UDP 에코 서버

Posted on Sunday, July 16, 2023.

테스트를 위해 UDP 에코 서버를 만들다보니 TCP보다 좀 손이 많이 갔다.

UDP는 connectionless이기에 TCP와 달리 데이터 주고받을 때에 고려해야 할 다음과 같은 경우들이 있다.

• 보낸 요청에 대해서 다른 IP로부터 응답이 돌아오는 경우.
• 서버가 IP주소를 여러개 가지고 있을 때, 받은 요청에 대해 응답을 할 IP를 결정하는 경우

소켓의 연결성

UDP가 connectionless라는 것은 프로토콜 수준에서 연결 상태가 유지되지 않는다는 것이다. 즉

• 연결 단계(connection handshake)가 없고
• 통신 peer들 간에 상태 저장에 대한 부분이 프로토콜상에 정의되어 있지 않다.

그러나 소켓 자체는 connect()을 호출하여 상태 유지가 가능하다. 연결된 UDP소켓은 목적 주소를 지정하지 않아도 연결된 목적 주소로 패킷을 송신하며, 소켓의 UDP 포트로 목적지가 아닌 곳에서 패킷이 수신된다면 수신을 거부한다.

클라이언트

UDP가 connectionless이기는 하나, 소켓을 만들고 connect()를 하면 내부적으로 연결 테이블이 만들어진다. 해당 소켓에는 목적지 지정 없이 send()를 통해 데이터 송신을 할 수 있다. 연결 테이블에 매칭되는, 즉 5-tuple에 매칭되는 패킷이 수신되면 해당 소켓을 통해 응답 패킷을 읽을 수 있다. 연결 테이블에 매칭되지 않는 (IP, 포트) 로부터 패킷이 수신되는 경우 네트워크 스택은 해당 패킷을 거절하고, ICMP Port Unreachable 패킷을 송신하여 거절하였음을 알린다.

connect() 없이 sendto()로 데이터를 보내는 경우 해당 소켓의 송신 포트로 패킷이 제한없이 들어올 수 있다.

서버

클라이언트가 자신이 보내지 않은 IP에서 응답이 수신되면 거절하기 때문에 서버는 클라이언트가 송신한 목적 IP를 가지고 응답 패킷을 만들어야한다.

TCP의 경우 accept()를 통해 송수신 4-튜플이 (srcip, srcport, dstip, dstport) 결정되는 반면, UDP의 경우 자신이 여러 IP주소를 가지고 있고, 모든 IP 주소를 대상으로 bind()를 수행하였다면 (srcip, srcport)는 recv()를 통해 알 수 있고, dstport는 bind()시의 값으로 결정되나 목적지IP인 dstip를 표준 소켓인터페이스로 알 수는 없다

IP_PKTINFO

Linux에서는 IP_PKTINFO 소켓 옵션을 이용하여 UDP 소켓의 목적 주소를 접근할 수 있다. 해당 소켓 옵션을 활성화 한다면 수신 패킷에 대해서는 recvmsg()를 통한 목적 주소 파악이 가능하고 송신 패킷에 대해서는 sendmesg()롤 통한 송신 주소 설정이 가능하다.

$ man 7 ip
       IP_PKTINFO (since Linux 2.2)
              Pass an IP_PKTINFO ancillary message that contains a pktinfo structure  that
              supplies  some  information  about the incoming packet.  This only works for
              datagram oriented sockets.  The argument is a flag  that  tells  the  socket
              whether  the IP_PKTINFO message should be passed or not.  The message itself
              can only be sent/retrieved as control message with a packet using recvmsg(2)
              or sendmsg(2).

                  struct in_pktinfo {
                      unsigned int   ipi_ifindex;  /* Interface index */
                      struct in_addr ipi_spec_dst; /* Local address */
                      struct in_addr ipi_addr;     /* Header Destination
                                                      address */
                  };

              ipi_ifindex is the unique index of the interface the packet was received on.
              ipi_spec_dst is the local address of the packet and ipi_addr is the destina‐
              tion  address  in  the packet header.  If IP_PKTINFO is passed to sendmsg(2)
              and ipi_spec_dst is not zero, then it is used as the  local  source  address
              for  the  routing  table  lookup and for setting up IP source route options.
              When ipi_ifindex is not zero, the primary local  address  of  the  interface
              specified by the index overwrites ipi_spec_dst for the routing table lookup.

UDP 에코 서버

파이선으로 만들어본 UDP 에코 서버

import socket, sys, struct
IP_PKTINFO = 8

def unpack_cmsg(cmsgs):
    for level, type, data in cmsgs:
        _ifindex, _, _, src_addr = struct.unpack('IHH4s', data)
        return (level, type, data), socket.inet_ntoa(src_addr)

def udp_echo_server(port):
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    sock.setsockopt(socket.SOL_IP, IP_PKTINFO, 1)
    sock.bind(('0.0.0.0', port))
    while True:
        data, cmsgs, _flags, addr = sock.recvmsg(1024, 1024)
        cmsg, local_addr = unpack_cmsg(cmsgs)
        sock.sendmsg([data], [cmsg], 0, addr)
        print(f"RECV: {addr[0]}:{addr[1]} -> {local_addr}:{port} - [{data.decode()}]")
    sock.close()

port = int(sys.argv[1])
udp_echo_server(port)