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Windows Network Programming

Windows Network Programming. 中京大学 情報理工学部　情報システム工学科 H １０７００２　秋田大輔. 目次. ネットワークとプロトコル Winsock 課題. プロトコルとは. ネットワークで通信を行うときの約束事 　 コンピュータ同士が正しく通信するために必要 例：電話のプロトコル 自分側 相手側. 受話器を取り、相手の番号をダイヤル. 受話器のベルが鳴る. 呼び出し音がとまる. 受話器を取る. 通話. 受話器を置く. 受話器を置く. ＯＳＩ基本参照モデル. データリンク層・物理層. 物理層

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Presentation Transcript

  1. Windows Network Programming 中京大学 情報理工学部　情報システム工学科 H１０７００２　秋田大輔

  2. 目次 • ネットワークとプロトコル • Winsock • 課題

  3. プロトコルとは • ネットワークで通信を行うときの約束事 　 コンピュータ同士が正しく通信するために必要 例：電話のプロトコル 自分側相手側 受話器を取り、相手の番号をダイヤル 受話器のベルが鳴る 呼び出し音がとまる 受話器を取る 通話 受話器を置く 受話器を置く

  4. ＯＳＩ基本参照モデル

  5. データリンク層・物理層 • 物理層 • デジタルデータを電圧に変換し、機器へ送る • データリンク層 • ネットワーク上で繋がれた機器同士の通信方式を定める • 電気信号の誤り訂正や、再送信要求、フレームの判別などを行う

  6. ネットワーク層 • 経路の選択、宛先の管理 • 実際にパケットを送るのはココ • 同じネットワークだけでなく、異なるネットワーク媒体上に接続されているコンピュータ間でも通信を行えるようにする • ⇒ＩＰ(Internet Protocol) • ネットワークに参加している機器のアドレス付や経路選択を行うプロトコル。

  7. IPアドレス • 通信を行う際に、宛先を判別するために使う • ＭＡＣアドレス(物理アドレス) • Ethernetにある固有番号 • カード間での送受信はこれを用いる

  8. ＩＰに関するプロトコル • ARP(Address Resolution Protocol) • IPアドレスからＭＡＣアドレスを求めるプロトコル • ⇔RAPR(Reserve ARP) • ICMP(Internet Control Message Protocol) • IPのエラー・制御メッセージを転送する • エラー通知や診断などの問い合わせ

  9. ＩＰアドレスについて • IPアドレスはIPv４プロトコルに基づく３２bitのアドレス空間 しかし、最近IPアドレスの枯渇問題が浮上している • ネットワーク部+ホスト部で構成されている • Ａ～Ｅの５つのアドレスクラスに分けられている • １０１０１１００．０００１００００．１１１１１１１０．０００００００１ 　　　１７２　　 ．　　１６　　 ．　　２５４ ．　　　１

  10. IPアドレスのクラス • Ａクラス • ネットワーク部8bit、ホスト部２４bit • ０-から始まる • Ｂクラス • ネットワーク部１６bit、ホスト部２４bit • １０-から始まる ０ ２＾２４＝１６００万 １ ０ ２＾１６＝６５５３６

  11. Ｃクラス • ネットワーク部２４bit、ホスト部８bit • １１０-で始まる • Ｄクラス • ネットワーク部３２bit、ホスト部０bit • IPマルチキャスト専用 • ホストアドレスは無い １ １ ０ ２＾８＝２５６ １ １ １ ０

  12. クラスＥ • 将来のために予約されている • １１１１-で始まる • IPアドレスの例外 • ホストアドレスが全て１ • ⇒ブロードキャストアドレスとして使われる • ホストアドレスが全て０ • ⇒IPアドレスがわからない時に使われる • この二つはホストアドレスとして使えない

  13. サブネットマスク • IPアドレスのうち、何bitをネットワークアドレスに割り振るかを定義する３２bitの数値。 • 例えばサブネットマスクが２進数で 　１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１００００００００ ならば、IPアドレスのうち上位２４ビットがネットワークアドレス、下位８ビットがホストアドレスである

  14. サブネットワーク • ネットワークをサブネットマスクによって細かく分けた内の１つのネットワーク

  15. トランスポート層 • 通信を行うプログラム間で使用する仮想的な回線の提供 • 通信相手にデータが確実に届いたかどうかの確認、再送信などの処理 データを確実に相手に届ける役割を担う

