[네트워크 프로그래밍] Week 3: 네트워크 프로토콜 심화 (TCP)

네트워크 프로토콜 심화 (TCP)

 

Day 1: TCP 연결 설정과 해제

 

강의 내용:

1. TCP 프로토콜의 기본 개념
   • TCP의 역할과 특징
   • 신뢰성 있는 데이터 전송 보장
2. TCP 연결 설정 (3-Way Handshake)
   • SYN, SYN-ACK, ACK 패킷
   • 연결 설정 과정의 상세 설명
3. TCP 연결 해제 (4-Way Handshake)
   • FIN, ACK 패킷
   • 연결 해제 과정의 상세 설명

실습:

• TCP 연결 설정과 해제 과정 실습

# TCP 서버
import socket

def start_tcp_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.bind(('localhost', 12345))
    server_socket.listen(5)
    print("TCP 서버가 포트 12345에서 대기 중입니다.")

    while True:
        client_socket, addr = server_socket.accept()
        print(f"{addr}와 연결되었습니다.")
        data = client_socket.recv(1024)
        print(f"받은 데이터: {data.decode()}")
        client_socket.sendall(data)
        client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    start_tcp_server()

# TCP 클라이언트
import socket

def start_tcp_client():
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    client_socket.connect(('localhost', 12345))
    client_socket.sendall(b"Hello, Server!")
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f"서버로부터 받은 데이터: {data.decode()}")
    client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    start_tcp_client()

 

Day 2: TCP 흐름 제어

강의 내용:

1. 흐름 제어의 필요성
   • 송신자와 수신자의 속도 차이 해결
   • 데이터 손실 방지
2. TCP의 흐름 제어 기법
   • 윈도우 크기와 슬라이딩 윈도우
   • 윈도우 크기 조정 알고리즘
3. 실시간 흐름 제어
   • 윈도우 크기 조절을 통한 데이터 전송 속도 제어
   • 실시간 흐름 제어 시뮬레이션

실습:

• TCP 흐름 제어 실습

# TCP 서버 흐름 제어 구현
import socket

def start_tcp_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.bind(('localhost', 12345))
    server_socket.listen(5)
    print("TCP 서버가 포트 12345에서 대기 중입니다.")

    while True:
        client_socket, addr = server_socket.accept()
        print(f"{addr}와 연결되었습니다.")
        while True:
            data = client_socket.recv(1024)
            if not data:
                break
            print(f"받은 데이터: {data.decode()}")
            client_socket.sendall(data)
        client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    start_tcp_server()

# TCP 클라이언트 흐름 제어 구현
import socket
import time

def start_tcp_client():
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    client_socket.connect(('localhost', 12345))
    for i in range(10):
        client_socket.sendall(f"Message {i}".encode())
        time.sleep(1)
    client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    start_tcp_client()

 

Day 3: TCP 혼잡 제어

강의 내용:

1. 혼잡 제어의 필요성
   • 네트워크 혼잡 방지
   • 효율적인 네트워크 자원 사용
2. TCP 혼잡 제어 알고리즘
   • Slow Start
   • Congestion Avoidance
   • Fast Retransmit
   • Fast Recovery
3. 혼잡 제어 시뮬레이션
   • 혼잡 제어 알고리즘 시뮬레이션
   • 네트워크 혼잡 상황에서의 데이터 전송

실습:

• TCP 혼잡 제어 실습

### 실습: 혼잡 제어 알고리즘 시뮬레이션
1. Slow Start와 Congestion Avoidance 알고리즘을 시뮬레이션 코드로 구현
2. 혼잡 상황에서의 패킷 전송 시나리오 작성
3. 각 알고리즘의 동작을 시각적으로 확인 및 분석

 

Day 4: TCP 및 UDP 비교

강의 내용:

