1. IGMP

IGMP는 Client와 Router(L3 장비) 간의 Multicast 정보를 교환할 때 사용하는 Protocol로

Multicast Group에 대해 가입과 탈퇴를 유지하기 위하여 사용된다.

IGMP를 통하여 Multicast Group에 join을 할 거면 Client에서 데이터를 받기 원하는 Multicast 주소를 라우터에게 알려

Multicast Group에 가입시키고 더이상 Multicast 데이터를 받기를 원치 않으면 그룹에서 탈퇴하겠다는 메시지를 라우터에게 알린다.

또한 IGMP는 계속하여 Multicast 데이터를 받을 지를 묻는 Query 역할도 한다.

 2. IGMP Message

IGMP Message는 Query Message와 Report Message와 Leave Message 가 있다. 각 각에 대해 알아보면...

0x11   Membership Query : 라우터가 호스트에게 Multicast Group으로 발송하는 데이터를 받기 원하는지 묻는다.

0x12   IGMP version 1 Membership Report : Query에 대한 답변으로 IGMP version 1으로 받기를 원할 때 사용한다.

0x16   IGMP version 2 Membership Report : Query에 대한 답변으로 IGMP version 2로 받기를 원할 때 사용한다.

0x17   Leave Report : IGMP version 2에만 사용하는 Message로 데이터를 그만 받기를 원할 때 사용한다.

※ 각 Message에 대해 다음 Topology를 통해 알아보자.

1) Topology

※ R1을 가상으로 서버로 만들고 P1, P2, P3는 가상의 Client로 한다.

    P1에 이더넷 포트 중 하나는 VM-Ware Lan Card와 연결 시켜 IGMP Message에 대한 Capture를 한다.

2) Config

1> Basic Config

※ 각 라우터마다 공통적으로 설정한다. Multicasting Routing Protocol은 나중에 포스트로 다루어 보도록 한다.

2> Multicast Group 가입

※ Clinet 쪽인 P1에서 임시적인 방법으로 Join을 하여 IGMP v2 Membership Report를 보낸다.

    그리고 계속하여 Multicast Group에 Join 할 것인지 묻는 Membership Query를 받는다.

3> Multicast Group 탈퇴

※ Multicast Group에서 탈퇴함으로 Leave Report를 보낸다.

3) Analyze

1> Membership Query Message

※ Multicast Server가 Multicast가 가능한 Host에게 Query를 한다.(224.0.0.1)

2> IGMP version 2 Membership Report Message

※ Multicast Group에 Join 함으로 Membership Report 메시지를 보낸다. ip igmp version 1으로 하면 IGMP v1 Report 메시지가 올 것이다.

3> Leave Report

※ 그룹에서 탈퇴하면 Leave 메시지를 Multicast가 가능한 라우터에게 보낸다.(224.0.0.2)

>>> 이와 같이 IGMP를 통하여 Multicast Group에 가입할 지 탈퇴할 지 정보를 주고 받는다.

1. 개요

   멀티캐스트 주소는 멀티캐스트 그룹에 참여하는 구성원(Host Group)들을 확인하기 위
   한 주소를 말한다.  이 주소로 전송하면 이에 참여하는 여러 호스트들이 동시 수신.


2. 멀티캐스트 IP 주소 (3 계층)

   ㅇ Multicast Host Group Address
      - IP 멀티캐스트를 구현코자 IP 주소 체계상의 D 클래스로써 선두 4비트가 1110 으
        로 할당되였다.  이에따른 주소범위는 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 이다. 