  16. TCPとUDPの違い • TCP（Transmission Control Protocol） • コネクション型通信 • 相手との接続を確立したかどうかを確認してから通信を行う • 届かなければ再送信を自動で行う • 低速だが、データ転送の信頼性を確保している

  17. TCPとUDPの違い • UDP(User Datagram Protocol) • コネクションレス型通信 • 相手との通信を確立せずに通信を開始 • データが抜け落ちても再送は行わない • 使用例 • skype、ストリーム形式での配信など 確実にデータが届くという保証はないが高速

  18. セション層 • セション(仮想的な回線の開始～終了間)の管理を行い、送受信の同期をとる機能を提供する • 効率的にデータを送るための送信方法を決める、経路の確立・解放も(実際に行うのはトランスポート層)

  19. 送信方法の例 • 回線交換方式 • 回線を設定し、占有して通信を行う Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｂ 　　　　　　 交換局 中継局　　　　 　交換局 常に一定の帯域幅が保証されるが、相応のコストがかかる

  20. パケット交換方式 • データをパケット(小さなデータ)に分割して通信を行う • 一部で障害が発生しても、経路変更が可能 • あらかじめ回路を確立しておく必要がないため • 回路交換方式に比べてネットワークを有効に利用できるのでコスト的に有利になる可能性が高い Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｂ

  21. プレゼンテーション層 • ネットワーク上のアプリケーション間で意味を統一するため、文字コードなどのデータの表現形式を規定変換する • コンピュータによって対応する表現形式が違うため • データの暗号化や圧縮などを行う機能を提供する

  22. アプリケーション層 • ネットワークを使ったサービスを他の人やプログラムに提供する • メッセージの転送、Ｗｅｂへのアクセス手順など用途に応じて様々なプロトコルがある

  23. ちょっと休憩 • ゼミのノートＰＣを、ネットに接続する方法は？ この機会に是非覚えておこう！！

  24. 接続方法 • １．コマンドプロンプトを起動 • ２．telnet １０．０．２５５．２５４　２５９ • うまくいかない場合 • ipconfig/release　でIPアドレスを解放 • IPアドレスが重なっている場合があるため • ipconfig/renew • ＩＰアドレスをＤＨＣＰで更新 • ３．選択肢に１ • ４．学籍番号とパスワードを入力

  25. ＤＨＣＰって？ • Dynamic Host Configuration Protocol • インターネットに接続するコンピュータに ＩＰアドレスなどの情報を自動で割り当てる • 通信が終わると回収される • 利用者にとっては使いやすく • 管理者にとっては管理しやすく

  26. コマンドプロンプトで用いるネットワーク系統の命令コマンドプロンプトで用いるネットワーク系統の命令 • ipconfig • TCP/IPに関する設定情報の表示 • ネットワーク構成の確認 • ipconfig(-all)だとより詳細に表示される • netstat • TCP/IPにおけるネットワークの通信状況を確認 • netstat –a • 有効なコネクションと、接続できるポートを全て表示する • netstat –e • イーサネット上にあるインタフェース情報を表示する • アクセス制御はCSMA/CDが使われる • netstat –n • IP アドレスとポート番号を名前ではなく数字で表す

  27. ＷｉｎＳｏｃｋ • WindowsでTCP/IPの機能を備えたソフトウェアを開発するために用いるＡＰＩ Windows でネットワークを利用した 　　　通信を行うプログラムが書ける

  28. プログラムを組んでみよう • 今回はＣ言語を用いる • 『サーバ側』・『クライアント側』で二つのプログラムが必要 • サーバプログラムのホスト名 or IPアドレスを、クライアントプログラムでわかるようにする必要がある ＃inlcude(winsock２.h)を追加する

  29. 大まかな流れ • クライアント側 • Ｗｉｎｓｏｃｋの初期化 • ソケットを作る • 接続先の設定 • 接続できたら通信開始 • 終了したら接続を切断

  30. 大まかな流れ • サーバ側 • ソケットを作る • 接続待ちをするIPアドレスとポート番号の設定 • ソケットにアドレス情報を結びつける • 接続を待つ • クライアントから要求が来たら受付 • 通信開始 • ソケットって？ • IPアドレスとポート番号を組み合わせたネットワークアドレス

  31. Ｗｉｎｓｏｃｋの初期化・終了 • まずWSADATA型で変数を宣言 • WSADATA wsaData; • WSAStartup(MAKEWORD(２，０)，&wsaData); • WSAStartup(Winsockのバージョン， 　　　　　　　　　　　　　初期化した状態を入れるための変数); • WSACleanup(); • Winsock機能の終了

