ソースコードで体感するネットワークの仕組み～手を動かしながら基礎からTCP/IPの実装までがわかる

著者: 小俣光之（こまたみつゆき）　著
定価: 2,728円（本体2,480円＋税10%）
発売日: 2018.5.15 2018.5.9
判型: A5
頁数: 272ページ
ISBN: 978-4-7741-9744-9 978-4-7741-9745-6

サポート情報

概要

普段あたりまえのようにネットワークを使っていますが、「IPアドレスを持っている」とはどういったことか、本当に理解できているでしょうか。本書では、IPやUDP、TCPを自作し、ネットワークの仕組みを体験。pingのやりとりを行うプログラムを、DHCPクライアント機能の実装、TCPの送受信と切断を行うものへと拡張していくことで、RFCを眺めるだけでは見えにくいプロトコルの全体の流れをつかめます。ソケットライブラリに頼っていては得られない、問題の切り分けや問題発生の予防に役立つ力も身につきます。

こんな方にオススメ

ネットワークエンジニア

著者の一言

誰もが、PCにネットワークケーブルを挿して、スイッチングHUBに接続、あるいは、スマートフォンをWi-Fi接続するとインターネットが使えるようになるのは「あたりまえ」だと感じていると思います。しかし、インターネットでの通信の基本である「IPアドレスを持っていること」とはどういう状態なのか？と聞かれてさっと答えられる人は意外と少ないのではないでしょうか。

LANやインターネットの基本となっているイーサネットでは、MACアドレスを宛先として通信を行います。それだけでは不便なのでIPが存在し、今どきの多くのネットワーク機器はIPアドレスをあて先として通信を行っている、というイメージを持っている方は多いでしょう。しかし、それを本当にきちんと理解できているでしょうか。

本書では、IPの下で使われているUDPやTCPといったネットワークの仕組みを、実際にプログラムを作って体験してみます。特にTCPに関しては、「よくわからないけれど、ソケットライブラリを使ってconnectしてsendすればデータが送信でき、recvすれば受信できる」と考えている人が多いと思いますので、自力で3ウェイハンドシェークしたり、シーケンス番号を管理して再送制御したりするプログラムを作って、TCPの基本を体験してみます。

前著『ルーター自作でわかるパケットの流れ』では、イーサネットフレームを自分で中継しながらIPを理解してみましたが、「なにもルーターじゃなくても……」とか「もっと簡単な例で体験するほうが良いのでは？」という意見をいただき、「いっそのことIPや UDP、TCPの仕組みを自作すれば根本からわかるだろう」と考えました。どんどん仕様が追加されてきた現在のTCPの仕組みを全て作ってみるのは大変ですが、拡張機能を使わずに基本部分だけでも十分通信はできます。これらのプログラムが実務で役に立つかどうかは別として（もちろん、役に立つケースはあるのですが）、作って体験してみた人の理解は、ただRFCを眺めただけの人に比べれば断然深いものになることでしょう。

誰でも簡単に作って動かしてみることができるのがプログラミングの良いところです。「百聞は一見にしかず」プログラムを動かして様子を見てみるのが一番です！

必要な値を定義する
パラメータ情報を保持する構造体を定義する
関数のプロトタイプ宣言
ヘッダファイルのインクルードと変数の宣言
パラメータのデフォルト値をセットしてファイルから読み込む
IPアドレスとサブネットのチェック

2-4　ネットワークユーティリティ関数を準備する　～sock.c、sock.h

関数のプロトタイプ宣言
ヘッダファイルのインクルード
チェックサムを計算する
MACアドレスを調べる
処理を一時待機させる
ソケットをPF_PACKETとして初期化して送受信に備える

2-5　イーサネットフレームの送受信を行う　～ether.c、ether.h

関数のプロトタイプ宣言
ヘッダファイルのインクルードと変数の宣言
文字列とバイナリの変換
16進ダンプを行う
イーサネットフレームを表示する
イーサネットの送受信と内容のチェック

2-6　宛先MACアドレスを調べてARPテーブルにキャッシュする　～arp.c、arp.h

関数のプロトタイプ宣言
ヘッダファイルのインクルードと変数の宣言
ARPヘッダのIPアドレスを文字列に変換する
ARPヘッダを表示する
ARPテーブルへデータを追加する
ARPテーブルを削除する
ARPテーブルを検索する
ARPテーブルを表示する
宛先MACアドレスを調べる
イーサネットにARPパケットを送信する
Gratuitous ARPを送信する
ARP要求を送信する
IPアドレスの重複をチェックする
ARPパケットを受信する

