２０10年秋学期 Rodney Van Meter rdv@sfc.wide.ad.jp Network Programming in C #1: Introduction ネットワークプログラミング C言語 第１回「イントロダクション」 ２０10年秋学期 Rodney Van Meter rdv@sfc.wide.ad.jp

Today’s Lecture This course Basics of networking Exercise Goals Outline Staff introductions Basics of networking Exercise

Goals Software engineering in a team Who can take this class? Almost anyone Learn basic structure of network services Programming in C Learn some of the “joseki” (定石) of C Build experience with programming Doing is more important than listening! Software engineering in a team Makefiles, version control, interfaces, modularity, documentation, debugging,

Who’s this for? Who might want to take this class? Almost anyone working around IT Even if your goal is to be a VC or found an NGO, understanding this helps you talk intelligently to networking people Who should take this class? Anyone planning to work in computer systems (network manager/sysadmin, application or OS developer, researcher)

Prerequisites (前提) Minimum Have taken classes in Information Processing (情報処理) 「コン基礎」 or 「インターネット」 Helpful Basics of networks (IP addresses, etc.) Basic programming (editing, compiling, conditionals, loops, functions) Without this, your learning curve will be steep! For those with experience, first half of semester might be a little dull...

English! Lectures will be in English First step in GIGA Program アイドントスピークイングリシュ！ 大丈夫。俺も日本語を話せないから、一緒に頑張ろう！ This class is about doing, not listening Lectures are short, most is hands-on TA & SAs all speak 日本語 Slides from prior years (and this year!) available on my web page

この授業の流れ C言語によるプログラミング入門 システムプログラミング ミニプロジェクトのグループ決定 ネットワーク関連のプログラミング ミニプロジェクト成果発表

Class Staff Faculty Assistants SA: 中島明日香 asp@sfc.wide.ad.jp Rodney Van Meter (rdv@sfc.wide.ad.jp) ‏ Yoshifuji 吉藤 yoshfuji@wide.ad.jp Assistants TA: Keisuke Muda (muda@sfc.wide.ad.jp) ‏ SA: 中島明日香 asp@sfc.wide.ad.jp SA: Kaori Ishizaki: kaori@sfc.wide.ad.jp

Class Plan Tuesdays, 2nd (11:10-12:40), ε11 Hands-on work every week No class 11/23 Only one class in January, for final presentations! You will be on your own for several weeks! First 45 minutes or so: lecture Last 45 min.: hands-one work Last 3 weeks, project work only Hands-on work every week End-of-term presentations 1/11

I Promise: If you work hard, you will learn more in this class than most others here Many SFC classes are about breadth, this one is about depth To pass, you will have to work hard! Almost every week, you will have to work outside of class TA, SAs and I are available to help English will be a tool, not a barrier

Term Project and Grading Homeworks first half of semester Team project 2nd half of semester Your grade depends primarily on project Team lives & dies together That’s the way it is in life!

Attendance Server Every week, we will record attendance via the network Do “by hand” first few weeks, then via program Protocol simple to start with, more complicated later

Students’ Backgrounds What year? C programming experience? Java programming experience? Classes? インターネットオペレーション インターネット ネットワークアーキテクチャ システムプログラミング

C Background C programming experience? Understand edit-compile-debug cycle? What environment (Unix, Windows, IDE, make)? Functions? Pointers (difficult concept, incredibly important and useful)? Memory management (hard!)?

今期の授業スケジュール（予定） 第１回 9/28：Introduction / イントロダクション 第２回 10/5：C言語の基礎～関数・変数・Makefile 第３回 10/12：C言語の基礎～コマンドライン引数・構造体・ポインタ 第４回 10/19：C言語の基礎～ポインタと配列・リスト構造 第５回 10/26： file I/O・ネットワークとプログラミング 第６回 11/10：ネットワークとプログラミング(1)‏ 第７回 11/17：ネットワークとプログラミング(2)‏ 第８回 12/1：ネットワークとプログラミング（3） 第９回 12/8：応用ネットワークプログラミング（1） 第１０回 12/15：応用ネットワークプログラミング（２） 第１１回 12/22：ミニプロ中間発表 第１2回 1/12：ミニプロ実習 第１３回 1/19：ミニプロ最終発表

Programming Environment CNS Linux:ccx00,ccx01 Login via SSH http://itc.sfc.keio.ac.jp/ssh/ PuTTY: http://www.chiart.greenend.org.up/~sgtathm/ putty/ http://hp.vector.co.jp/authors/VA024651/ PuTTYkj.html Submit homework via SFS

Programming Environment (2)‏ OK to use your own PC Windows: cygwin 注意：IPv6は動かないかも IPv6 important in this class, cygwin support still weak? Linux, BSD, Mac: native environment

ここから本編～ ネットワークの基礎

Basics of Network Architecture Protocols Layered protocol model What’s a network application?

