TCP 클라이언트

TcpClient 클래스

.NET Framework에서 TCP 클라이언트 프로그램을 개발하기 위해서는 System.Net.Sockets.TcpClient 클래스를 사용할 수 있다. TcpClient 클래스는 내부적으로 System.Net.Sockets.Socket 클래스 기능들을 사용하여 TCP 기능을 구현하고 있다. TCP는 기본적으로 IP와 포트를 필요로 하는데, IP가 호스트까지 연결하는데 비해 TCP는 호스트내 포트까지 연결하여 해당 포트에서 기다리고 응용프로그램까지 도달한다.

TcpClient 사용법

TcpClient 클래스를 어떻게 사용하는지 살펴보기 위해 아주 단순화된 예제를 살펴보자. 아래 예제는 간단한 메시지를 TCP 서버에 보내고 응답을 읽어 화면에 표시하는 간단한 프로그램이다.

using System;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

namespace TcpCli
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // (1) IP 주소와 포트를 지정하고 TCP 연결 
            TcpClient tc = new TcpClient("127.0.0.1", 7000);
            //TcpClient tc = new TcpClient("localhost", 7000);

            string msg = "Hello World";
            byte[] buff = Encoding.ASCII.GetBytes(msg);

            // (2) NetworkStream을 얻어옴 
            NetworkStream stream = tc.GetStream();

            // (3) 스트림에 바이트 데이타 전송
            stream.Write(buff, 0, buff.Length);

            // (4) 스트림으로부터 바이트 데이타 읽기
            byte[] outbuf = new byte[1024];
            int nbytes = stream.Read(outbuf, 0, outbuf.Length);
            string output = Encoding.ASCII.GetString(outbuf, 0, nbytes);

            // (5) 스트림과 TcpClient 객체 닫기
            stream.Close();
            tc.Close();

            Console.WriteLine($"{nbytes} bytes: {output}");
        }
    }
}

위 예제를 각 스텝별로 살펴보면,

1. TCP 클라이언트가 서버에 연결하기 위해서는 IP 주소와 포트가 필요하다. 위와 같이 TcpClient 생성자에서 IP와 포트를 주면 자동으로 TCP Connection을 연결한다. 생성자에 이들 파라미터를 주지 않은 경우 나중에 Connect() 메서드를 호출하여 명시적으로 연결할 수도 있다. 또한, IP 주소 대신 호스트명 (예: www.csharpstudy.com) 을 주면, 이를 DNS 를 통해 IP 로 변경해서 연결한다.
2. TcpClient의 GetStream() 메서드는 TCP 네트워크 스트림을 리턴한다. 이 네트워크 스트림을 이용해서 네트워크으로 데이타 송수신하게 된다.
3. NetworkStream의 Write() 메서드를 사용하여 바이트들을 서버로 보낸다. 네트워크 데이타 송수신은 기본적으로 바이트 데이타를 사용하는데, 따라서 문자열을 보낼 경우 먼저 바이트로 인코딩한 후 보내게 된다. 일반 영문은 ASCII로 인코딩하고, 한글 등 비영문 문자열은 UTF 인코딩을 사용할 수 있다.
4. NetworkStream의 Read() 메서드를 사용하여 바이트 데이타를 서버에서 읽어온다. 여기서 한가지 주목할 점은 위의 예제는 개념을 설명하기 위해 Read()를 한번만 호출했지만, 실무에서는 이렇게 코딩해서는 안된다는 점이다. 일반적으로 TCP에서 데이타를 보내면 비록 코드에서는 한번 호출할 지라도 실제로는 여러번 나뉘어져 보내질 수도 있다. 따라서, 보통 루프를 만들어 모든 데이타를 Read()하고 읽기를 끝내게 된다.
5. 마지막 스텝은 물론 NetworkStream을 닫고 TcpClient 객체를 닫는 일이다. 일반적으로 이 둘을 모두 명시적으로 닫는다. NetworkStream만 닫으면 네트워크 스트림의 하위 리소스인 TcpClient를 같이 닫게 되지만, 반대로 TcpClient 객체만 닫으면 NetworkStream을 닫지 않으므로 주의해야 한다.

TCP 데이타 수신

일반적으로 데이타를 송신할 때는 몇 바이트를 보내는지 정확히 알 수 있지만, 데이타를 수신할 때는 몇 바이트가 올지 알 수가 없다. 또한, 데이타를 읽을 때 상대편이 비록 한번 송신을 하더라도 실제 데이타는 여러 조각으로 나뉘어져 올 수도 있다. NetworkStream의 Read() 메서드는 데이타가 도착할 때까지 기다렸다가 최대 버퍼 크기만큼 데이타를 읽어 들이는데, 만약 읽어 올 데이타가 버퍼보다 크거나 버퍼보다 작아도 데이타가 잘게 쪼개져 올 경우 루프를 돌며 Read() 하게 된다.

그러면 어떻게 상대가 보낸 데이타가 마지막 데이타인지 알 수 있을까? 이는 크게 2가지로 분류할 수 있는데, 만약 수신할 데이타의 사이즈를 미리 알고 있는 경우와 이를 모를 경우이다. 만약 TCP 통신에 있어 상대방과 주고 받는 데이타의 크기 및 구조 등에 대해 규칙(프로토콜)을 가지고 있다면 수신할 데이타의 크기를 미리 알고 그만큼만 읽어 들이면 된다. 예를 들어, 헤더에 차후 보낼 바이트의 크기를 보낸다던지, 메시지의 마지막에 End of Message 마크를 찍는다던지, 일정 시간 아무 데이타가 없으면 수신 종료 한다던지 하는 규칙을 가질 수 있다. 만약 이러한 프로토콜이 없고 수신 데이타 크기를 미리 알 수 없다면, 상대방에서 TCP Connection을 종료했을 때 Read() 메서드가 0 을 리턴하므로 이를 체크함으로써 데이타 읽기를 종료할 수 있다. 일반적으로 서버가 Connection을 먼저 닫는지, 클라이언트가 Connection을 먼저 닫는지는 프로토콜마다 다르다. 예를 들어, HTTP 프로토콜의 경우 서버가 먼저 TCP Connection을 닫고, 브라우저 클라이언트가 뒤따라 Connection을 닫는다. 아래 예제는 서버가 TCP Connection을 닫을 때까지 계속 데이타를 읽어 들이는 예이다.

static void Main(string[] args)
{
    // (1) IP 주소와 포트를 지정하고 TCP 연결             
    TcpClient tc = new TcpClient("localhost", 7000);

    string msg = "Hello World";
    byte[] buff = Encoding.ASCII.GetBytes(msg);

    // (2) NetworkStream을 얻어옴 
    NetworkStream stream = tc.GetStream();

    // (3) 스트림에 바이트 데이타 전송
    stream.Write(buff, 0, buff.Length);

    // (4) 서버가 Connection을 닫을 때가지 읽는 경우
    byte[] outbuf = new byte[1024];
    int nbytes;
    MemoryStream mem = new MemoryStream();
    while ((nbytes = stream.Read(outbuf, 0, outbuf.Length)) > 0)
    {
        mem.Write(outbuf, 0, nbytes);
    }
    byte[] outbytes = mem.ToArray();
    mem.Close();

    // (5) 스트림과 TcpClient 객체 닫기
    stream.Close();
    tc.Close();

    Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(outbytes));
}