第 5 回ネットワークプログラミング

第 5 回ネットワークプログラミング

中村　修

今日のお題 講義

7 　 layer model のおさらいTCP と UDPネットワークプログラミング基本手順

練習１ :echo client を作ろう

--------- 休憩 -------------------------------- 実習： UDP でデータを送る / 受け取る

udp で echo server を作ろう

インターネットの階層モデル

物理データリンク

IP

物理データリンク

IP

TCP

アプリケーション

物理データリンク

IP

TCP

アプリケーション

OSI 参照モデルとインターネットの階層構造の関係

セッショントランスポート

アプリケーションプレゼンテーション

ネットワークデータリンク物理

UDPTCP

アプリケーション

IP

Network Interface

物理

階層型プロトコルでのデータ送受信 送信側

各層がそれぞれ必要な情報を付加して下層へ渡す 受信側

各層がそれぞれ情報をもとに処理を行い、その使った情報を取り除いて上層へ渡す

UDP

Network Interface

TCP

アプリケーション

物理

IP

UDP

Network Interface

TCP

アプリケーション

物理

IP

送信ノード 受信ノード

データ データ各層の

情報

プロトコル ２つの機器間で，通信の手順を決めた約

束ごと IP ， TCP ， HTTP ， FTP

コンピュータは「決まり」がないと通信できない

ネットワークアプリケーションとは？

ARP

hardwareinterface

RARP

media

IPICMP IGMP

TCP UDP

networklayer

data linklayer

transportlayer

process process process process

クライアント・サーバモデル ネットワークを介したサービスにおける通信モデル

サーバ 受動的にサービス提供する側、待っててくれる

クライアント 能動的にサービス提供を促す側、接続しに行く

Client Serverサービス要求

サービス提供

ポートとソケット ポート

トランスポート層のアクセスポイントTCP/UDP 毎に持っている

ソケットプロセスとポートを繋ぐアダプタ

socketsocket

ソケット (Socket)

プロセス間通信を行う為のデータの出入り口 プロセスからはファイルディスクプリタを用いてアクセス プロセスにとってはプロセス間通信もファイル入出力も同

じインターフェイス

プロセス プロセス

socket() システムコール int socket(int family, int type, int proto)

family にはプロトコルファミリを指定 AF_INET IPv4 プロトコル AF_INET6 IPv6 プロトコル AF_LOCAL UNIX Domain Socket AF_ROUTE 経路制御ソケット

Type にはソケットのタイプ（以下のどれか）

SOCK_STREAM ストリームソケット SOCK_DGRAM データグラムソケット SOCK_RAW raw ソケット

Proto には raw ソケット以外、通常０

socket() システムコール 返り値

成功 : ソケットディスクリプタが返る 失敗 : -1 が返る

ソケットディスクリプタはファイルディスクリプタの友達 実際のコードでは…

listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)

AF_INET の場合の利用される IPv4 の上位層 SOCK_STREAM TCP SOCK_DGRAM UDP SOCK_RAW なし

初期状態

クライアントプロセス

ホスト A

サーバプロセス

ホスト B

Port B

IP Address: xx.xx.xx.xx.IP Address: xx.xx.xx.xx.

Port C

Port A

Socket を開いた状態

クライアントプロセス

ホスト A

サーバプロセス

ホスト B

Port B

IP Address: xx.xx.xx.xx.IP Address: xx.xx.xx.xx.

Port C

Port A

Socketを開く

bind した状態

クライアントプロセス

ホスト A

サーバプロセス

ホスト B

Port B

IP Address: xx.xx.xx.xx.IP Address: xx.xx.xx.xx.

Port C

Port A

Proto LocalAdddress ForeignAddress StateTCP *.A *.* Closed

Stream example (TCP)Server

socket()

bind()

Client

socket()listen()

accept()

recv()

send()

connect()

send()

recv()

Block untilconnect

Processrequest

Connection Establishmt.

