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C# - CoAP 서버 및 클라이언트 제작 (UDP 소켓 통신)

HTTP 프로토콜에서 TLS 및 모바일 망의 효율을 위해 UDP를 적용하게 된 것처럼,

.NET 5에서의 네트워크 라이브러리 개선 (2) - HTTP/2, HTTP/3 관련
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12504#http3

IoT 세계의 저전력을 목표로 하는 기기에서 TCP는 부담스러울 수밖에 없습니다. ^^ 그래서 나온 것이, UDP에 기반을 둔 CoAP(The Constrained Application Protocol)입니다.

비록, IoT 기기를 위한 프로토콜이긴 하지만 사실 그냥 일반적인 UDP 통신 래퍼로 여겨도 좋을 수준인데요, 그런 의미에서 ^^ C# 콘솔 프로그램으로 간단하게 CoAP 서버 및 클라이언트를 만들어 보겠습니다.

당연하겠지만, 이미 NuGet에 패키지가 있습니다. ^^

smeshlink/CoAP.NET
; https://github.com/smeshlink/CoAP.NET

CoAP.NET
; https://www.nuget.org/packages/CoAP/
// Install-Package CoAP -Version 1.1.0

CoAP.NET.Core
; https://www.nuget.org/packages/CoAP.NET.Core/
// Install-Package CoAP.NET.Core -Version 1.1.0

일단, 서버는 CoAP.NET의 README.md에서 설명한 대로 다음과 같이 간단하게 제작할 수 있습니다.

using CoAP.Server;
using System;
using System.Diagnostics;

class HelloWorldResource : Resource
{
    public HelloWorldResource()
        : base("hello-world")
    {
        Attributes.Title = "GET a friendly greeting!";
    }

    protected override void DoGet(CoapExchange exchange)
    {
        Console.WriteLine($"temperature data: {exchange.Request.PayloadString}");
        exchange.Respond("Hello World from CoAP.NET!");
    }
}

// Install-Package CoAP -Version 1.1.0
class Server
{
    static void Main(String[] args)
    {
        CoAP.CoapConfig cc = new CoAP.CoapConfig();
        cc.MaxRetransmit = 2;

        CoapServer server = new CoapServer(cc, 60100);
        server.Add(new HelloWorldResource());
        server.Start();

        Console.WriteLine("Press any key to exit...");
        Console.ReadLine();
    }
}

/* 실행 결과
DEBUG - Starting CoAP server
DEBUG - BlockwiseLayer uses MaxMessageSize: 1024 and DefaultBlockSize:512
DEBUG - Starting endpoint bound to [::]:60100
Press any key to exit...
*/

HelloWorldResource 타입의 base 생성자에 "hello-world"를 전달하고 있는데 ASP.NET Web API라면 일종의 "[Route("hello-world")]" 설정이라고 보면 됩니다.

어찌 보면, IoC 컨테이너 없는 단순한 수준의 Web API 템플릿이라고 봐도 무방할 정도입니다.




이렇게 만든 CoAP 서버를 소비하는 클라이언트 역시 간단하게 만들 수 있습니다.

// CoAP.Client - A CoAP Example Client
// https://github.com/smeshlink/CoAP.NET/tree/master/CoAP.Example/CoAP.Client

using CoAP;
using System;
using System.Diagnostics;

// Install-Package CoAP -Version 1.1.0
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Request request = new Request(Method.GET);
        request.URI = new Uri("coap://127.0.0.1:60100/hello-world");
        request.SetPayload("0", MediaType.TextPlain); // 간단한 데이터 전송
        request.Send();

        Response response = request.WaitForResponse();
        if (response == null)
        {
            Console.WriteLine("Failed to get response");
        }
        