   * IANA에서 특정목적의 관리용으로 사용하는 멀티캐스트 주소들은,
   ㅇ 224.0.0.0 : 예약됨
   ㅇ 224.0.0.1~224.0.0.255 : Well-Known Address으로 예약됨. IANA 관리. TTL=1.
                              주로 멀티캐스트 라우팅 프로토콜용.
      - 例 : 224.0.0.1  : Subnet에 있는 모든 호스트 그룹
             224.0.0.2  : Subnet에 있는 모든 라우터 그룹
             224.0.0.4  : 모든 DVMRP 라우터 그룹
             224.0.0.5  : 모든 OSPF 라우터 그룹(ALLSPFRouters),
             224.0.0.13 : 모든 PIM 라우터 그룹
             224.0.0.22 : IGMP v3 등

   * 실제 멀티캐스팅 응용을 위해 할당된 주소들은,
   ㅇ 224.0.1.0~238.255.255.255 : 실제 멀티캐스트 어플리케이션 용도
      - 232.0.0.0~232.255.255.255 : SSM(Source Specific Multicast) 용도
      - 233.0.0.0~233.255.255.255 : 하나의 AS 전체에 할당되는 주소
         . GLOP address
   ㅇ 239.0.0.0~239.255.255.255 : 사설망에서 사용 (Private)(Administrative Scoping)

   ※ 한편, IPv6 에서의 멀티캐스트 주소는 최상위 8 비트가 0xFF로 시작된다.


3. 멀티캐스트 Ethernet 주소 (2 계층)

  ㅇ 이더넷은 하드웨어에 의한 멀티캐스트를 구현
     - 멀티캐스트 주소를 구분하기 위해 최상위 Octet 중 최하위 비트가 1인 경우를
       멀티캐스트로 정하고 있다.
     - 즉, *1, *3, *5, *7, *9, *B, *D, *F 로 시작하는 주소          ☞ MAC 주소

  ㅇ 이더넷 상에서 IP 멀티캐스트용으로만 할당된 주소
     -  01 00 5E 로 시작함.  즉, 01 00 5E 00 00 00 ~ 01 00 5E FF FF FF
     -  매핑 방법은, IP 멀티캐스트 주소의 끝 23개 비트를,  멀티캐스트 Ethernet 주소
        00010000. 00000000. 01011110. 0 의 바로 뒤에 붙이는 방법을 사용한다.

IP주소와 서브넷마스크(Subnet Mask) 를 알고있을경우 네트워크주소와 브로드캐스트주소를 구하는 방법이다.

IP주소는 각각의 컴퓨터에 네트워크 관리자에의해 고정으로 혹은 DHCP가 유동으로 부여해준다.

서브넷마스크는 네트워크를 구성할때, IP를 몇개를 하나의 단위로 묶는가에 대한 32비트 값이다.

(고정IP를 할당받는 PC라면 네트워크 관리자에게 문의, DHCP로부터 받는 유동IP 이면 해당 IP클래스의 디폴트 서브넷일 것이다.)

네트워크주소는 해당 서브넷의 시작주소,

브로드캐스트주소는 해당 서브넷의 마지막 주소로 보면 된다.

예1)

내 컴퓨터의 IP주소가 165.132.120.10 이고,

서브넷마스크가 255.255.252.0 이라고 가정하자.

이를 32비트로 표현하면

IP주소는 10100101 10000100 01111000 01100100

서브넷은 11111111 11111111 11111100 00000000 이다.

IP주소와 서브넷마스크를 비트 AND 연산을 수행하면 네트워크주소를 얻을 수 있다.

10100101 10000100 01111000 01100100

11111111 11111111 11111100 00000000

----------------------------------------------------------

10100101 10000100 01111000 00000000 <- 이것이 네트워크 주소 즉, 165.132.120.0 이다.

얻어진 네트워크 주소에서 서브넷마스크의 0으로된 비트를 모두 1로 바꾸어주면 브로드캐스트 주소를 얻을 수있다.

10100101 10000100 01111000 00000000 (네트워크주소) 에서 마지막 10개 비트(서브넷에서의 0에 해당하는 비트)를 1로 바꾸면,

10100101 10000100 01111011 11111111 <- 이것이 브로드캐스트 주소 즉, 165.132.123.255 이다.

그러므로 내 컴퓨터가 사용하는 IP주소 165.132.120.10 이 속한 네트워크는 165.132.120.0 ~ 165.132.123.255 이다.

