Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
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윈도우 환경에서 클라이언트 소켓의 최대 접속 수 (2) - SO_REUSEADDR

아래의 글에서,

윈도우 서버 환경에서, 최대 생성 가능한 소켓(socket) 연결 수는 얼마일까?
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/964

윈도우 환경에서 클라이언트 소켓의 최대 접속 수
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12350

그러니까 서버는 소켓 구분이 5-tuple로 되지만,

(Protocol, LocalIP, LocalPort, RemoteIP, RemotePort)

클라이언트 소켓의 경우 단순히 (Protocol, LocalIP, LocalPort)로만 구분이 됩니다. 그런데, 불현듯 ^^; 옵션이 하나 생각났습니다.

SO_REUSEADDR
; https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/network/so-reuseaddr
; http://www.unixguide.net/network/socketfaq/4.5.shtml

그래서, 이전 예제에서 클라이언트 측의 코드만 다음과 같이 ReuseAddress 옵션을 사용하도록 바꾸면,

int localPort = 9748;

using (var socket1 = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp))
using (var socket2 = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp))
{
    socket1.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReuseAddress, true);
    socket1.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, localPort));
    socket1.Connect("localhost", 15000);

    Console.WriteLine($"{socket1.LocalEndPoint}-{socket1.RemoteEndPoint}");

    socket2.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReuseAddress, true);
    socket2.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, localPort));
    socket2.Connect("localhost", 15001);

    Console.WriteLine($"{socket2.LocalEndPoint}-{socket2.RemoteEndPoint}");

    Console.ReadLine();
}
/*
127.0.0.1:9748-127.0.0.1:15000
127.0.0.1:9748-127.0.0.1:15001
*/

출력이 의미하는 데로 윈도우에서 클라이언트 측의 소켓을 5-tuple로 구분하게 만들 수 있습니다.




그런데, 이게 좀 현실성이 없습니다. 왜냐하면, 명시적으로 포트 번호를 할당해 바인딩을 해야 하는데, 그렇다면 현재 바인딩 가능한 포트 번호를 조회할 수 있거나 하는 식의 배려가 있어야 하지만 윈도우에서 그걸 직접적으로 알아낼 수 있는 방법이 없습니다. (혹시 방법을 아시는 분은 덧글 부탁드립니다.)

굳이 생각해 보면, (Win32 API로는 방법을 제공하지 않는 듯한) "netsh int ipv4 show dynamicport tcp" 명령의 결과로 조회할 수 있는 포트 영역을 구해 오류가 발생하지 않을 때까지 Bind를 해보는 수밖에 없습니다. 혹은, Win32 API에 TcpTable을 가져오는 함수를 이용하면,

GetTcpTable function (iphlpapi.h)
; https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/api/iphlpapi/nf-iphlpapi-gettcptable

쓰지 않는 포트를 조회하는 것도 가능할 것입니다. 하지만, 그래도 안전하지 못한 것이, 조회 후 검색하는 동안 또 다른 스레드/프로세스에 의해 포트 점유가 될 수 있으므로 역시 오류를 대비해 다시 다른 포트로 시도해야만 합니다. 게다가 여기서 끝이 아닙니다. 하나 더 고려해야 할 제약이 있는데요.

테스트를 해보니, 반드시 해당 포트에 대해서 명시적으로 ReuseAddress로 열려 있어야 합니다. 일례로 만약 다음과 같은 식으로 바꾸면,

using (var socket1 = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp))
using (var socket2 = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp))
{
    // Reuse 옵션 없이 이미 포트가 열려 있으면,
    socket1.Connect("localhost", 15000);

    Console.WriteLine($"{socket1.LocalEndPoint}-{socket1.RemoteEndPoint}");

    int allocPort = 0;
    {
        int pos = socket1.LocalEndPoint.ToString().IndexOf(':');
        allocPort = int.Parse(socket1.LocalEndPoint.ToString().Substring(pos + 1));
    }

    Console.WriteLine(allocPort);

    // 해당 포트로 Reuse 옵션을 설정해도 예외 발생
    socket2.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReuseAddress, true);
    socket2.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, allocPort));
    socket2.Connect("localhost", 15001);

    Console.WriteLine($"{socket2.LocalEndPoint}-{socket2.RemoteEndPoint}");

    Console.ReadLine();
}

첫 번째 연결에서 ReuseAddress 옵션을 고려하지 않아, 두 번째 연결의 바인딩에서 이런 예외가 발생합니다.

Unhandled Exception: System.Net.Sockets.SocketException: An attempt was made to access a socket in a way forbidden by its access permissions
   at System.Net.Sockets.Socket.DoBind(EndPoint endPointSnapshot, SocketAddress socketAddress)
   at System.Net.Sockets.Socket.Bind(EndPoint localEP)

이것은 달리 말하면, 이미 다른 응용 프로그램에서 점유 중인 클라이언트 연결이 있다면, 그리고 그 연결은 대개의 경우 ReuseAddress 옵션이 지정되어 있지 않았을 것이므로 우리 쪽 응용 프로그램에서 Reuse를 시도할 수 없다는 것이 됩니다. 대신 우회해서 바인딩을 IPAddress.Any 외의 것으로 명시하면,

using (var socket1 = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp))
using (var socket2 = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp))
{
    socket1.Connect("localhost", 15000);
    Console.WriteLine($"{socket1.LocalEndPoint}-{socket1.RemoteEndPoint}");

    int allocPort = 0;
    {
        int pos = socket1.LocalEndPoint.ToString().IndexOf(':');
        allocPort = int.Parse(socket1.LocalEndPoint.ToString().Substring(pos + 1));
    }

    Console.WriteLine(allocPort);

    socket2.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReuseAddress, true);
    socket2.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Loopback, allocPort));
    socket2.Connect("localhost", 15001);

    Console.WriteLine($"{socket2.LocalEndPoint}-{socket2.RemoteEndPoint}");

    Console.ReadLine();
}

/* 출력 결과
127.0.0.1:9460-127.0.0.1:15000
9460
127.0.0.1:9460-127.0.0.1:15001
*/

socket1의 경우 기본적으로 "0.0.0.0:9460"으로 바인딩한 것과 다름없으므로 socket2에서 "127.0.0.1:9460"으로 바인딩하면 정상적으로 동일 포트로 열 수 있습니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)

그러니까, 이론상 클라이언트 측 소켓도 5-tuple을 구분 값으로 사용할 수 있지만 현실적으로는 사용법이 그다지 매끄럽지 않습니다.




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 6/8/2022]

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댓글 작성자
 



2020-11-30 01시28분
[Lyn] GetTcpTable / GetTcpTable2 / AllocateAndGetTcpExTableFromStack 를 사용하면 일단 사용중인 포트를 얻어와서 역으로 빈포트를 찾는게 가능은 합니다...

겁나 불편하지만 ..
[손님]

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