    }
}

/* 출력 결과: 서버
temperature data: 0
*/

/* 출력 결과: 클라이언트
DEBUG - BlockwiseLayer uses MaxMessageSize: 1024 and DefaultBlockSize:512
DEBUG - Starting endpoint bound to [::]:61379
DEBUG - Scheduling retransmission for CON-GET ID=-1, Token=21773E8A, Options=[URI-Port=60100, URI-Path=hello-world, Content-Type=text/plain], "0"
DEBUG - Send request, failed transmissions: 0
DEBUG - Stored open request by KeyID[59156 for ], KeyToken[21-77-3E-8A]
DEBUG - Exchange got response: Cleaning up KeyID[59156 for ]
DEBUG - Cancel retransmission for -->
DEBUG - CON-GET ID=59156, Token=21773E8A, Options=[URI-Port=60100, URI-Path=hello-world, Content-Type=text/plain], "0"
DEBUG - Exchange completed: Cleaning up KeyToken[21-77-3E-8A]
*/

보는 바와 같이 UDP 통신이지만, Request/Response 기반으로 동작해 마치 HTTP REST API 호출하듯이 사용할 수 있습니다. 사용법이 너무 간단하죠. ^^ 결국, 일반 UDP 통신을 구현하는 몇몇 상황에서도 CoAP를 이용하는 것이 더 좋은 선택이 될 수 있을 정도입니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




경우에 따라 IoT 기기에서 데이터를 서버가 받아줄 때까지 무한정 재시도를 하기는 힘들 것입니다. 이를 위해 Send 전에 MaxRetransmit을 설정하면,

...[생략]...
// 재현을 위해 일부러 없는 포트로 전송
request.URI = new Uri("coap://127.0.0.1:13290/hello-world");
request.MaxRetransmit = 2;
request.Send();

다음과 같이 0, 1, 2까지 총 3번의 요청을 전송합니다.

DEBUG - BlockwiseLayer uses MaxMessageSize: 1024 and DefaultBlockSize:512
DEBUG - Starting endpoint bound to [::]:49943
DEBUG - Scheduling retransmission for CON-GET ID=-1, Token=026840C6, Options=[URI-Port=190, URI-Path=hello-world, Content-Type=text/plain], "0"
DEBUG - Send request, failed transmissions: 0
DEBUG - Stored open request by KeyID[53977 for ], KeyToken[02-68-40-C6]
DEBUG - Timeout: retransmit message, failed: 1, message: CON-GET ID=53977, Token=026840C6, Options=[URI-Port=190, URI-Path=hello-world, Content-Type=text/plain], "0"
DEBUG - Scheduling retransmission for CON-GET ID=53977, Token=026840C6, Options=[URI-Port=190, URI-Path=hello-world, Content-Type=text/plain], "0"
DEBUG - Send request, failed transmissions: 1
DEBUG - Stored open request by KeyID[53977 for ], KeyToken[02-68-40-C6]
DEBUG - Timeout: retransmit message, failed: 2, message: CON-GET ID=53977, Token=026840C6, Options=[URI-Port=190, URI-Path=hello-world, Content-Type=text/plain], "0"
DEBUG - Scheduling retransmission for CON-GET ID=53977, Token=026840C6, Options=[URI-Port=190, URI-Path=hello-world, Content-Type=text/plain], "0"
DEBUG - Send request, failed transmissions: 2
DEBUG - Stored open request by KeyID[53977 for ], KeyToken[02-68-40-C6]
DEBUG - Start Mark-And-Sweep with 0 entries
DEBUG - Timeout: retransmission limit reached, exchange failed, message: CON-GET ID=53977, Token=026840C6, Options=[URI-Port=190, URI-Path=hello-world, Content-Type=text/plain], "0"
DEBUG - Exchange completed: Cleaning up KeyToken[02-68-40-C6]
DEBUG - Exchange completed: Cleaning up KeyToken[02-68-40-C6]
DEBUG - Exchange completed: Cleaning up KeyToken[02-68-40-C6]
Press any key to continue . . .

혹은 Send 후 Response를 받는 메서드에서 timeout을 설정하는 것도 가능합니다.

Request request = new Request(Method.GET);
request.URI = new Uri("coap://127.0.0.1:190/hello-world");
request.SetPayload("0", MediaType.TextPlain);
request.MaxRetransmit = 2;
request.Send();

Response response = request.WaitForResponse(1000);

그럼, MaxRetransmit 설정 횟수에 상관없이 무조건 1000ms 지난 후에 WaitForResponse는 null을 반환하게 됩니다.




[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: 5/5/2021]

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