예2)

내 컴퓨터의 IP주소가 165.132.120.10 이고,

서브넷마스크가 IP클래스 기본 서브넷마스크인 255.255.0.0 이라고 가정하면(즉, 서브넷이 없는경우)

비트 AND연산 없이 쉽게 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소를 구할 수있다.

클래스 기본 서브넷마스크일경우, 165.132.120.10 이 클래스 B에 해당하는 IP주소이므로

165.132.0.0 이 네트워크 주소가 되고,

165.132.255.255 가 브로드캐스트 주소가 된다.

마찬가지로 서브넷마스크가 모두 255로 되어있는경우(1의 갯수가 8배수) 에도 쉽게 눈으로도 구할 수있다.

165.132.120.10 IP를 사용하고 서브넷이 255.255.255.0 이라면

네트워크주소는 165.132.120.0, 브로드캐스트주소는 165.132.120.255가 된다.

소켓 옵션

- SOL_SOCKET

*참고 - shutdown() 함수

- IPPROTO_IP

- IPPROTO_TCP

1. socket : 소켓을 생성

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

반환 값 :

정상(fd >0), 실패(-1)

ERR_NO 

  EAFNOSUPPORT : Address Family를 지원하지 않음.

  EMFILE : 프로세스에서 더 이상 fd 생성 불가

  ENFILE : 시스템에서 더 이상 fd 생성 불가

매개변수 :

domain : Address Family ( AF_INET, AF_INET6 ...)

type : SOCK_STREAM(TCP), SOCK_DGRAM(UDP)

protocol : IPPROTO_TCP, IPPROTO_UDP

2. bind : 소켓을 주소에 묶는다.

#include <sys/socket.h>

int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);

반환 

정상(0), 실패(-1)

ERR_NO

  EADDRINUSE : 지정한 주소가 사용 중

  EADDRNOTAVAIL : 이 시스템에서 사용할 수 없는 주소

  EBADF : socket 매개변수가 잘못된 fd

  EINVAL : socket은 이미 다른 주소로 bind되었다, 소켓 종료, 

                새로운 주소로 bind를 지원하지 않음.

매개변수

socket : socket file descriptor( socket()로 생성된)

address : 주소

address_len : address의 크기

3. 주소 구조체.

struct sockaddr {
    u_short sa_family;
    char    sa_data[14];
};

struct sockaddr_in {
        short   sin_family;
        u_short sin_port;
        struct  in_addr sin_addr;
        char    sin_zero[8];
};

struct in_addr {
    __u32   s_addr;
};

sockaddr은 주소 체계의 인터페이스와 같은 역할을 한다고 함.

우리가 사용하는 주소체계인 sockddr_in의 경우 sin_zero[8]이라는 패딩을 시키는 장면을 볼 수 있다.

in_addr의 경우는 32비트 데이터 형이다.

ex)

sockaddr_in addr;
addr.sin_family = PF_INET;
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
addr.sin_port = htons(1234);

bind(..., (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));

4. listen 함수 : 네트워크 시스템의 들어오는 연결 요청을 임시로 저장하는 큐(accept 전까지)

#include <sys/socket.h>

int listen(int socket, int backlog);

반환 

성공(0), 실패(-1)

ERR_NO

  EBADF : socket 변수가 잘못된 디스크립터

  EDESTADDRREQ : bind가 되지 않았음.

  EINVAL : socket이 이미 연결됨.

매개변수

socket : listen을 할 소켓

backlog : Q의 크기

5. accept 함수 : 큐에 있는 연결 요청을 수락하여 처리한다.

#include <sys/socket.h>

int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address, socklen_t *restrict address_len);

반환

성공(fd >= 0) 실패(-1)

ERR_NO

  EAGAIN or EWOULDBLOCK : O_NONBLOCK옵션이 소켓 fd에 대해 설정되어 있으면, 

                                            현재 수락할 연결 요청이 없음.

  EBADF : socket이 잘못된 fd임.

  ECONNABORTED : 연결이 취소됨.

