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UDP 브로드캐스트 주소 255.255.255.255와 192.168.0.255의 차이점과 이를 고려한 C# UDP 서버/클라이언트 예제

보통, UDP 브로드캐스트 주소로 255.255.255.255 주소를 사용할 수 있습니다. 그런데 실제로 그 주소로 브로드캐스트를 해보면 안 되는 경우가 많습니다. 반면, 개별 어댑터가 소유한 주소의 브로드캐스트 주소로 보내면 원하는 대로 전달이 됩니다.

검색을 해보면,

255.255.255.255 vs 192.168.1.255
; https://serverfault.com/questions/219764/255-255-255-255-vs-192-168-1-255

주소에 따라 다음과 같이 명칭을 구분하고 있습니다.

- Global broadcast address (255.255.255.255)
- Network layer broadcast address (192.168.25.255 or 192.168.255.255 depends on your subnet)

그런데 "network layer broadcast address"라는 단어는 경우에 따라 혼동의 여지가 있습니다. TCP/IP의 프로토콜 계층으로 보면 "Network Access Layer"가 ethernet에 해당하는 계층이라 IP 주소 영역의 주소라기보다는 ethernet MAC Address 상의 broadcast 주소(FF:FF:FF:FF:FF:FF)를 의미할 수 있기 때문입니다. (물론 OSI 7 계층으로 보면 TCP/IP의 인터넷 계층에 해당하기 때문에 그럴 때는 의미가 맞습니다.)

그래도 Network layer broadcast address 용어가 저 글에만 쓰이는 것 같고 오히려 검색해 보면 다음과 같은 기준으로 사용되는 경우가 더 많습니다.

- Global broadcast address (255.255.255.255)
- Network broadcast address (192.168.25.255 or 192.168.255.255 depends on your subnet)

반면, RFC 919 문서에 보면 완전히 단어가 반대(global -> local)로 쓰이고 있고 검색에서도 이런 의미로 쓰이는 것을 찾아볼 수 있습니다.

- Local broadcast address (255.255.255.255)
- Directed broadcast address (192.168.25.255 or 192.168.255.255 depends on your subnet)

그 외에 255.255.255.255에 대해 Limited broadcast address라고 지칭하기도 합니다.

이 글에서는 "TCP/IP 소켓 프로그래밍(The Pocket Guide to TCP/IP Sockets)"과 같은 책에서도 그렇고 RFC 문서에도 언급되고 있는 "local"과 "directed"로 용어를 사용하겠습니다. (혹시 공식 용어를 아시는 분 있으면 덧글 부탁드립니다. ^^)




암튼, local broadcast address를 사용하면 윈도우 버전마다 동작 방식에서 차이를 보이게 되는데요, 이에 대해 다음의 글에 설명이 있습니다.

How to fix the global broadcast address (255.255.255.255) behavior on Windows?
; https://social.technet.microsoft.com/Forums/windows/en-US/72e7387a-9f2c-4bf4-a004-c89ddde1c8aa/how-to-fix-the-global-broadcast-address-255255255255-behavior-on-windows?forum=w7itpronetworking

하지만 일단 XP는 차치하고 윈도우 7 이후의 모델로 한정해 설명해 보겠습니다.

설명을 위해 다음과 같이 UDP 브로드캐스트 서버 예제와,

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            UdpClient udp = new UdpClient(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 15000));

            while (true)
            {
                IPEndPoint any = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
                byte[] buf = udp.Receive(ref any);
                Console.WriteLine(buf.Length + " from " + any.ToString());

                if (Encoding.UTF8.GetString(buf) == "TEST")
                {
                    udp.Send(buf, 4, any);
                }
            }
        }
    }
}

클라이언트 예제를 마련합니다.

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace ConsoleApp2
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            UdpClient udp = new UdpClient();
            udp.EnableBroadcast = true;

            udp.Client.ReceiveTimeout = 3000;

            while (true)
            {
                IPEndPoint broad = new IPEndPoint(IPAddress.Broadcast, 15000); // IPAddress.Broadcast == 255.255.255.255
                byte[] buf = Encoding.UTF8.GetBytes("TEST");
                udp.Send(buf, buf.Length, broad);
                
                IPEndPoint any = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);

                try
                {
                    byte[] buf2 = udp.Receive(ref any);
                    Console.WriteLine(buf.Length + " from " + any.ToString());
                } catch { }

                Thread.Sleep(1000);
            }
        }
    }
}

위의 2개 예제를 같은 컴퓨터에서 실행하면 언제나 잘 됩니다. 즉, 255.255.255.255 주소로 브로드캐스팅하는 경우 같은 PC에서 실행하면 의도한 결과를 얻게 됩니다. 반면, 서버를 다른 컴퓨터에서 실행하면 경우에 따라 되거나/안 될 수도 있습니다. 왜 그런 차이가 발생할까요?

