目的
„
ネットワークプログラミング: UDP
„
TCP/IPの基礎の理解
ソケットプログラミングの基礎の理解
„
CS-24 太田 能
„
どうやってプロセス間通信を実現するのか？
コネクションレスレス型ｿｹｯﾄﾌﾟﾛｸﾞﾗﾐﾝｸﾞの理解
„
注）コネクション型ｿｹｯﾄﾌﾟﾛｸﾞﾗﾐﾝｸﾞは２で学習
ネットワークの構成要素
„
„
„
ホスト
ルータ
リンク：LAN/MAN/WAN
ＴＣＰ/ＩＰの基礎
LAN
ルータ
LAN/MAN/WAN
LAN
LAN
ホスト
TCP/IPプロトコルスタック
IPC (Inter Process Communication)
„
„
受信ホストまでデータが届く
特定のプロセスにデータ渡される
プロセス
„
プロセス
„
„
„
„
プロトコル：規則，手順，規格
IP層：データをホストまで届ける機能
TCP/UDP層：データをプロセスまで届ける機能
ﾎｽﾄｲﾝﾀﾌｪｰｽ識別：ＩＰアドレス
プロセス識別：ﾎﾟｰﾄ番号
プロセス
プロセス
ルータ
LAN
ホスト
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
各種ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ プロセス
プロセス
プロセス
プロセス
プロセス
プロセス
プロセス
プロセス
LAN/MAN/WAN
LAN
ホスト
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ間通信
LAN
ホスト
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
ｴﾝﾄﾞﾎｽﾄ間転送
隣接ﾎｽﾄ間通信
TCP
UDP
IP
LAN/WAN
ルータ
IP
TCP
UDP
IP
LAN/WAN
1
クライアント・サーバモデル
ｿｹｯﾄ・ﾎﾟｰﾄ番号・IPｱﾄﾞﾚｽの関係
送信ホスト
受信ホスト
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
ｿｹｯﾄ
6
ﾎﾟｰﾄ
1032
TCP
UDP
ｿｹｯﾄ
4
ﾎﾟｰﾄ
25
ソケット記述子：プロセス側の通信端点識別子
ポート番号：ﾄﾗﾝｽﾎﾟｰﾄ層側の通信端点識別子
IPアドレス：ホストのｲﾝﾀﾌｪｰｽ識別子
ﾌﾟﾛｾｽはｿｹｯﾄに対し読み書きすることで通信を実現
ＩＰｱﾄﾞﾚｽ
ルータ
IP
IP
192.168.1.2
192.168.1.1 192.168.5.1
LAN/MAN/WAN
192.168.1.0
TCP
UDP
IP
192.168.5.2
LAN/MAN/WAN
192.168.5.1
送信ﾎｽﾄ内でのﾒｯｾｰｼﾞの流れ
送信ホスト
ﾌﾟﾛｾｽはｿｹｯﾄにﾒｯｾｰｼﾞを書込む
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
メッセージ
ｿｹｯﾄ
6
送信元ﾎﾟｰﾄ
ﾎﾟｰﾄ
宛先ﾎﾟｰﾄ
1032
セグメント
送信元ＩＰｱﾄﾞﾚｽ
TCP
1032;25
宛先ＩＰｱﾄﾞﾚｽ
UDP
ルータ
ＩＰデータグラム
192.168.1.2;192.168.5.2
IP
IP
192.168.1.2
192.168.1.1 192.168.5.1
LAN/MAN/WAN
192.168.1.0
ｿｹｯﾄ
6
ﾎﾟｰﾄ
1032
TCP
UDP
IP
192.168.1.2
ﾌﾟﾛｾｽ
ﾌﾟﾛｾｽ
リクエスト
①ｻｰﾊﾞのＩＰｱﾄﾞﾚｽとﾎﾟｰﾄ番号は既知でなければならない
⇒ｻｰﾊﾞのﾎﾟｰﾄ番号を事前に決め，ｸﾗｲｱﾝﾄに知らせておく必要有
レスポンス
②ﾘｸｴｽﾄからｸﾗｲｱﾝﾄのＩＰｱﾄﾞﾚｽとﾎﾟｰﾄ番号は分かる
⇒ｸﾗｲｱﾝﾄのﾎﾟｰﾄ番号はｼｽﾃﾑが適当に決めても可
ｿｹｯﾄ
ｿｹｯﾄ
4
②自動割当の場合が多い
6
ﾎﾟｰﾄ
ﾎﾟｰﾄ
①明示的割当必須
25
1032
TCP
実際のデータの流れ
TCP
UDP
UDP
ルータ
IP
IP
IP
LAN/MAN/WAN
LAN/MAN/WAN
ルータ内でのﾒｯｾｰｼﾞの流れ
受信ホスト
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
ｿｹｯﾄ
4
ﾎﾟｰﾄ
25
ｿｹｯﾄ
4
ﾎﾟｰﾄ
ﾙｰﾀは経路制御により適切な経路にﾌｫﾜｰﾄﾞ 25
ｿｹｯﾄ
6
ﾎﾟｰﾄ
1032
TCP
UDP
TCP
UDP
IP
192.168.5.2
IP
192.168.1.2
受信ホスト
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
メッセージ
ｿｹｯﾄ
4
ﾎﾟｰﾄ
25
セグメント
TCP
1032;25
UDP
ルータ
ＩＰデータグラム
192.168.1.2;192.168.5.2
IP
IP
192.168.5.2
192.168.1.1 192.168.5.1
ﾌﾟﾛｾｽはｿｹｯﾄからﾒｯｾｰｼﾞを読込む
LAN/MAN/WAN
192.168.1.0
サーバ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
送信ホスト
受信ﾎｽﾄ内でのﾒｯｾｰｼﾞの流れ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
クライアント：サービスを受ける側
サーバ
：サービスを提供する側
受信ホスト
LAN/MAN/WAN
192.168.5.1
送信ホスト
クライアント
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
LAN/MAN/WAN
192.168.5.1
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
