ 패킷    MAC(다음)+IP(최종)+TCP 헤더, ARP로 MAC 조회
└─ UDP     짧은 제어·실시간에 효율적

개념	한 줄 정의
소켓	통신 제어 정보(메모리)
윈도우 제어	ACK 안 기다리고 연속 송신
ARP	IP → MAC 변환

소켓 통신의 핵심은 제어 정보(소켓)를 따라 TCP가 신뢰성 있게 데이터를 나르는 것이다. 시퀀스/ACK로 누락을 잡고, 윈도우 제어로 효율을 높이며, 단순한 통신은 UDP로 가볍게 처리한다.

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