이를 이해하려면 윈도우 7 이후의 운영체제에서 255.255.255.255 브로드캐스팅이 우선순위가 높은 인터페이스에만 전달된다는 것을 알아야 합니다. 그리고 그 우선순위는 route 명령어로 확인할 수 있습니다. 가령, 제 컴퓨터에서 다음과 같은 결과를 얻을 수 있는데,

C:\> route PRINT -4
===========================================================================
Interface List
 16...00 15 5d 00 13 15 ......Hyper-V Virtual Ethernet Adapter #2 (Docker NAT)
  4...00 e0 4c 23 1a cf ......Realtek PCIe GBE Family Controller #3 (NAS_LAN)
 27...2c 56 dc 94 8d d7 ......Hyper-V Virtual Ethernet Adapter #3  (vpc-switch)
 10...7c 5c f8 db 08 0c ......Bluetooth Device (Personal Area Network)
  1...........................Software Loopback Interface 1
===========================================================================

IPv4 Route Table
===========================================================================
Active Routes:
Network Destination        Netmask          Gateway       Interface  Metric
          0.0.0.0          0.0.0.0      192.168.0.1     192.168.0.19    281
        10.0.75.0    255.255.255.0         On-link         10.0.75.1    271
        10.0.75.1  255.255.255.255         On-link         10.0.75.1    271
      10.0.75.255  255.255.255.255         On-link         10.0.75.1    271
        127.0.0.0        255.0.0.0         On-link         127.0.0.1    331
        127.0.0.1  255.255.255.255         On-link         127.0.0.1    331
  127.255.255.255  255.255.255.255         On-link         127.0.0.1    331
      192.168.0.0    255.255.255.0         On-link      192.168.0.19    281
     192.168.0.19  255.255.255.255         On-link      192.168.0.19    281
    192.168.0.255  255.255.255.255         On-link      192.168.0.19    281
    192.168.137.0    255.255.255.0         On-link     192.168.137.1    281
    192.168.137.1  255.255.255.255         On-link     192.168.137.1    281
  192.168.137.255  255.255.255.255         On-link     192.168.137.1    281
        224.0.0.0        240.0.0.0         On-link         127.0.0.1    331
        224.0.0.0        240.0.0.0         On-link         10.0.75.1    271
        224.0.0.0        240.0.0.0         On-link     192.168.137.1    281
        224.0.0.0        240.0.0.0         On-link      192.168.0.19    281
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link         127.0.0.1    331
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link         10.0.75.1    271
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link     192.168.137.1    281
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link      192.168.0.19    281
===========================================================================
Persistent Routes:
  Network Address          Netmask  Gateway Address  Metric
          0.0.0.0          0.0.0.0      192.168.0.1  Default
          0.0.0.0          0.0.0.0      192.168.0.1     256
===========================================================================

위의 출력에서 브로드캐스팅에 해당하는 라우팅 정보는 다음과 같습니다.

Network Destination        Netmask          Gateway       Interface  Metric
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link         127.0.0.1    331
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link         10.0.75.1    271
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link     192.168.137.1    281
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link      192.168.0.19    281

네트워크 어댑터의 우선순위는 "Metric" 값으로 정해지는데, 이 값이 낮을수록 우선순위가 높은 것입니다. 따라서 위의 결과에서는 255.255.255.255 주소로 브로드캐스팅하는 경우 10.0.75.1 인터페이스 값을 갖는 어댑터로만 브로드캐스팅이 전달됩니다.

따라서, 만약 여러분이 UDP 서버를 10.0.75.1 주소와 연결되는 네트워크에 배포했다면 UDP 클라이언트로부터의 255.255.255.255 브로드캐스팅 신호를 잘 접수할 수 있지만 다른 네트워크에 배포했다면 동작하지 않게 되는 것입니다.

이 말은 곧, 원한다면 다른 어댑터의 Metric 값을 낮춰 255.255.255.255 주소의 브로드캐스팅 전달을 제어할 수 있다는 것입니다. 가령, 192.168.0.19 인터페이스를 갖는 어댑터로 255.255.255.255의 브로드캐스팅을 전달하고 싶다면 다음과 같이 route 명령을 사용해 Metric 값을 낮춰주면 됩니다.

C:\Windows\System32> route CHANGE 255.255.255.255 MASK 255.255.255.255 0.0.0.0 METRIC 245 IF 27
 OK!

// 실행 후, route 테이블

Network Destination        Netmask          Gateway       Interface  Metric
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link         10.0.75.1    271
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link         127.0.0.1    331
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link     192.168.137.1    281
  255.255.255.255  255.255.255.255         On-link      192.168.0.19    270

192.168.0.19 인터페이스의 metric 값이 270으로 가장 낮기 때문에 이제 255.255.255.255 브로드캐스팅은 그 네트워크로 전송이 됩니다.




대개의 경우, 브로드캐스팅을 한다면 적어도 현재 컴퓨터와 연결된 모든 어댑터의 네트워크로 전송이 되길 바랄 것입니다. 따라서 이런 경우에는 어댑터를 열람해서 각각의 directed broadcast address를 맞춰서 전송하면 됩니다.