TCP
ＩＰデータグラム
UDP
192.168.1.2;192.168.5.2
ルータ
IP
192.168.1.1 192.168.5.1
LAN/MAN/WAN
192.168.1.0
IP
192.168.5.2
LAN/MAN/WAN
192.168.5.1
TCPセグメントフォーマット
2Bytes
送信元ポート
宛先ポート
シーケンス番号
応答確認番号
u a p r s f
r
c
s s y i
ヘッダ長 予約
ウィンドウ
g k h t n n
チェックサム
緊急ポインタ
オプション，パッディング
ヘッダ メッセージデータ
可変長
2
UDPデータグラムフォーマット
ポート番号 (1/2)
„
目的
„
長さ
プロセスを識別するために使用
„
2Bytes
送信元ポート
セグメント長
ヘッダ
宛先ポート
チェックサム
メッセージデータ
可変長
ポート番号 (2/2)
„
„
„
ポート番号
ｳｪﾙﾉｳﾝ (Well-known) ﾎﾟｰﾄ
256〜1023
予約済み（ｽｰﾊﾟｰﾕｰｻﾞﾌﾟﾛｾｽが使用）
1024〜5000
自動割当範囲（ﾊﾟｯｼﾌﾞｵｰﾌﾟﾝ時に割当）
5001〜65535 ﾕｰｻﾞが自由に利用可能な範囲
IP datagram（v4） のフォーマット
20-65535bytes
20-60bytes
有名なプロセスが使用
例）ftp = 21, telnet = 25
プロセス名との対応
„
„
/etc/services の参照
getservbyname() により可能
途 用
0〜255
ウェルノウンポート
„
２バイト (0〜65535)
„
ヘッダ
バージョン
4bits
ヘッダ長
4bits
データ
Type of Service
4bits
Time To Live:8bits
Total length: 16bits
Flags
3bits
Identification:16bits
Protocol:8bits
Fragmentation offset:13bits
Header checksum:16bits
送信元 IP アドレス: 32bits
目的 IP アドレス: 32bits
オプション
IPアドレス
„
目的
„
„
ホスト・ルータのインタフェース識別
論理アドレス
„
„
„
長さ：４バイト（Ver.4） [１６バイト（Ver.6）]
ビット表現：10010110 00111011 00100110 11000101
ドット表現：150.59.38.197
トランスポートプロトコル
„
„
„
„
DNS (Domain Name Service) サーバへの問合せ
/etc/hosts の参照により解決
getservbyname()関数から名前解決
„
TCP（Transmission Control Protocol）
コネクション型
バイトストリーム型
UDP（User Datagram Protocol）
„
„
コネクションレス型
非バイトストリーム型
FQDN表現：tama.is.tokushima-u.ac.jp
„ Fully Qualified Domain Name
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
3
TCPによるコネクション通信の実現
送信ホスト
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
TCP
„
コネクション型
信頼性の高いエンド間通信を実現
„ ＩＰ層における低信頼性をカバー
„
„
„
オーバヘッド大⇒リアルタイム通信には不適
受信ホスト
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
①パッシブオープン（サーバ）
③ﾃﾞｰﾀ送受信用ｿｹｯﾄ
受付ソケットの生成
②アクティブオープン（クライアント）
ﾒｯｾｰｼﾞ
ﾌﾟﾛｾｽ
①受付用ｿｹｯﾄ ﾒｯｾｰｼﾞ
②自動割当 コネクション確立要求
ポート番号はTCPが自動割当
ｿｹｯﾄ ｿｹｯﾄ
ｿｹｯﾄ
③コネクション確立応答（サーバ）
5
4
6
メッセージ送受信用ソケット生成
ﾎﾟｰﾄ
ﾎﾟｰﾄ
④データ転送（クライアント・サーバ）
25
1032
メッセージ送受信用ソケットを利用
スリーウェイハンドシェイク
s;1032;25 ②
バイトストリーム型
„
③ 1032;25;s,a
受信ホストでメッセージの境界が見えない
1032;25 ④
TCP
IP
TCPによる高信頼通信の実現
受信ホスト
時間 ルータ
LAN/MAN/WAN
IP
TCP
時間
IP
LAN/MAN/WAN
TCPによるバイトストリームの実現
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
損失ﾒｯｾｰｼﾞを補償する
ﾌﾟﾛｾｽ
ab cd
ef
ab
ｿｹｯﾄ
信頼性高い
6
処理が重く低速
ﾎﾟｰﾄ fe 1032;25
1032
誤り制御・順序制御
dc 1032;25
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
ef
cd
ｿｹｯﾄ
5
ﾎﾟｰﾄ
ba 1032;25
25
dc 1032;25
受信ホスト
送信ﾎｽﾄ：メッセージを分けて送信
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層 受信ﾎｽﾄ：受信ﾒｯｾｰｼﾞをまとめて読出し ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
ﾌﾟﾛｾｽ
ab cd
abcd
ｿｹｯﾄ
ｿｹｯﾄ
5
6
受信側でﾒｯｾｰｼﾞの境界が見えない
ﾎﾟｰﾄ
ﾎﾟｰﾄ
25
1032