Data (request)

Data (reply)

暗黙に bind()

Datagram example (UDP)Server

socket()

bind()Client

socket()

recvfrom()

sendto()

bind()

sendto()

recvfrom()

Block untilData from client

Processrequest

Data (request)

Data (reply)

Datagram example2 (UDP)Server

socket()

bind()Client

socket()

recvfrom()

sendto()

bind()

send ()

recv ()

Block untilData from client

Processrequest

Data (request)

Data (reply)

connect()

sockaddr_in 構造体 ソケットの情報

アドレス … 32bit ポート番号 … 16bit プロトコルファミリー … AF_INET…

長さ protocol Port番号

アドレス

unused

unused

0 7 15 31

sockaddr 構造体 ソケットの情報を一般化した形

ソケットを使った通信のためのテンプレート 利用するプロトコルに依存しない 共通：　長さ・プロトコルファミリ (AF_XXX)

長さ protocol unused

unused

unused

unused

0 7 15 31

キャスト ある変数・構造体を無理やり違う型の変数や構造体とし

て扱う方法 変数を使う時に扱いたい型をカッコで括る

(int)no_int_variable; ← int 型にキャスト 関数の引数を一般化するのに便利

sockaddr の例 struct sockaddr_in sin; (struct sockaddr)sin;

型やサイズに依存せず 1 バイトずつ読みたいときにも使うlong addr = 1234567; char *cp = (char *)&addr;for(j = 0; j < 4; j++) {

printf("%c ", *cp++);}

inet_addr()

in_addr_t inet_addr(const char *strptr); アドレスを表す文字列を，

ネットワークバイト順序のバイナリ値へ 「 127.0.0.1 」という文字列は人間には

分かりやすいが，コンピュータには分かりにくい

仲間 inet_aton() inet_ntoa()

ネットワーク・バイト・オーダ Network Byte Order CPU アーキテクチャによって、バイトの並びが違う

一般に Big Endian(sparc 等 ) と Little Endian(Intel 等 ) の二つ ネットワーク上に流すバイト順を統一しなくてはならない

Big Endian に統一 htons()/htonl()/ntohs()/ntohl() を利用

リトルエンディアン ビッグエンディアン

16ビット整数（ short)

32ビット整数（ long)

1 2 12

1 2 3 4 1234

エンディアン変換 u_long htonl(u_long hostlong); u_short htons(u_short hostshort); u_long ntohl(u_long netlong); u_short ntohs(u_short netshort);

練習 1:echo クライアント作成 echo サーバは以下

　 hi.sfc.wide.ad.jp

port 　 7 番

必要な構造体 #include<netinet/in.h>

struct sockaddr_in{

u_char sin_len; /*IP address のサイズ*/

u_char sin_family; /*AF_INET etc*/

u_short sin_port; /*port num*/

struct in_addr sin_addr; /*IP address*/

char sin_zero[8]; /*padding*/

}

必要な関数 socket bind sendto recvfrom

socket

int socket(int domain, int type, int protocol);

( 例 )sd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP)

　　　　　　　 AF_UNIX , SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP

SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP

bind

int bind(int sockfd,struct sockaddr *addr,int addrlen);( 例 )

struct sockaddr_in server;

memset((void *)&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(7);server.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; 　 /* local host*/

bind(sd,(struct sockaddr *)&server, sizeof(server))

sendto

ssize_t sendto(int s, const void *msg, size_t len, int flags, const struct sockaddr *to, int tolen);

（例）if (sendto(s, (char *)&msg, sizeof(msg), 0 , (struct s

ockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) { perror("sendto"); exit(-1);

}

recvfrom

ssize_t recvfrom(int s, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *from, int *fromlen);

( 例 )

recvlen = recvfrom(sd, (void *)buf, 1024, 0, (struct sockaddr *)&client, &clientlen);

実習

echo サーバを作ろう。基本的に echo クライアントと同じ

sendto,recvfrom の順番が逆