[네트워크 프로그래밍] Week 4: 네트워크 프로토콜 심화 (UDP 및 멀티캐스트)

네트워크 프로토콜 심화 (UDP 및 멀티캐스트)

 

Day 1: UDP 프로토콜 개요

 

강의 내용:

1. UDP 프로토콜의 개념
   • UDP의 정의와 특징
   • TCP와의 비교 (연결형 vs 비연결형)
2. UDP의 장단점
   • 장점: 빠른 데이터 전송, 낮은 오버헤드
   • 단점: 신뢰성 부족, 데이터 순서 보장 없음
3. UDP 사용 사례
   • 실시간 애플리케이션 (VoIP, 스트리밍)
   • DNS, DHCP 등의 네트워크 서비스

실습:

• UDP 기본 통신 예제

# UDP 서버
import socket

def start_udp_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    server_socket.bind(('localhost', 12345))
    print("UDP 서버가 포트 12345에서 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', 12345))
    data, addr = client_socket.recvfrom(1024)
    print(f"서버로부터 받은 데이터: {data.decode()}")
    client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    start_udp_client()

 

Day 2: UDP 심화 - 데이터그램 통신

강의 내용:

1. 데이터그램 통신의 개념
   • 데이터그램의 정의와 특성
   • 패킷 기반 통신의 장점과 단점
2. UDP 패킷 구조
   • 헤더 구조 (소스 포트, 목적지 포트, 길이, 체크섬)
   • 데이터 부분
3. UDP 통신에서의 오류 처리
   • 패킷 손실 및 중복 처리
   • 패킷 재전송 기법

실습:

• 데이터그램 통신 구현 및 오류 처리

# UDP 서버 - 오류 처리 포함
import socket

def start_udp_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    server_socket.bind(('localhost', 12345))
    print("UDP 서버가 포트 12345에서 대기 중입니다.")

    while True:
        data, addr = server_socket.recvfrom(1024)
        if data:
            print(f"{addr}로부터 받은 데이터: {data.decode()}")
            server_socket.sendto(data, addr)
        else:
            print("오류: 데이터가 수신되지 않았습니다.")

if __name__ == "__main__":
    start_udp_server()

# UDP 클라이언트 - 재전송 포함
import socket
import time

def start_udp_client():
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    message = b"Hello, UDP Server!"
    client_socket.sendto(message, ('localhost', 12345))

    try:
        data, addr = client_socket.recvfrom(1024)
        print(f"서버로부터 받은 데이터: {data.decode()}")
    except socket.timeout:
        print("오류: 서버로부터 응답이 없습니다.")
        client_socket.sendto(message, ('localhost', 12345))

    client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    start_udp_client()

 

Day 3: 멀티캐스트 개요

강의 내용:

1. 멀티캐스트의 개념
   • 멀티캐스트 정의와 필요성
   • 유니캐스트, 브로드캐스트와의 비교
2. 멀티캐스트 주소
   • 클래스 D IP 주소 범위 (224.0.0.0 ~ 239.255.255.255)
   • 멀티캐스트 그룹 가입 및 탈퇴
3. 멀티캐스트 응용 사례
   • 실시간 스트리밍, 온라인 게임
   • 멀티캐스트 DNS (mDNS), IPTV

실습:

• 멀티캐스트 기본 통신 예제

# 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 4: UDP 멀티캐스트 통신

강의 내용:

1. 멀티캐스트 그룹 관리
   • 멀티캐스트 그룹 가입 및 탈퇴
   • IGMP (Internet Group Management Protocol)
2. 멀티캐스트 소켓 설정
   • 멀티캐스트 TTL 설정
   • 멀티캐스트 루프백 제어
3. 멀티캐스트 통신 최적화
   • 대역폭 관리
   • 패킷 손실 처리

실습:

• UDP 멀티캐스트 통신 실습

# 멀티캐스트 서버 - TTL 및 루프백 설정 포함
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)
    sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_MULTICAST_TTL, 32)
    sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_MULTICAST_LOOP, 1)

    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 - TTL 및 루프백 설정 포함
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 5: TCP와 UDP의 심화 학습 및 구현

강의 내용:

1. TCP와 UDP의 심화 비교
   • 성능 비교
   • 응용 사례 비교
2. 네트워크 트래픽 분석
   • Wireshark를 이용한 패킷 캡처 및 분석
   • TCP와 UDP 패킷 구조 분석
3. 네트워크 프로토콜 최적화
   • TCP와 UDP의 최적화 기법
   • 실제 애플리케이션의 프로토콜 선택

실습:

• Wireshark를 이용한 TCP와 UDP 패킷 분석

### 실습: Wireshark를 이용한 패킷 분석
1. Wireshark 설치 및 설정
2. TCP와 UDP 패킷 캡처
3. 패킷 구조 분석 및 비교
4. 성능 비교를 위한 트래픽 분석 보고서 작성

 

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 UDP와 멀티캐스트 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.