1. TCP와 UDP의 차이점
   • 연결형 프로토콜 (TCP) vs 비연결형 프로토콜 (UDP)
   • 신뢰성 보장 (TCP) vs 신속성 보장 (UDP)
2. 사용 사례 비교
   • TCP의 사용 사례 (웹 브라우징, 이메일 등)
   • UDP의 사용 사례 (실시간 스트리밍, 온라인 게임 등)
3. 성능 비교
   • 데이터 전송 속도 비교
   • 신뢰성 및 데이터 손실 비교

실습:

• TCP 및 UDP 성능 비교 실습

# UDP 서버
import socket

def start_udp_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    server_socket.bind(('localhost', 12346))
    print("UDP 서버가 포트 12346에서 대기 중입니다.")

    while True:
        data, addr = server_socket.recvfrom(1024)
        print(f"{addr}로부터 받은 데이터: {data.decode()}")
        server_socket.sendto(data, addr)

if __name__ == "__main__":
    start_udp_server()

# UDP 클라이언트
import socket

def start_udp_client():
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    message = b"Hello, UDP Server!"
    client_socket.sendto(message, ('localhost', 12346))
    data, addr = client_socket.recvfrom(1024)
    print(f"서버로부터 받은 데이터: {data.decode()}")
    client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    start_udp_client()

 

Day 5: 멀티캐스트와 브로드캐스트

강의 내용:

1. 멀티캐스트의 개념
   • 멀티캐스트의 정의와 필요성
   • 멀티캐스트 주소와 그룹
2. 브로드캐스트의 개념
   • 브로드캐스트의 정의와 필요성
   • 브로드캐스트 주소와 사용 사례
3. Python에서의 멀티캐스트 및 브로드캐스트 구현
   • 멀티캐스트 소켓 설정
   • 브로드캐스트 소켓 설정

실습:

• 멀티캐스트 및 브로드캐스트 실습

# 멀티캐스트 서버
import socket
import struct

def start_multicast_server():
    multicast_group = '224.3.29.71'
    server_address = ('', 12345)

    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    sock.bind(server_address)

    group = socket.inet_aton(multicast_group)
    mreq = struct.pack('4sL', group, socket.INADDR_ANY)
    sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_ADD_MEMBERSHIP, mreq)

    while True:
        print("멀티캐스트 대기 중...")
        data, address = sock.recvfrom(1024)
        print(f"{address}로부터 받은 데이터: {data.decode()}")

if __name__ == "__main__":
    start_multicast_server()

# 멀티캐스트 클라이언트
import socket

def start_multicast_client():
    multicast_group = '224.3.29.71'
    server_address = ('localhost', 12345)

    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    message = b"Hello, Multicast Server!"
    
    sock.sendto(message, server_address)
    print("멀티캐스트 메시지 전송 완료")

if __name__ == "__main__":
    start_multicast_client()

 

Day 6: 프로젝트 준비

강의 내용:

1. 프로젝트 주제 선정 및 요구사항 분석
   • 네트워크 프로토콜 프로젝트 주제 논의
   • 팀 구성 및 역할 분담
2. 프로젝트 계획 수립
   • 프로젝트 목표 및 요구사항 정의
   • 프로젝트 타임라인 설정
   • 프로젝트 도구 및 환경 설정

실습:

• 프로젝트 계획서 작성 및 공유

### 실습: 프로젝트 계획서 작성
1. 프로젝트 목표 정의
2. 기능 명세서 작성
3. 개발 일정 및 마일스톤 설정
4. 역할 분담 및 작업 계획 수립
5. GitHub 저장소 생성 및 초기화

 

이 강의는 TCP 프로토콜의 심화 내용을 다루며, 실습을 통해 이론을 실제로 적용해보고 네트워크 프로토콜의 동작 원리와 성능 최적화 기법을 이해하는 것을 목표로 합니다. 각 주제별로 실습 예제를 통해 개념을 명확히 이해하고 실제 코드를 작성해보는 기회를 제공합니다.