dc 1032;25
ba 1032;25
1032;25
TCP ba UDP
fe 1032;25
UDP
TCP
1032;25
TCP ba UDP
送信ホスト
ba 1032;25 192.168.1.2;192.168.5.2
IP
IP
IP
dc 1032;25メッセージ損失
192.168.1.2;192.168.5.2
②損失ﾒｯｾｰｼﾞの再送
192.168.5.2
192.168.1.2
fe 1032;25 192.168.1.2;192.168.5.2
LAN/MAN/WAN
LAN/MAN/WAN
192.168.1.0
192.168.5.1
①再送要求
UDP
„
コネクションレス型
„
コネクション設定不要
„
„
低信頼性
„
„
オーバヘッド小
⇒管理アプリケーション，リアルタイム通信に適
必要ならば上位レイヤで保証
非バイトストリーム型
„
受信ホストでメッセージの境界が見える
送信ホスト
IP
192.168.1.2
dc 1032;25
UDP
TCP
ルータ
IP
192.168.1.1 192.168.5.1
LAN/MAN/WAN
192.168.1.0
LAN/MAN/WAN
192.168.5.1
UDPによる非バイトストリームの実現
受信ホスト
送信ﾎｽﾄ：メッセージを分けて送信
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層 受信ﾎｽﾄ：受信ﾒｯｾｰｼﾞを分けて読出し ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
ﾌﾟﾛｾｽ
ab cd
ab cd
ｿｹｯﾄ
ｿｹｯﾄ
4
6
受信側でﾒｯｾｰｼﾞの境界が見える
ﾎﾟｰﾄ
ﾎﾟｰﾄ
13
1032
dc 1032;13
ba 1032;13
送信ホスト
1032;13
TCP ba UDP
IP
192.168.1.2
dc 1032;13
UDP
TCP
ルータ
IP
192.168.1.1 192.168.5.1
LAN/MAN/WAN
192.168.1.0
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
IP
192.168.5.2
IP
192.168.5.2
LAN/MAN/WAN
192.168.5.1
4
UDPによるｺﾈｸｼｮﾝﾚｽ通信の実現
受信ホスト
送信ホスト
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
cd
ef
ｿｹｯﾄ
4
ba 1032;13 ﾎﾟｰﾄ
13
dc 1032;13
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
損失ﾒｯｾｰｼﾞを補償しない
ﾌﾟﾛｾｽ
ab cd
ef
ab
ｿｹｯﾄ
信頼性低い
6
処理が軽く高速
ﾎﾟｰﾄ fe 1032;13
1032
ﾒｯｾｰｼﾞ損失検知不可能
dc 1032;13
そのまま上位層に渡す
1032;13
TCP ba UDP
×
ソケットプログラミングの基礎
×
fe 1032;13
UDP
TCP
ba 1032;13 192.168.1.2;192.168.5.2
IP
IP
dc 1032;13 192.168.1.2;192.168.5.2
メッセージ損失
192.168.5.2
fe 1032;13 192.168.1.2;192.168.5.2
LAN/MAN/WAN
LAN/MAN/WAN
192.168.1.0
192.168.5.1
IP
API（Application Programming Interface）
„
カーネルに実装された機能へのインタフェース
„
„
関数やシステムコールにより提供
TCP/IP利用の場合⇒ソケット関数，TLI関数など
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
プロセス
プロセス
プロセス
プロセス
プロセス
プロセス
データ転送
ソケット関数／TLI関数
TCP
ソケットシステムコール一覧
機能
ソケット作成
ソケットに名前設定
接続受付準備
接続要求
接続受付
UDP
ソケットのクローズ
IP
その他
LAN/WAN
gethostbyname関数(1/3)[pp.120-121,124]
ネットワークバイトオーダー
„
ホストにより複数バイトデータの内部表現異なる
„
例） 3000 = 0x0bb8 （２バイトデータ）
リトルエンディアン方式
ビッグエンディアン方式
（インテル80x86等のCPU）
（モトローラ680x0等のCPU）
ｱﾄﾞﾚｽ
„
b8
0b
n
n+1
ｱﾄﾞﾚｽ
関数名
socket
bind
listen
connect
accept
read, write, recv, send
recvfrom, sendto
shutdown, close
ioctrl, socketpair, setsocketopt,
getsockopt, getsockname,
getpeername
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
0b
b8
struct
n
n+1
戻り値 成功時…ホスト情報を格納するhostent
構造体へのポインタ
エラー…−１
char *name; ﾎｽﾄ名が格納されている文字列への
ポインタ
通信の際のデータの並びを統一する必要あり
ＴＣＰ／ＩＰのﾌﾟﾛﾄｺﾙﾍｯﾀﾞはビッグエンディアンで処理
htonl();整数（long）をﾎｽﾄ形式からﾈｯﾄﾜｰｸ形式に変換
„ htons();整数（short）
〃
〃
〃
など（pp.114-115）
„
„
