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.

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1 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

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

3 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,

4 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)

5 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...

6 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

7 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

8 Class Staff Faculty Assistants SA: 中島明日香 asp@sfc.wide.ad.jp
Rodney Van Meter ‏ Yoshifuji 吉藤 Assistants TA: Keisuke Muda ‏ SA: 中島明日香 SA: Kaori Ishizaki:

9 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

10 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

11 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!

12 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

13 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

14 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!)?

15 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

16 Programming Environment
CNS Linux:ccx00,ccx01 Login via SSH PuTTY: putty/ PuTTYkj.html Submit homework via SFS

17 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

18 ここから本編～ ネットワークの基礎

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

20 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

21 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

22 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

23 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…

24 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

25 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

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

27 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

28 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

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

30 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

31 OSI Model & Internet Architecture
アプリケーション層 Application Layer Web XML Webサービス 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

32 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

33 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

34 ここから実習～ C言語に触れてみる

35 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!

36 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
PuTTY: 自分のホームディレクトリにファイルを置く

37 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

38 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

39 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

40 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

41 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

42 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

43 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