  EOPNOTSUPP : socket fd가 연결 수락을 지원하지 않음.

매개변수

socket : accept할 소켓 fd

address : 연결 성공이되면 상대방의 주소를 담아옴.

address_len : address의 크기를 담아옴.

6. connect 함수

#include <sys/socket.h>

int connect(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);

반환

성공(0), 실패(-1)

ERR_NO

  EALREADY : 연결 요청이 이미 소켓에서 수행 중이다.

  EBADF : socket 잘못된 fd

  ECONNREFUSED : 타겟이 연결을 대기하지 않거나 연결을 거절하였다.

  EISCONN : 지정한 소켓이 연결 모드에 있고 이미 연결 되었다.

매개변수

socket : 접속에 사용할 socket fd

address : 접속할 서버의 address

address_len : address의 크기

7. IP주소 관련.

#include <arpa/inet.h>

in_addr_t inet_addr(const char *cp);
char *inet_ntoa(const struct in_addr in);

unsigned long htonl (unsigned long hostlong);
unsigned short htons (unsigned short hostshort);
unsigned long ntohl (unsigned long netlong);
unsigned short ntohs (unsigned short netshort);

inet_addr : "127.0.0.1" ->32비트 정수형으로 변환

inet_ntoa : 32비트 정수형을 dotted decimal("127.0.0.1") 형태로 

htonl : Host(littel endian) TO Network(big endian)  Long

htons : Host(littel endian) TO Network(big endian)  Short

ntohl : Network TO Host Long

ntohs : Network TO Host Short

• 어떤 시스템 콜을 호출하였을 때 네트워크 시스템이 동작을 완료할 때까지 그 시스템 콜에서 프로세스가 멈춤
• 소켓 생성시 디폴트 blocking 모드
• listen(),connect(), accept(), recv(), send(), read(), write(), recvfrom(), sendto(), close()
• block 될 수 있는 소켓 시스템 콜
• I/O시 처리가 될 때까지 기다려야 함. 비 동기적인 작업 수행 불가능
• 일 대 일 통신을 하거나 프로그램이 한가지 작업만 하면 되는 경우는 blocking 모드로 프로그램을 작성할 수 가능

Non-blocking 모드

• 소켓 관련 시스템 콜에 대하여 네트워크 시스템이 즉시 처리할 수 없는 경우라도 시스템 콜이 바로 리턴되어 응용 프로그램이 block되지 않게 하는 소켓 모드
• 통신 상대가 여럿이거나 여러 가지 작업을 병행하려면 nonblocking 또는 비동기 모드를 사용하여야 한다.
• non-blocking 모드를 사용하는 경우에는 일반적으로 어떤 시스템 콜이 성공적으로 실행될 때까지 계속 루프를 돌면서 확인하는 방법(폴링)을 사용한다. 

4.2.2 select/poll 의 이용

#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <errno.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <arpa/inet.h> 
#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
#include <sys/time.h> 
#include <sys/types.h> 
 
int main(int argc, char **argv) 
{ 
    int server_sockfd, client_sockfd; 
    int client_len, n; 
    int state; 
    char buf[80]; 
    struct sockaddr_in clientaddr, serveraddr; 
 
    // select time out 설저을 위한 timeval 구조체     
    struct timeval tv; 
    fd_set readfds; 
 
    client_len = sizeof(clientaddr); 
    if ((server_sockfd = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) 
    { 
        perror("socket error : "); 
        exit(0); 
    } 
    bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr)); 
    serveraddr.sin_family = AF_INET; 
    serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); 
 
    bind (server_sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr)); 
    listen(server_sockfd, 5); 
 
    while(1) 
    { 
        memset(buf, 0x00, 80); 
        client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, 
                            &client_len); 
        // client_sockfd 의 입력검사를 위해서  
        // fd_set 에 등록한다.  
        FD_ZERO(&readfds); 
        FD_SET(client_sockfd, &readfds); 
        // 약 5초간 기다린다.  
        tv.tv_sec = 5; 
        tv.tv_usec = 10; 
 
