[Network]Socket vs WebSocket
소켓(Socket)이란?
소켓(Socket) 은 네트워크를 경유하는 프로세스 간 통신의 종착점. OSI 7계층 중 응용 계층에 속하는 프로세스들은 데이터 송수신을 위해 반드시 소켓을 거쳐 전송 계층으로 데이터를 전달해야한다. 즉, 소켓은 전송 계층과 응용 프로그램 사이의 인터페이스 역할을 하며 떨어져 있는 두 호스트를 연결해준다.
소켓은 아래의 요소들을 담고 있는 하나의 파일인 것이다.
- 프로토콜
- 상대와 자신의 IP 주소
- Port 번호
- 통신 동작 진행 상태
소켓에 담기는 정보 심화편+ with GPT
✅ 소켓(Socket)의 기본 구성 정보
소켓은 단순한 ‘연결’이 아니라, 네트워크 통신을 위한 컨텍스트(Context)입니다. 즉, 소켓을 생성하면 다음과 같은 중요한 정보들이 내부에 저장됩니다:
| 정보 항목 | 설명 |
|---|---|
| IP 주소 | 로컬 IP / 원격 IP |
| Port 번호 | 로컬 포트 / 원격 포트 |
| 프로토콜 | TCP 또는 UDP |
| 소켓 타입 | 스트림(SOCK_STREAM) 또는 데이터그램(SOCK_DGRAM) |
| 소켓 상태 | 연결 대기 중, 연결됨, 종료됨 등 |
| 파일 디스크립터 | 소켓을 식별하는 정수값(리눅스에서 중요한 역할) |
| 버퍼 정보 | 수신/송신 버퍼 (임시 저장 공간) |
| 옵션 값들 | SO_REUSEADDR, TCP_NODELAY 등 다양한 소켓 옵션 |
이 정보들은 운영체제 커널의 소켓 구조체(struct socket, struct sock)에 저장되며, 네트워크 통신의 흐름을 관리하는 데 사용됩니다.
🧾 리눅스에서 소켓은 “파일”이다?
✅ 소켓은 파일 디스크립터(File Descriptor)를 통해 다뤄진다
- 리눅스에서 소켓은 int 형식의 파일 디스크립터(fd) 로 표현됩니다.
- 즉, socket()을 호출하면 open()처럼 파일 핸들처럼 정수 값을 반환합니다.
1
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
- fd는 마치 open(“/path/to/file”) 했을 때 반환되는 파일 핸들과 동일한 방식으로 사용됩니다.
🧠 왜 “파일처럼” 다룰까?
리눅스는 모든 것을 파일로 취급하는 철학을 따릅니다.
→ “Everything is a file” (파일, 디렉토리, 파이프, 소켓 등)
따라서 소켓도 다음과 같이 파일 기반 함수들로 제어가 가능합니다:
| 함수 | 설명 |
|---|---|
| read(fd, buf, len) | 소켓 수신 |
| write(fd, buf, len) | 소켓 송신 |
| close(fd) | 소켓 종료 |
| select() / poll() / epoll() | 파일/소켓 이벤트 감지 |
즉, 소켓도 파일처럼 읽고 쓸 수 있는 스트림 자원으로 통일된 방식으로 취급됩니다.
📂 /proc, /dev, /sys에선 어떻게 보일까?
/proc/{PID}/fd/{n}→ 현재 프로세스의 n번째 파일 디스크립터가 어떤 소켓을 가리키는지 볼 수 있음
1
2
// 출력 예시
lrwx------ 1 user user 64 6월 3 14:40 3 -> socket:[123456]
- socket:[123456]는 커널 내부 소켓 테이블의 고유 ID입니다.
- netstat, ss, lsof -i 같은 명령어를 통해 어떤 포트가 열려 있고, 어떤 소켓이 어떤 프로세스에 열려 있는지 확인할 수 있습니다.
🔧 소켓 타입 요약
| 프로토콜 계열 | 소켓 타입 | 설명 |
|---|---|---|
| AF_INET (IPv4) | SOCK_STREAM | TCP 연결용 |
| AF_INET (IPv4) | SOCK_DGRAM | UDP 패킷용 |
| AF_UNIX (Unix 도메인) | SOCK_STREAM | 프로세스 간 통신용 (로컬) |
| AF_UNIX | SOCK_DGRAM | 비연결형 로컬 메시지 전송 |
소켓의 종류
소켓은 프로토콜에 따라 두가지로 나뉜다.