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
hostent*
gethostbyname(char *name);
5
gethostbyname関数(2/3)[pp.120-121,124]
struct
char
char
int
int
char
}
#define
hostent{
*h_name; /* ホストの正式名称 */
**h_aliases; /* 別名リスト */
h_addrtype; /* ｱﾄﾞﾚｽﾀｲﾌﾟ(AF_INET)*/
h_length; /*ｱﾄﾞﾚｽ長（v.4では４ﾊﾞｲﾄ）*/
**h_addr_list; /* ｱﾄﾞﾚｽのﾘｽﾄ */
gethostbyname関数(3/3)[pp.120-121,124]
shost = gethostbyname(”tama.is.tokushima-u.ac.jp”);
ホストの正式名称
tama.is.tokushima-u.ac.jp
short = ・
h_name=・
h_aliases=・
ホストの別名ﾘｽﾄ
もしあれば
h_addrtype =
構造体の在処
（ｱﾄﾞﾚｽ）を格納
したﾎﾟｲﾝﾀ変数
AF_INET
h_length = 4
h_addr_list=・
：
h_addr (=h_addr_list[0])
ｱﾄﾞﾚｽﾘｽﾄ
150 59 38 197
もしあれば
h_addr h_addr_list[0]
/* ｱﾄﾞﾚｽ（下位互換性保持のため） */
：
tama.is.tokushima-u.ac.jpの調査結果を格納した構造体
UDPソケットプログラミングの流れ
クライアント
サーバ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
両方とも同様な流れ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ｻｰﾊﾞのﾎﾟｰﾄ番号は
ﾌﾟﾛｾｽ
ﾌﾟﾛｾｽ
明示的割付必要
準備
準備
①socket(); ｿｹｯﾄ生成
①socket();
②bind();
情報割付
②bind();
送受信(③④繰返し)
送受信(③④繰返し)
UDPプログラミング
③sendto(); 相手（IP+ﾎﾟｰﾄ）へ送信
③recvfrom();
④recvfrom();相手（IP+ﾎﾟｰﾄ）から受信 ④sendto();
終了
終了
⑤close(); ｿｹｯﾄｸﾛｰｽﾞ
⑤close();
sockaddr_in構造体
ｿｹｯﾄ
ｿｹｯﾄ
①⑤ アドレスファミリー
自動割当可 6
5 明示的割付
ポート番号
ﾎﾟｰﾄ ②
ﾎﾟｰﾄ
1032
13
UDP
UDP
ＩＰアドレス
IP
socket 関数 (1/4)[pp.110-111]
機能：ソケットを作成する
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
戻り値 成功時…ｿｹｯﾄ記述子，エラー…−１
未使用
LAN/MAN/WAN
socket 関数 (2/4)[pp.110-111]
„
ドメイン
„
„
„
„
int type;
ｺﾈｸｼｮﾝ型かｺﾈｸｼｮﾝﾚｽ型を指定
int protocol; ＴＣＰあるいはＵＤＰを指定
„
SOCK_STREAM…コネクション型
SOCK_DGRAM…コネクションﾚｽ型
プロトコル
„
„
„
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
AF_INET…INETﾄﾞﾒｲﾝ（ｲﾝﾀｰﾈｯﾄﾄﾞﾒｲﾝ）ﾈｯﾄﾜｰｸ越し
AF_UNIX…UNIXﾄﾞﾒｲﾝ（同一ﾎｽﾄ内ﾌﾟﾛｾｽ間通信）
タイプ
„
int domain; 通信領域を指定
IP
IPPROTO_TCP…TCP/IP
IPPROTO_UDP…UDP/IP
0…ドメインとタイプから適切なものを自動選択
6
socket 関数 (3/4)[pp.110-111]
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層 クライアント
サーバ
socket 関数 (4/4)[pp.110-111]
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
＜サーバ, クライアント（UDP/IP）での使用例＞
int soft;
sofd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if ( sofd < 0 ){ エラー処理; }
ﾌﾟﾛｾｽ
ﾌﾟﾛｾｽ
sofd には 6 が代入される．
準備
準備
①socket(); 0);
①sofd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,
②bind();
②bind();
ﾈｯﾄﾜｰｸ越し，ｺﾈｸｼｮﾝﾚｽ通信，ＵＤＰ
送受信(③④繰返し)
送受信(③④繰返し)
③recvfrom();
③sendto();
UDP/IP上で利用可能な，識別
④sendto();
④recvfrom();
子6番のｿｹｯﾄが生成されている．
終了
終了
⑤close();
⑤close();
ｿｹｯﾄ
ｿｹｯﾄ
5
6
この状態では，ﾎﾟｰﾄ番号等との
関連付けはなされていない．
ﾎﾟｰﾄ
ﾎﾟｰﾄ
13
UDP
UDP
IP
LAN/MAN/WAN
IP
bind 関数 (1/7)[pp.112-116]
bind 関数 (2/7)[pp.112-116]
機能：ソケットに名前を付ける（情報割付）
/* INETドメインで利用するアドレス構造体 */
#include <sys/types.h>
struct
sockaddr_in{
#include <sys/socket.h>
