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윈도우 환경에서 클라이언트 소켓의 최대 접속 수 (3) - SO_PORT_SCALABILITY

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

윈도우 환경에서 클라이언트 소켓의 최대 접속 수 (2) - SO_REUSEADDR
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12432

클라이언트 소켓에 대한 5-tuple 구분 값 확장을 SO_REUSEADDR로 가능하지만 현실성이 없다고 했는데요. 기왕 살펴보는 김에 또 다른 확장으로 SO_PORT_SCALABILITY 옵션을 보겠습니다.

SO_PORT_SCALABILITY
; https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/winsock/so-port-scalability

문서에도 잘 나오지만,

  1. The socket function is called by a process to create a socket.
  2. The setsockopt function is called to enable the SO_PORT_SCALABILITY socket option on the newly created socket.
  3. The bind function is called to do a bind on one of the local computer's IP addresses and port 0.
  4. The connect function is then called to connect to a remote IP address. The socket is used by the application as needed.
  5. A socket function is called by the same process (possibly a different thread) to create a second socket.
  6. The setsockopt function is called to enable the SO_PORT_SCALABILITY socket option on the newly created second socket.
  7. The bind function is called with the local computer's second IP address and port 0. Even when all ports have been previously allocated, this call succeeds because there are multiple IP addresses available on the local computer and the SO_PORT_SCALABILITY socket option was set on both sockets in the same process.
  8. The connect function is then called to connect to a remote IP address. The second socket is used by the application as needed.

이 옵션을 적용해 바인딩하면, 시스템에 할당된 IP 주소만큼 배수로 중복 포트를 활용할 수 있습니다. 예를 들어, "169.254.44.76", "192.168.100.80" IP가 부여된 컴퓨터가 있다고 가정했을 때 지난번 예제 코드의 클라이언트 측을 다음과 같이 수정하면,

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ConsoleApp2
{
    class Program
    {
        [DllImport("Ws2_32.dll")]
        public static extern int setsockopt(IntPtr s, SocketOptionLevel level, int optname, ref int optval, int optlen);

        const int SO_PORT_SCALABILITY = 0x3006;

        static void Main(string[] args)
        {
            string ipAddr = args[0];
            int port = int.Parse(args[1]);
            int numberOf = int.Parse(args[2]);

            string targetIp = ipAddr;
            if (args.Length >= 4)
            {
                targetIp = args[3];
            }

            List<Socket> clients1 = new List<Socket>();
            int trueValue = 1;

            try
            {
                for (int i = 0; i < numberOf; i++)
                {
                    try
                    {
                        Socket client = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

                        setsockopt(client.Handle, SocketOptionLevel.Socket, SO_PORT_SCALABILITY, ref trueValue, sizeof(int));
                        // 또는, client.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, (SocketOptionName)0x3006, true);

                        client.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ipAddr), 0));
                        client.Connect(targetIp, port);

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

                        clients1.Add(client);
                    }
                    catch { }
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.ToString());
            }

            Console.WriteLine(clients1.Count);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

서버와 클라이언트의 실행 결과를 각각 다음과 같이 확인할 수 있습니다.

// 서버 측 포트 15000, 15001 Listen

D:\temp> ConsoleApp1.exe
# of 15000: 0, 15001: 0
# of 15000: 0, 15001: 0
# of 15000: 0, 15001: 0
# of 15000: 970, 15001: 0
# of 15000: 970, 15001: 0
# of 15000: 970, 15001: 0
# of 15000: 970, 15001: 0
# of 15000: 970, 15001: 970
# of 15000: 970, 15001: 970
# of 15000: 970, 15001: 970

// #1 클라이언트 측 - 로컬 IP 중의 하나인 169.254.44.76을 사용해 15000 포트로 1001개 접속 시도

d:\temp> ConsoleApp2 169.254.44.76 15000 1001
169.254.44.76:1580-169.254.44.76:15000
169.254.44.76:1581-169.254.44.76:15000
169.254.44.76:1582-169.254.44.76:15000
169.254.44.76:1583-169.254.44.76:15000
169.254.44.76:1584-169.254.44.76:15000
...[생략]...
169.254.44.76:1574-169.254.44.76:15000
169.254.44.76:1575-169.254.44.76:15000
169.254.44.76:1576-169.254.44.76:15000
169.254.44.76:1577-169.254.44.76:15000
169.254.44.76:1578-169.254.44.76:15000
970