        // 입력이 있는지 기다린다.  
        state = select(client_sockfd+1, &readfds, 
                        (fd_set *)0, (fd_set *)0, &tv); 
        switch(state) 
        { 
            case -1: 
                perror("select error :"); 
                exit(0); 
            // 만약 5초안에 아무런 입력이 없었다면  
            // Time out 발생상황이다.  
            case 0: 
                printf("Time out error\n"); 
                break; 
            // 5초안에 입력이 들어왔을경우 처리한다.  
            default: 
                if ((n = read(client_sockfd, buf, 80)) <= 0) 
                { 
                    perror("read error : "); 
                    usleep(10); 
                    break; 
                } 
                if (write(client_sockfd, buf, 80) <=0) 
                { 
                    perror("write error : "); 
                    break; 
                } 
                break; 
        } 
        close(client_sockfd); 
    } 
} 
 

#include <sys/stat.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <errno.h>  
  
int ConnectWait(int sockfd, struct sockaddr *saddr, int addrsize, int sec)  
{  
    int newSockStat;  
    int orgSockStat;  
    int res, n;  
    fd_set  rset, wset;  
    struct timeval tval;  
  
    int error = 0;  
    int esize;  
  
    if ( (newSockStat = fcntl(sockfd, F_GETFL, NULL)) < 0 )   
    {  
        perror("F_GETFL error");  
        return -1;  
    }  
  
    orgSockStat = newSockStat;  
    newSockStat |= O_NONBLOCK;  
  
    // Non blocking 상태로 만든다.   
    if(fcntl(sockfd, F_SETFL, newSockStat) < 0)  
    {  
        perror("F_SETLF error");  
        return -1;  
    }  
  
    // 연결을 기다린다.  
    // Non blocking 상태이므로 바로 리턴한다.  
    if((res = connect(sockfd, saddr, addrsize)) < 0)  
    {  
        if (errno != EINPROGRESS)  
            return -1;  
    }  
  
    printf("RES : %d\n", res);  
    // 즉시 연결이 성공했을 경우 소켓을 원래 상태로 되돌리고 리턴한다.   
    if (res == 0)  
    {  
        printf("Connect Success\n");  
        fcntl(sockfd, F_SETFL, orgSockStat);  
        return 1;  
    }  
  
    FD_ZERO(&rset);  
    FD_SET(sockfd, &rset);  
    wset = rset;  
  
    tval.tv_sec        = sec;      
    tval.tv_usec    = 0;  
  
    if ( (n = select(sockfd+1, &rset, &wset, NULL, NULL)) == 0)  
    {  
        // timeout  
        errno = ETIMEDOUT;      
        return -1;  
    }  
  
    // 읽거나 쓴 데이터가 있는지 검사한다.   
    if (FD_ISSET(sockfd, &rset) || FD_ISSET(sockfd, &wset) )  
    {  
        printf("Read data\n");  
        esize = sizeof(int);  
        if ((n = getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, (socklen_t *)&esize)) < 0)  
            return -1;  
    }  
    else  
    {  
        perror("Socket Not Set");  
        return -1;  
    }  
  
  
    fcntl(sockfd, F_SETFL, orgSockStat);  
    if(error)  
    {  
        errno = error;  
        perror("Socket");  
        return -1;  
    }  
  
    return 1;  
}  
  
int main(int argc, char **argv)  
{  
    struct sockaddr_in serveraddr;  
    int sockfd;  
    int len;  
  
    if ( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0 )  
    {  
        perror("error");  
        return 1;  
    }  
    serveraddr.sin_family = AF_INET;  
    serveraddr.sin_family = AF_INET;  
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));  
  
    len = sizeof(serveraddr);  
  
    if (ConnectWait(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, len, 5) < 0)  
    {  
        perror("error");  
    }  
    else  
    {  
        printf("Connect Success\n");  
    }  
    while(1)  
    {  
        sleep(1);  
    }  
    close(sockfd);  
}