short
int bind(int s, struct sockaddr* name, int namelen);
u_short sin_port;
戻り値 成功時…０，エラー…−１
int s; ソケット記述子
struct sockaddr* name; 対応ｱﾄﾞﾚｽ構造体へのﾎﾟｲﾝﾀ
int namelen; ｱﾄﾞﾚｽ構造体のサイズ
sin_family; /* ドメイン（常にAF_INET） */
/* ポート番号 */
struct
in_addr sin_addr;/* ＩＰｱﾄﾞﾚｽ格納構造体 */
char
sin_zero[8]; /* パディング */
};
struct
u_long
in_addr{
s_addr;
/* ＩＰアドレス */
}
bind 関数 (３/7)[pp.112-116]
bind 関数 (4/7)[pp.112-116]
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層 クライアント
サーバ
ﾌﾟﾛｾｽ
/* クライアントにおけるアドレス構造体設定例 */
struct
sockaddr_in
cl_addr;
bzero((char*)&cl_addr, sizeof(cl_addr)); /*初期化*/
cl_addr.sin_family = AF_INET;
/*ドメイン*/
cl_addr.sin_port = htons( 0 ); /* ｼｽﾃﾑ自動割当 */
cl_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
/* INADDR_ANY = 0 ｲﾝﾀﾌｪｰｽの制限なし */
準備
準備
①sofd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
①socket();
②bind(sofd,(struct sockaddr*)&cl_addr,sizeof(cl_addr));
②bind();
送受信(③④繰返し)
送受信(③④繰返し)
ｱﾄﾞﾚｽ構造体 cl_addr
③sendto();
③recvfrom();
の在処（ｱﾄﾞﾚｽ）を渡す
④sendto();
④recvfrom();
終了
終了
⑤close();
⑤close();
struct sockaddr_in
cl_addr;
ｿｹｯﾄ
ｿｹｯﾄ
アドレスファミリー = AF_INET (ドメイン)
自動割当
6
5
ポート番号 = 0 （ﾜｲﾙﾄﾞｶｰﾄﾞ⇒ｼｽﾃﾑ自動割当）
ﾎﾟｰﾄ
ﾎﾟｰﾄ
1032
ＩＰｱﾄﾞﾚｽ = INADDR_ANY(0)（ｲﾝﾀﾌｪｰｽ制限なし）
13
UDP
UDP
IP
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
未使用
LAN/MAN/WAN
IP
7
bind 関数 (5/7)[pp.112-116]
bind 関数 (6/7)[pp.112-116]
サーバ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ﾌﾟﾛｾｽ
/* サーバにおけるアドレス構造体設定例 */
struct
sockaddr_in
sv_addr;
bzero((char*)&sv_addr, sizeof(sv_addr)); /*初期化*/
sv_addr.sin_family = AF_INET;
/*ドメイン*/
sv_addr.sin_port = htons( 13 );
/* 明示的割当 */
sv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
/* INADDR_ANY = 0 ｲﾝﾀﾌｪｰｽの制限なし */
準備
①sofd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
②bind(sofd,(struct sockaddr*)&sv_addr,sizeof(sv_addr));
送受信(③④繰返し)
ｱﾄﾞﾚｽ構造体 sv_addr
③ recvfrom();
の在処（ｱﾄﾞﾚｽ）を渡す
④ sendto();
終了
⑤close();
ｿｹｯﾄ
明示的割当 5
ﾎﾟｰﾄ
13
UDP
struct sockaddr_in sv_addr;
アドレスファミリー = AF_INET (ドメイン)
ポート番号 = 13 （明示的割当）
ＩＰｱﾄﾞﾚｽ=INADDR_ANY(=0:ｲﾝﾀﾌｪｰｽ制限なし）
未使用
IP
MAN/WAN
bind 関数 (7/7)[pp.112-116]
メッセージの送受信
＜クライアント（UDP/IP）での使用例＞
structsockaddr_in
cl_addr;
cl_addr の設定；
bind(sofd,(struct sockaddr*)&cl_addr,sizeof(cl_addr));
/*本来なら戻り値の正負を判断し，エラー処理を行う*/
„
„
„
„
＜サーバ（UDP/IP）での使用例＞
„
structsockaddr_in
sv_addr;
sv_addr の設定；
bind(sofd,(struct sockaddr*)&sv_addr,sizeof(sv_addr));
/*本来なら戻り値の正負を判断し，エラー処理を行う*/
int s; ソケット記述子
char *buf; 送信メッセージのバッファアドレス
int lens; 送信メッセージのサイズ
int flag; 送信メッセージのフラグ（通常0，p.146参照）
struct sockaddr* to;相手先のｱﾄﾞﾚｽ構造体へのﾎﾟｲﾝﾀ
int tolen; アドレス構造体のサイズ