Protocol In order for two computers to talk, they have to share a language and follow a set of rules: a protocol is what they promise each other Without a protocol, they can’t talk to each other! 　人間 20 20

Humans Use Protocols 電話の例 1)　受話器を上げる One speaking English, the other Japanese (probably) doesn’t work On phone, start with 「もし もし，xxです」 or “Hello” Same for computers UNIX-Windows間の通信 無線-有線間の通信 2)　電話番号を入力 5)　会話する 6)　どちらかが受話器を置く 3)　着信を通知する 4)　受話器を上げる 7)　回線が切れる 21 21

OSI Layered Model Physical Layer Data Link Layer Network Layer Transport Layer Session Layer Presentation Layer Application Layer 物理層 データリンク層 ネットワーク層 トランスポート層 セッション層 プレゼンテーション層 アプリケーション層 Signal Frame Packet Data ・各プロトコルの関係を階層構造でモデル化

1) Physical Layer Defines physical characteristics Media 規格 Signal strength/voltage, how to make numbers, etc. 電波強度、符号変調方式 Media Optical fiber, copper wire, electrical lines, satellite, radio... Usually standardized by some group（ ITU-T，ISO，…)‏ 規格 X.25，IEEE，ATM，ISDN… 光）SONET，FDH…

Data Link Layer 物理的な通信媒体に対応した、フレームをやり取りす るためのプロトコルを規定する層 同期，送信権の制御 識別 CSMA/CD 識別 MAC Address 誤り検出 CRC Checksum

3) Network Layer Independent of physical layer, how two hosts on Internet transfer data End-to-End Path control (routing)‏ IPv4，IPv6 Generally requires globally unique address

4) Transport Layer Layer that processes in a host usually use TCP，UDP Most protocols divide service by PORT

5) Session Layer One “session” – start to finish of communication between two apps Cooperatively managed between sender and receiver Generally handled by applications Most Internet apps one “session” is one transport-level connection

6) Presentation Layer セッションでやり取りされるデータの表現方法 や符号化、暗号化などを規定する層 Byte Order (“Endianness”) Least/Most Significant Bit (LSB/MSB)‏ Htonl(), Htons()‏ Usually handled by applications

7) Application Layer Agreed upon by two applications e.g., what Email contents look like (headers, etc.) Most applications handle layers 5 and up themselves

Internet Layered Model アプリケーション層 Application Layer アプリケーション層 Application Layer トランスポート層 Transport Layer トランスポート層 Transport Layer ネットワーク層 Network Layer ネットワーク層 Network Layer ネットワーク層 Network Layer データリンク層 Data Link Layer データリンク層 Data Link Layer データリンク層 Data Link Layer 物理層 Physical Layer 物理層 Physical Layer 物理層 Physical Layer エンドノード 中継ノード エンドノード 送信元から中継ノード(ルータ)を通ってあて先に到達する 30 30

OSI Model & Internet Architecture アプリケーション層 Application Layer Web XML Webサービス Email NNTP ・・・ Messaging File transfer File sharing プレゼンテーション層 Presentation Layer セッション層 Session Layer トランスポート層 Transport Layer TCP UDP ネットワーク層 Network Layer IP データリンク層 Data Link Layer Ethernet xDSL Optical fiber 無線LAN (WLAN) 物理層 Physical Layer 31

プロトコルスタックとカプセル化 受信側 送信側 各層はヘッダの情報をもとに処理を行い，そのヘッダ部分を取り 除いて上層へ渡す 各層がそれぞれ必要な情報（ヘッダ）を付加して下層へ渡す 受信側 各層はヘッダの情報をもとに処理を行い，そのヘッダ部分を取り 除いて上層へ渡す アプリケーション アプリケーション 例：HTTPヘッダ データ データ TCPヘッダ TCP TCP IPヘッダ IP IP Ethernet Frame Ethernet/100M Ethernet/100M 信号へ CAT5e CAT5e 送信側 受信側 32 32

ネットワークアプリケーションとは？ transport layer IP network layer data link layer process process process process TCP UDP transport layer ICMP IP IGMP network layer ARP RARP data link layer hardware interface media

ここから実習～ C言語に触れてみる

Practice Getting started “こんなのできるぜ”というたしなみのある人は 帰っていいよ login to CNS via SSH Create “Hello world” program with Makefile “こんなのできるぜ”というたしなみのある人は 帰っていいよ Once this is done, you can go home!

今日の環境 CNS環境 sshして上記のホストにログイン 自分のホームディレクトリにファイルを置く Linux:ccx00,ccx01 http://itc.sfc.keio.ac.jp/ssh/ PuTTY: 自分のホームディレクトリにファイルを置く

はろーわーるど ???.c　というファイル名 gccコマンド include printf a.out などのおまじないを体験してみる

hello.cの例 → gcc hoge.c → ./a.out #include <stdio.h> int main (int argc, char* argv[]) { printf("%s\n", "Hello World!"); } main(){ printf(“Hello World!\n”); →　gcc hoge.c → ./a.out

Compiling gcc hoge.c または gcc –o hoge hoge.c a.outというファイルが生成される

Makefile 再コンパイルの煩雑さを解消 基本文法 ターゲット:依存するファイル <tab>コマンド

Makefileの例 all: program program : source1.o source2.o gcc -o program source1.o source2.o source1.o : source1.c gcc -c source1.c source2.o : source2.c gcc -c source2.c

Makefileの簡素化 .cから.oファイルの生成ルール all : source1.o source2.o gcc -o program source1.o source2.o コンパイルオプションの変数化 <command> %gcc -Wall -g -c source1.c <Makefile> CFLAGS = -Wall gcc ${CFLAGS} -c source1.c

Makefile: hello.cへの適用例 all: hello hello: hello.o gcc -o hello hello.o hello.o: hello.c gcc -c hello.c