포트와 소켓: 프로세스 간 통신의 끝점

지난 글에서 전송 계층의 역할과 다중화 원리를 살펴봤다. 이번 글에서는 전송 계층을 애플리케이션에서 실제로 사용하는 인터페이스인 포트와 소켓을 깊이 다룬다.

포트란?

포트는 같은 IP 주소를 가진 호스트 내에서 프로세스를 구분하는 16비트 숫자다. 0~65535 범위를 가진다. 하나의 서버가 여러 서비스를 동시에 제공할 때 포트로 구분한다.

# 자주 사용하는 Well-known 포트
20/21  FTP (데이터/제어)
22     SSH
25     SMTP
53     DNS
80     HTTP
443    HTTPS
3306   MySQL
5432   PostgreSQL
6379   Redis
27017  MongoDB

소켓 5-tuple

소켓(Socket)은 네트워크 통신의 끝점(endpoint)이다. 하나의 TCP 연결은 5-tuple로 고유하게 식별된다.

• (프로토콜, 출발지 IP, 출발지 포트, 목적지 IP, 목적지 포트)

같은 서버의 같은 포트(예: :443)에 수만 개의 클라이언트가 동시에 연결될 수 있다. 각 클라이언트의 임시 포트가 다르기 때문에 5-tuple이 고유하게 유지된다.

소켓 생명 주기

서버 소켓 구현

import socket
import threading

def handle_client(conn, addr):
    print(f"연결: {addr}")
    with conn:
        while True:
            data = conn.recv(1024)
            if not data:
                break
            conn.sendall(data)  # echo back

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# SO_REUSEADDR: TIME_WAIT 상태 포트 즉시 재사용
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

server.bind(('0.0.0.0', 8080))
server.listen(128)  # 백로그 크기: 수락 대기 큐

print("서버 대기 중...")
while True:
    conn, addr = server.accept()  # 블로킹: 연결 올 때까지 대기
    t = threading.Thread(target=handle_client, args=(conn, addr))
    t.start()

클라이언트 소켓 구현

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# TCP_NODELAY: Nagle 알고리즘 비활성화 (실시간 앱)
client.setsockopt(socket.IPPROTO_TCP, socket.TCP_NODELAY, 1)

# SO_KEEPALIVE: 유휴 연결 살아있는지 확인
client.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_KEEPALIVE, 1)

client.connect(('127.0.0.1', 8080))
client.sendall(b'Hello, World!')
data = client.recv(1024)
print(f"수신: {data}")
client.close()

중요한 소켓 옵션

옵션	레벨	설명
SO_REUSEADDR	SOL_SOCKET	TIME_WAIT 포트 즉시 재사용
SO_REUSEPORT	SOL_SOCKET	동일 포트 여러 프로세스 공유
SO_KEEPALIVE	SOL_SOCKET	유휴 연결 주기적 확인
SO_SNDBUF/RCVBUF	SOL_SOCKET	송수신 버퍼 크기 조정
TCP_NODELAY	IPPROTO_TCP	Nagle 알고리즘 비활성화
TCP_BACKLOG	-	listen() 큐 크기

SO_REUSEPORT는 같은 포트에 여러 프로세스/스레드가 리스닝할 수 있게 한다. 커널이 연결을 자동으로 로드밸런싱해서 멀티코어 서버 성능을 높인다.

ss 명령어로 소켓 상태 분석

# 리스닝 TCP 포트
ss -tlnp

# 모든 TCP 연결 (ESTABLISHED 포함)
ss -tn

# 소켓 통계 요약
ss -s

# 특정 포트 필터
ss -tn dport = :443

# 프로세스별 연결 수 집계
ss -tn | awk 'NR>1 {print $5}' | cut -d: -f1 | sort | uniq -c | sort -rn

# 상태별 TCP 연결 수
ss -tan | awk 'NR>1 {print $1}' | sort | uniq -c

# 출력 예:
# 1450 ESTABLISHED
#  120 TIME-WAIT
#    3 LISTEN

포트 스캔과 보안

서비스에 불필요한 포트를 열어두면 공격 표면이 된다.

# 자신의 열린 포트 확인
ss -tlnp
nmap -sT localhost

# 방화벽으로 포트 제한
ufw allow 22/tcp
ufw allow 443/tcp
ufw deny 3306/tcp  # DB 포트는 외부 차단

# 특정 IP만 허용
iptables -A INPUT -p tcp --dport 5432 -s 10.0.0.0/8 -j ACCEPT
iptables -A INPUT -p tcp --dport 5432 -j DROP

운영 환경에서는 서비스에 필요한 포트만 열고, DB·캐시·내부 서비스는 반드시 방화벽으로 차단해야 한다.

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지난 글: 전송 계층: TCP와 UDP의 역할과 구조

읽어주셔서 감사합니다. 😊