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
send………コネクション型のみで利用可能
sendto……双方で利用可能
sendmsg…双方で利用可能
受信
„
„
„
sendto 関数 (1/3)[pp.116-119]
機能：メッセージをソケットに送信する
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int sendto(int s, char *buf, int lens, int flag,
struct sockaddr *to, int tolen);
戻り値 成功時…送信されたバイト数，エラー…−１
送信
recv………コネクション型のみで利用可能
recvfrom…双方で利用可能
recvmsg …双方で利用可能
sendto 関数 (2/3)[pp.116-119]
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層 クライアント
準備 プロセス
サーバ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
①sofd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
②bind(sofd,(struct sockaddr*)&cl_addr,sizeof(cl_addr));
送受信(③④繰返し)
smsg(送信ﾒｯｾｰｼﾞ)
③sendto(sofd, smsg, nbyte, 0,
(struct sockaddr*)&sv_addr, svadlen);
④recvfrom();
終了
⑤close();
ｿｹｯﾄ
6
ﾎﾟｰﾄ
1032
UDP
IP
在処（ｱﾄﾞﾚｽ）を渡す
gethostbyname()で調べる
ｻｰﾊﾞ情報のｱﾄﾞﾚｽ構造体
struct sockaddr_in sv_addr;
192.168.1.2
アドレスファミリー = AF_INET
ポート番号 =13
ＩＰｱﾄﾞﾚｽ =192.168.5.2
未使用
LAN/MAN/WAN
ｿｹｯﾄ
5
ﾎﾟｰﾄ
13
192.168.5.2
UDP
IP
8
gethostbyname関数(3/3)[pp.120-121,124]
shost = gethostbyname(”tama.is.tokushima-u.ac.jp”);
struct hostent *shost;
shost = ・
h_name=・
h_aliases=・
h_addrtype =
AF_INET
h_length = 4
h_addr_list=・
h_addr (=h_addr_list[0])
ｱﾄﾞﾚｽﾘｽﾄ
150 59 38 197
：
１ﾊﾞｲﾄづつｺﾋﾟｰ
struct sockaddr_in sv_addr;
sin_family = AF_INET
sin_port = 13
#define PORT_NO 13
sin_addr
bzero((char*)sv_addr,sizeof(sv_addr));
s_addr=150.59.38.197
sv_addr.sin_family = AF_INET; 未使用
sv_addr.sin_port = htons(PORT_NO);
bcopy(short->h_addr, (char*)&sv_addr.sin_addr.s_addr,
p.113表4.2参照
short->h_length );
recvfrom 関数 (1/2)[pp.116-119]
機能：メッセージをソケットから受信する
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int
rcvfrom(int s, char *buf, int lens, int flag,
struct sockaddr *from, int *fromlen);
戻り値 成功時…受信したバイト数，エラー…−１
int s; ソケット記述子
char *buf; 受信メッセージのバッファアドレス
int lens; 受信メッセージのサイズ
int flag; 受信メッセージのフラグ（通常0，p.147参照）
struct sockaddr* from;送信元のｱﾄﾞﾚｽ構造体へのﾎﾟｲﾝﾀ
int *fromlen; アドレス構造体のサイズへのポインタ
recvfrom 関数 (2/2)[pp.116-119]
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層 クライアント
準備 プロセス
サーバ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
①sofd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
②bind(sofd,(struct sockaddr*)&cl_addr,sizeof(cl_addr));
送受信(③④繰返し)
rmsg(受信ﾒｯｾｰｼﾞが書き込まれる)
③sendto(sofd, smsg, nbyte, 0,
(struct sockaddr*)&sv_addr, svadlen);
④recvfrom(sofd, rmsg, BUFFMAX, 0,
(struct sockaddr*)&sv_addr,&cladlen);
ｿｹｯﾄ
ｿｹｯﾄ
終了
ｻｰﾊﾞ情報のｱﾄﾞﾚｽ構造体
6
struct sockaddr_in sv_addr; 5
⑤close();
ﾎﾟｰﾄ
アドレスファミリー = AF_INET
ﾎﾟｰﾄ
送信元情報（誰
1032
13
UDP
UDP
ポート番号 =13
が送ってきたの
ＩＰｱﾄﾞﾚｽ =192.168.5.2