가령, 192.168.0.19 주소의 네트워크에 참여하고 있다면 192.168.0.255로 브로드캐스팅을 하는 식입니다. 그런데, 이런 식으로 255를 마지막에 붙여주면 CIDR 표기 상의 네트워크와 맞지 않습니다. 따라서 모든 경우를 고려한 directed broadcast address를 사용하려면 적절하게 네트워크 주소 범위를 고려해야 합니다. C#은 다음의 글을 참고해,

IP Address Calculations with C# (Subnetmasks, Networks, …)
; http://blogs.msdn.com/b/knom/archive/2008/12/31/ip-address-calculations-with-c-subnetmasks-networks.aspx

이렇게 만들어 줄 수 있습니다.

private IPAddress[] GetDirectedBroadcastAddresses()
{
    List<IPAddress> list = new List<IPAddress>();

    foreach (NetworkInterface item in NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces())
    {
        if (item.NetworkInterfaceType == NetworkInterfaceType.Loopback)
        {
            continue;
        }

        if (item.OperationalStatus != OperationalStatus.Up)
        {
            continue;
        }

        UnicastIPAddressInformationCollection unicasts = item.GetIPProperties().UnicastAddresses;

        foreach (UnicastIPAddressInformation unicast in unicasts)
        {
            IPAddress ipAddress = unicast.Address;

            if (ipAddress.AddressFamily != AddressFamily.InterNetwork)
            {
                continue;
            }

            byte[] addressBytes = ipAddress.GetAddressBytes();
            byte[] subnetBytes = unicast.IPv4Mask.GetAddressBytes();

            if (addressBytes.Length != subnetBytes.Length)
            {
                continue;
            }

            byte[] broadcastAddress = new byte[addressBytes.Length];
            for (int i = 0; i < broadcastAddress.Length; i++)
            {
                broadcastAddress[i] = (byte)(addressBytes[i] | (subnetBytes[i] ^ 255));
            }

            list.Add(new IPAddress(broadcastAddress));
        }
    }

    return list.ToArray();
}

가령 다음과 같은 환경에서는,

IP: 10.0.75.1     (10.0.75.0/24)
IP: 192.168.13.1  (192.168.137.0/24)
IP: 192.168.0.19  (192.168.0.0/24)
IP: 172.17.168.97 (172.17.168.96/28)

GetDirectedBroadcastAddresses 메서드는 다음의 주소를 반환합니다.

10.0.75.255
192.168.137.255
192.168.0.255
172.17.168.111

따라서 이렇게 구한 directed broadcast address에 대해 한 번씩 UDP Send를 해주면 운영체제 버전에 상관없이 브로드캐스팅 효과를 볼 수 있습니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




참고로, 255.255.255.255 주소로 브로드캐스팅할 때,

IPEndPoint broad = new IPEndPoint(IPAddress.Broadcast, 15000);
byte[] buf = Encoding.UTF8.GetBytes("TEST");
udp.Send(buf, buf.Length, broad);

Send 메서드에서 다음과 같은 오류가 발생할 수 있습니다.

System.Net.Sockets.SocketException occurred
  HResult=0x80004005
  Message=A socket operation was attempted to an unreachable network
  Source=<Cannot evaluate the exception source>
  StackTrace:
   at System.Net.Sockets.Socket.SendTo(Byte[] buffer, Int32 offset, Int32 size, SocketFlags socketFlags, EndPoint remoteEP) in f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\Sockets\Socket.cs:line 1689
   at System.Net.Sockets.UdpClient.Send(Byte[] dgram, Int32 bytes, IPEndPoint endPoint) in f:\dd\NDP\fx\src\net\System\Net\Sockets\UDPClient.cs:line 531
   at ConsoleApp2.Program.Main(String[] args) in E:\ConsoleApp1\ConsoleApp2\Program.cs:line 25

물론 특별한 경우이긴 한데요, 이렇게 "unreachable network"라고 나오는 것은 IP 라우팅 테이블에 255.255.255.255에 대해 등록이 하나도 없다면 그럴 수 있습니다. 여기서 루프백 어댑터는 대상에서 제외됩니다. 즉, 루프백 어댑터 상에 255.255.255.255 항목이 있다 해도 역시 "unreachable network" 예외가 발생합니다.




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





[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 11/25/2017 ]

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댓글 쓴 사람
 



2020-08-05 04시41분
[Me] boradcast로 전달 받은 IPEndPoint any의 port 번호가 왜 15000이 아닐까요?
[손님]
2020-08-05 10시52분
ConsoleApp1의 출력에서 15000이 안 나오는 이유를 묻는 건가요? 혹시 웹 서버가 80포트인데, 클라이언트 측도 80 포트를 열어 접속해야만 한다고 생각하는 건가요?
정성태

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