- 스트림 소켓
- TCP 방식을 사용하는 연결지향 방식 의 소켓
- 송수신자의 연결을 보장하여 신뢰성있는 데이터 송수신이 가능
- 데이터의 순서 보장
- 소량의 데이터보다 대량 데이터 전송에 적합
- 점대점 연결
- 데이터그램 소켓
- UDP 방식을 사용하는 비연결 방식의 소켓
- 데이터의 순서와 신뢰성을 보장하기 어려움
- 점대점 뿐만 아니라 일대다 연결도 가능
- accept 과정 없이 소켓 생성 후 바로 데이터 송수신
스트림 소켓(TCP) 통신 흐름
서버는 아래와 같은 흐름으로 진행됩니다.
- 소켓 생성
- 바인딩(ip, port 번호 설정)
- listen()으로 클라이언트 요청에 대기열을 만들어 몇개의 클라이언트를 대기시킬지 결정
- accept(): 소켓 연결 요청이 오면, 3way-handshake 과정이 진행되고 클라이언트와 연결
- 데이터 송수신
- 소켓 닫기
클라이언트는 아래와 같은 흐름으로 진행됩니다.
- 소켓 생성
- listen 상태인 서버의 소켓에 연결 요청
- 3way-handshake 과정이 진행되고, 완료되면 소켓 상태가 Established로 바뀜
- 데이터 송수신
- 소켓 닫기
스트림 소켓(TCP) 통신 흐름에서 가장 중요한 것은 accept()
WebSocket이란?
WebSocket은 웹 브라우저 환경에서 서버와 지속적인 양방향 통신 을 할 수 있도록 하기 위해 만들어진 프로토콜입니다.
기존 HTTP 방식으로는 실시간 통신이 비효율적이었기 때문에, WebSocket은 TCP 위에 경량화된 통신 프레임 구조를 얹어 더 효율적으로 통신할 수 있게 합니다.
WebSocket 등장 배경
기존 HTTP는 요청-응답 구조만을 가지고 있었습니다. 따라서 웹 브라우저가 서버로부터 실시간으로 데이터를 받고 싶다면, 지속적으로 새 요청을 보내거나 *long poling 이라는 우회 방식을 사용해야 했습니다.
Polling과 비슷하게 일정 주기마다 요청을 보내지만 서버가 응답을 바로 전달하지 않고 특정 이벤트나 타임아웃이 발생했을 때 응답을 전달하는 방식
이는 *네트워크 오버헤드가 발생하고 실시간 통신에 적합한 구조는 아니었습니다.
불필요한 HTTP 헤더 등
하지만 웹 브라우저는 보안을 위해 임의의 TCP 포트로 직접 소켓을 연결할 수 없습니다. 따라서 브라우저에서 사용할 수 있는 안전한 TCP 소켓이 필요했고, WebSocket이 등장하게 되었습니다.
WebSocket 통신 흐름
WebSocket은 HTTP를 통해 연결을 수립하고, 연결된 다음부턴 TCP 소켓을 통해 실시간 양방향 통신을 지원합니다.
클라이언트 -> 서버
웹소켓의 통신 요청은 HTTP 버전 1.1 이상, GET 메소드를 사용해야 함.
1
2
3
4
5
6
GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13
서버 -> 클라이언트
101은 HTTP에서 WS로 프로토콜 전환이 승인되었다는 응답코드.
1
2
3
4
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
WebSocket 통신 방식
WebSocket 연결이 수립되면, 이후 모든 데이터는 프레임 단위(Frame)로 전송됩니다.
프레임은 WebSocket 프로토콜이 정의한 최소 단위로, 각각의 메시지를 작은 조각으로 나누어 전송하고, 다시 합쳐 하나의 메시지로 만듭니다.
프레임은 작은 헤더 + payload 로 구성되어 있습니다.
주요 필드
| 필드 | 설명 |
|---|---|
| FIN | 마지막 프레임 여부 (1이면 메시지 끝) |
| RSV1~3 | 확장용 예약 비트 (보통 0) |
| opcode | 데이터의 유형 (텍스트, 바이너리, 제어 메시지 등) |
| Mask | 클라이언트 → 서버 전송 시 항상 1 (데이터 마스킹됨) |
| Payload length | 데이터 길이 (7비트, 16비트, 64비트로 확장 가능) |
| Masking key | 실제 데이터의 XOR 마스킹 키 (클라이언트 → 서버일 때만 존재) |
| Payload data | 실제 전송되는 데이터 (텍스트/바이너리 등) |
프레임 타입 (opcode)
| opcode | 종류 | 설명 |
|---|---|---|
| 0x0 | Continuation | 이어지는 메시지 조각 |
| 0x1 | Text | UTF-8 텍스트 데이터 |
| 0x2 | Binary | 바이너리 데이터 |
| 0x8 | Connection Close | 연결 종료 |
| 0x9 | Ping | 서버 상태 체크 (클라이언트가 보냄) |
| 0xA | Pong | Ping 응답 (서버가 보냄) |