か）がｱﾄﾞﾚｽ構造
IP 192.168.1.2
192.168.5.2 IP
体に記入される
LAN/MAN/WAN
未使用
close 関数 (1/2)[pp.95-96]
機能：ソケットを閉じる
#include <unistd.h>
int close(int d);
戻り値 成功時…0，エラー…-1
int
s; ファイル（ソケット）記述子
close 関数 (2/2)[pp.95-96]
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層 クライアント
サーバ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
準備 プロセス
ﾌﾟﾛｾｽ
①sofd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
準備
②bind(sofd,(struct sockaddr*)&cl_addr,sizeof(cl_addr));
①socket();
送受信(③④繰返し)
②bind();
③sendto(sofd, smsg, nbyte, 0,
送受信(③④繰返し)
(struct sockaddr*)&sv_addr, svadlen);
③recvfrom();
④recvfrom(sofd, rmsg, BUFFMAX, 0,
④sendto();
(struct sockaddr*)&sv_addr,&svadlen);
終了
終了
⑤close(sofd);
⑤close();
ｿｹｯﾄ
ソケットを閉じる
ｿｹｯﾄ
6
5
ﾎﾟｰﾄ
ﾎﾟｰﾄ
1032
13
UDP
UDP
IP
192.168.1.2
LAN/MAN/WAN
その他
IP
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
9
select 関数 (1/7) [pp.168-170]
select 関数 (2/7) [pp.168-170]
送受信関数・入出力関数は通常ブロックされる
複数の送受信・入出力がｽﾑｰｽﾞに行えない
select 関数の使用
サーバ
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層 クライアント
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
int fn;
fn = fileno(stdin); /*fn には 0 が代入される*/
read(fn, msg, MAXMSG);
ｷｰﾎﾞｰﾄﾞ入力が終わるまでｿｹｯﾄ
recvfrom(sofd, 略…);
ｿｹｯﾄ
6
ﾎﾟｰﾄ
UDP 1032
IP
sofdからのﾒｯｾｰｼﾞ受信ができない
ﾌｧｲﾙ
(整数)記述子
0
ｿｹｯﾄ
5
ﾎﾟｰﾄ
13
UDP
LAN/MAN/WAN
IP
select 関数 (3/7) [pp.168-170]
int nfsd; ﾋﾞｯﾄﾏｽｸ中の使用ﾋﾞｯﾄ幅
fd_set* rfsd; 読取可能なﾌｧｲﾙ記述子を監視する
ためのﾋﾞｯﾄﾏｽｸへのﾎﾟｲﾝﾀ
fd_set* wfsd; 書取可能なﾌｧｲﾙ記述子を監視する
ためのﾋﾞｯﾄﾏｽｸへのﾎﾟｲﾝﾀ
fd_set* efsd; 例外状態のﾌｧｲﾙ記述子を監視する
ためのﾋﾞｯﾄﾏｽｸへのﾎﾟｲﾝﾀ
select 関数 (5/7) [pp.168-170]
ビットマスクのビット操作マクロ
int fd;
fd_set fdset;
FD_ZERO(&fdset);ビットマスクを０クリア
FD_SET(fd, &fdset);ファイル（整数）記述子fdを
ビットマスク fdset にセットする
FD_CLR(fd, &fdset);ファイル（整数）記述子 fd を
ビットマスク fdset から除く
FD_ISSET(fd, &fdset); ファイル（整数）記述子 fd が
ビットマスク fdset に含まれるなら
１を，含まれないなら０を返す
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
機能 入出力の多重待ち
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
int select(int nfsd, fd_set* rfsd, fdset* wfsd,
fdset* efsd, struct* timeout);
戻り値 成功時…ﾋﾞｯﾄﾏｽｸ中に含まれるI/O可能な
ﾌｧｲﾙ記述子
ﾀｲﾑｱｳﾄ…０
ｴﾗｰ…−１
select 関数 (4/7) [pp.168-170]
struct timeval* timeout;
timeval構造体へのポインタ
NULLのとき：
selectはﾌﾞﾛｯｸ
NULL以外のとき：
select が完了するまでの最大待ち
時間を書いたtimeval構造体のアド
レスを指定
select 関数 (6/7) [pp.168-170]
ファイル記述子・ファイル整数記述子変換関数
#include <stdio.h>
int fileno(FILE *stream);
戻り値 ファイル整数記述子
FILE *stream; ファイル記述子
例）
fileno(stdin) → 0 fget(msg,MAXMSG,stdin);
等価
fileno(stdout) → 1
read(0,msg,MAXMSG);
fileno(stderr) → 2
10
select 関数 (7/7) [pp.168-170]
ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ層
ビットマスクrfsd_org
int
fin, max_rfd;