// #2 클라이언트 측 - 로컬 IP 중의 하나인 192.168.100.80을 사용해 15001 포트로 1001개 접속 시도

d:\temp> ConsoleApp2.exe 192.168.100.80 15001 1001
192.168.100.80:1580-192.168.100.80:15001
192.168.100.80:1581-192.168.100.80:15001
192.168.100.80:1582-192.168.100.80:15001
192.168.100.80:1583-192.168.100.80:15001
192.168.100.80:1584-192.168.100.80:15001
...[생략]...
192.168.100.80:1575-192.168.100.80:15001
192.168.100.80:1576-192.168.100.80:15001
192.168.100.80:1577-192.168.100.80:15001
192.168.100.80:1578-192.168.100.80:15001
970

보는 바와 같이 동일한 포트를 사용하고 있지만 로컬 IP의 주소가 다르기 때문에 정상적으로 연결을 하고 있습니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




그래도 이번엔 SO_REUSEADDR보다는 다소 현실성이 있습니다. 왜냐하면 포트를 직접 지정하지 않고 0으로 선택해,

setsockopt(client.Handle, SocketOptionLevel.Socket, SO_PORT_SCALABILITY, ref trueValue, sizeof(int));
client.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ipAddr), 0));

시스템에 의해 자동으로 부여받을 수 있기 때문입니다.

그런데, 한가지 좀 불편한 것이 있습니다. 예제의 경우 localhost에 대해 테스트를 하고 있기 때문에 바인딩하는 IP가 어떤 거냐에 상관없이 localhost로는 연결이 되어야 하는데,

Socket client = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

setsockopt(client.Handle, SocketOptionLevel.Socket, SO_PORT_SCALABILITY, ref trueValue, sizeof(int));
client.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("169.254.44.76"), 0));
client.Connect("127.0.0.1", port);

실제로 해보면 Connect에서 이런 오류가 발생합니다.

d:\temp> ConsoleApp2 169.254.44.76 15000 1001 127.0.0.1
System.Net.Sockets.SocketException (0x80004005): The requested address is not valid in its context 127.0.0.1:15000
   at System.Net.Sockets.Socket.Connect(IPAddress[] addresses, Int32 port)
   at System.Net.Sockets.Socket.Connect(String host, Int32 port)
   at ConsoleApp2.Program.Main(String[] args) in C:\temp\ctest_tcp_server_client\ConsoleApp2\Program.cs:line 39

또한, 외부로 접속한다면 바인딩하는 IP에서 외부 IP로 라우팅이 되어야 합니다. 즉, "169.254.44.76"으로 바인딩한 후 (라우팅되지 않는*) "192.168.100.90"으로 접속을 하면,

Socket client = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

setsockopt(client.Handle, SocketOptionLevel.Socket, SO_PORT_SCALABILITY, ref trueValue, sizeof(int));
client.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("169.254.44.76"), 0));
client.Connect("192.168.100.90", port);

동일한 예외가 발생합니다.




이처럼 SO_PORT_SCALABILITY를 사용하면 (라우팅이 가능한 경우*) IP의 수만큼 dynamicport 영역의 배수로 접속을 할 수 있지만, 이것 역시 잘 제어된 환경에서 사용할 수 있기에 아쉬움이 남습니다.

사실 가장 좋은 것은, SO_REUSEADDR을 다음과 같은 식으로 사용할 수 있어야 하는데,

client.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReuseAddress, true);
client.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0));

이것이 지원되지 않아 ^^; 안타까울 뿐입니다.

(* 라우팅이 기준인지, 같은 네트워크여야 하는지에 대해서는 테스트가 필요합니다.)




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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 6/27/2021

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