  32. ソケットの作成・破棄 • Winsockでソケットは”SOCKET”という変数で表す 全ての通信はSocket()関数が返すSOCKET変数を使う • まず変数の宣言 • SOCKET sock; • Socket関数 • socket(アドレスファミリ，ソケットタイプ，プロトコル): • アドレスファミリ：ネットワークアドレスの種類を表すもの • INET＝インターネット • 作成 • sock = socket(AF_INET，SOCK_STREAM，０); • 破棄 • closesocket()関数 • closesocket( 破棄するソケット);

  33. ソケットの設定 • 接続先のＩＰアドレス・ポート番号を指定 • INADDR_ANY • 相手を特に指定しない • サーバー側でよく用いられる(通信相手を探す時) • INADDR_NONE • IPアドレスが存在しない場合 • クライアント側でよく用いられる(サーバを探してエラーが発生した時)

  34. sockaddr_in構造体 • ネットワークプログラミングを行う上で基本となる構造体 • 接続先のホストや自ホストのIPアドレス・ポート番号を指定するときに用いる • 使用例(クライアント側) • 接続先(サーバ)を指定 • server.sin_family = AF_INET; • server.sin_port = htons(１２３４５６); • server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(“１２７．０．０．１");

  35. ソケットの設定 • 接続先のアドレス情報を構造体にまとめる • inet_addr()関数 • 文字列で表現されたIPアドレスを整数に変換 • server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(“１２７．０．０．１”); • htons()関数 • ポート番号をネットワークバイトオーダーに変換する • server.sin_port = htons(１２３４５);

  36. サーバに接続する • connect()関数 • サーバに接続要求を送る • connect(ソケット，接続先アドレス情報が入っている sockaddr_in構造体をsockaddr構造体にキャストしたもの，sockaddr_in構造体の大きさ); • sockaddr構造体 • ソケットプログラミングを行う上で基本となる構造体 • こんな感じ • connect(sock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));

  37. ソケットをアドレスとポートに結びつける(サーバ側)ソケットをアドレスとポートに結びつける(サーバ側) • bind()関数 • bind(ソケット，アドレス入りのsockaddr_in構造体をsockaddr構造体にキャストしたもの， sockaddr_in構造体の大きさ); • こんな感じ • bind(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

  38. 接続リクエストの受付 • listen()関数 • ソケットを接続待ち状態にする • listen(sock，１０); • listen( ソケット , 待機状態のリクエストが 格納されるキューの大きさ); • こんな感じ • if(!listen(sock,１０)){ printf("listenに失敗"); exit(1); }

  39. クライアントからの接続を確立する • accept()関数 • まずは接続先のアドレス情報の大きさを取得 • len = sizeof(接続先のアドレス情報) • accept(ソケット , 接続先のアドレス情報 , 接続先アドレス情報の大きさ); • こんな感じ • sock2 = accept(sock1, (struct sockaddr*)&client, &len);

  40. データの送受信 • 送信 • send()関数 • send( ソケット , 送信するデータへのポインタ , 送信するデータの長さ , ０ ); • 受信 • memset()関数 • memset(バッファのポインタ，初期化に使う文字， 初期化するバイト数); • recv()関数 • recv( ソケット , 受信するバッファへのポインタ , 受信するデータの長さ , ０ );

  41. 課題 • １．配布するサンプルプログラムを実際に打ってみて 　　　動作を確認(面倒だけど) • ２．五回連続で、クライアントから要求を出せるようにする • ３．「stop」とクライアントが入力したら、接続を解除できる 　　　ように改良 • ４．二つの整数を入力すると、サーバ側で和の計算を 　　行って計算結果をクライアントに返し、クライアント側で 　　　計算結果を表示するプログラムを作成 • ５．自由課題 • これまでの課題の改良(例外処理等)でもいいし、一から 　 作ってもいい • どんなプログラムなのかの簡単な説明もtxtファイルで一緒に 提出してください

  42. 注意事項 • 課題２・３でまとめて一つ、課題４、課題５のサーバ側 　 クライアント側のファイルをフォルダに入れて提出 • 作成したプログラムファイルは、学籍番号・名前をつけたフォルダの中にまとめる • ファイル名は分かりやすいものをつける • 全部とまでは言わないが、プログラムに説明のコメントをつける

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