fd_set rfsd, rfsd_org; 63 … 7 6 5 4 3 2 1 0
0 … 0 1 0 0 0 0 0 1
fin = fileno(stdin);
FD_ZERO(&rfsd_org);
使用ビット幅 = 7
FD_SET(fin, &rfsd_org); FD_SET(sofd, &rfsd_org);
select後
max_rfd = (fin<sofd) ? sofd: fin;
読出し可能
課題
63 … 7 6 5 4 3 2 1 0
rfsd
while(1){
rfsd = rfsd_org; 0 … 0 1 0 0 0 0 0 0
select( max_rfd + 1, &rfsd, NULL, NULL, NULL);
if(FD_ISSET(fin, &rfsd)) read(fin, msg, MAXMSG);
if(FD_ISSET(sofd, &rfsd)) recvfrom(sofd, 略…);
}
UDP
ﾌｧｲﾙ
(整数)記述子
0
ｿｹｯﾄ
6
ジャンケンゲームの概要
目的
„
TCP/IP プロトコルの仕組みの理解
UDPプログラミングの理解
„
„
„
„
サーバ・クライアント型プログラム
トランスポートプロトコルはUDP
同時ゲーム参加クライアント数：2台まで
„
３台以上のゲーム参加は拒絶
ジャンケンゲームサーバの作成
ﾒｯｾｰｼﾞｼｰｹﾝｽ概要(1/2)
ｸﾗｲｱﾝﾄ１
サーバ
connect
message
message送受信
close
message
connect
message
ﾒｯｾｰｼﾞｼｰｹﾝｽ概要(2/2)
ｸﾗｲｱﾝﾄ２
message送受信
close
message
close
message
any message
他のｸﾗｲｱﾝﾄ
途中参加のクライアント
はいかなるﾒｯｾｰｼﾞを
送っても close ﾒｯｾｰｼﾞ
が返るのみで無視
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
ｸﾗｲｱﾝﾄ１
connect
message
message送受信
reset message
close
message
サーバ
connect
message
message送受信
ｸﾗｲｱﾝﾄ２
close
message
両方（ｸﾗｲｱﾝﾄ２にも）のクライアントに
close ﾒｯｾｰｼﾞを送信し，強制リセット
11
クライアントの実行例
サーバの実行例
使用方法: client [server_name] [server_port]
強制終了：reset＋改行をコマンドライン入力
サーバの内部状態遷移
„
使用方法: server [server_port]
終了方法: quit＋改行をコマンドライン入力
サーバの内部状態遷移図
①クライアントからconnect
コマンドを以外を受信
４状態間を遷移
„
„
„
„
NON_PERSON: ゲームに誰も参加していない
ONE_PERSON: １人ゲームに参加
TWO_PERSONS: ２人ゲームに参加
FIRST_TOSS: １人が既にグー，チョキ，パーの
どれかを出している
調査課題
„
„
UDPとTCPの違いをA4用紙１枚程度で述べよ．
プログラム課題
„
„
„
ジャンケンゲームサーバを完成させよ．
サーバの状態遷移図を完成させ，この図を使って
サーバプログラムの動作を詳細に解説せよ．
サーバプログラムの各行にコメントを加え，レポート
の付録として添付せよ．
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
NO_PERSON
開始
②クライアントからconnect
メッセージを受信
クライアント１として保存
③コマンドラインから
quit コマンドを入力 ④クライアント１からconnect ONE_PERSON
コマンドを受信
⑤クライアント１以外からconnect
終了
コマンド以外を受信
①：connect message を送信 ⑦コマンドラインから
⑥クライアント１
するよう通知
quit コマンドを入力 以外から
②…
connectコマン
終了
③…
ドを受信
レポート課題（1/2）
„
⑦クライアント１から reset
コマンドを受信
レポート課題（2/2）
„
プログラム課題(つづき)
„
„
プログラムをメールに添付し，太田まで提出せよ．
添付にあたっては次の指示を守ること．
Makefile も含めすべてのソースファイル（*.c, *.h）を
tar で圧縮しつつ，ひとつにまとめる．
例） tar cvfz program.tgz *.c *.h Makefile
„ メールアドレス：[email protected]
„ サブジェクト： network programming 1
„
12
利用可能なリソース
„
サンプル・ソース・バイナリの在処
„
http://baltan.is.tokushima-u.ac.jp
/~ohta/lecture/experiment/
/network-programming/index.html
„
プログラム一式
„
„
„
„
„
Makefile
toss_game.h
toss_game.c
client.c
server.c
手を加えてよい
手を加えてよい
手を加えてよい
手を加えてよい
未完成 ⇒ 完成させよ（課題）
ソフトウェア設計及び実験：ネットワークプ
ログラミング１
13

ビッグデータの先駆者 トレーディング技術を理解する

2. ルータの種類

猫好きパパへのプレゼントにも最適!! 猫写真×ファッションのコラボ

スマートフォン向けソーシャルカードゲーム「にゃんコレ」が 犬猫に特化した

14釜石湾

«ドッグラン利用時のルールとマナー»

近接している港 - IAPH 国際港湾協会