2-7　IPパケットの送受信処理を行う　～ip.c、ip.h

関数のプロトタイプ宣言
ヘッダファイルのインクルードと変数の宣言
IPヘッダを表示する
IP受信バッファを初期化してデータを追加する
IP受信バッファを削除する
IP受信バッファを検索する
IPパケットを受信する
IPパケットをイーサネットに送信する
IPパケットを送信する

2-8　ICMPパケットの送受信を行う　～icmp.c、icmp.h

関数のプロトタイプ宣言
ヘッダファイルのインクルードと変数の宣言
ICMPヘッダを表示する
ICMPエコー応答を送信する
ICMPエコー要求を送信する
受信したICMPパケットを処理する
ICMPエコー応答をチェックする

2-9　コマンドを解析して処理する　～cmd.c、cmd.h

関数のプロトタイプ宣言
ヘッダファイルのインクルードと変数の宣言
コマンドごとに処理を行う
各コマンド処理への分岐

2-10　仮想IPホストプログラムを実行する

Makefile：makeファイル
ビルド
設定ファイルの準備
実行する

2-11　まとめ

コラム　本書誕生のきっかけ

第3章　UDP通信に対応させ、DHCPクライアント機能を実装しよう　～仮想IPホストプログラム：第二段階

3-1　仮想IPホストの第二目標

実現する機能
設定ファイル
スレッド構成
関数構成
ソースファイル構成

3-2　メイン処理に、UDPに関する処理を追加する　～main.c

UDP、DHCP関連のヘッダファイルを追加インクルードする
終了時にリース解放を行う
リース時間情報を設定する

3-3　設定情報にDHCP関連の情報を追加する　～param.c、param.h

リース時間の変数を宣言する
リース時間を読み込む

3-4　IPパケットの処理にUDPパケットの送受信を追加する　～ip.c、ip.h

UDP関連のヘッダファイルをインクルードする
UDPパケットの受信処理を追加する

3-5　ICMPパケットの処理にUDPで必要な処理を追加する　～icmp.c、icmp.h

ICMP Destination Unreachableの関数を宣言する
到達不能メッセージを送信する

3-6　UDPのコマンド処理を追加する　～cmd.c、cmd.h

UDP関連のプロトタイプ宣言
UDP関連のヘッダファイルをインクルードする
文字列データを作成する
IP割り当ての情報を表示する
UDPテーブルの状態を表示する
UDPに関するコマンドを処理する
UDPコマンド処理への分岐を追加する

3-7　UDPの処理を行う　～udp.h、udp.c

関数のプロトタイプ宣言
ヘッダファイルのインクルードと変数の宣言
UDPヘッダ情報を表示する
チェックサムの計算を行う
UDPテーブルの追加、検索、表示をする
空きポートの検索
受信ポートを準備する
受信ポートをクローズする
UDPの送信を行う
UDPの受信処理を行う

3-8　ネットワークアドレスを動的に割り当ててもらう　～dhcp.h、dhcp.c

定数や構造体を定義する
関数のプロトタイプ宣言
ヘッダのインクルードと変数の宣言
DHCPパケットの情報をオプションごとに表示する
DHCPのオプションの処理
DHCPリクエストデータを作成する
DHCP各種送信処理
受信したDHCPパケットを解析する

3-9　仮想IPホストプログラムを実行する

Makefile：makeファイル
ビルド
設定ファイルの準備
実行

3-10　まとめ

第4章　TCP機能の基本機能を追加しよう　～仮想IPホストプログラム：第三段階

4-1　仮想IPホストの第三目標

実現する機能
設定ファイル
スレッド構成
関数構成
ソースファイル構成

4-2　メイン処理に、TCPに関する処理を追加する　～main.c

TCP関連のヘッダファイルを追加インクルードする
終了時にTCP接続を切断する
最大セグメントサイズを表示する

4-3　設定情報にTCP関連の情報を追加する　～param.c、param.h

デフォルト値の定義と最大セグメントサイズの変数の追加
TCP用のヘッダをインクルードする
最大セグメントサイズのデフォルト値を設定する
最大セグメントサイズを読み込む

4-4　IPパケットの処理にTCPパケットの送受信を追加する　～ip.c、ip.h

TCP関連のヘッダファイルをインクルードする
TCPパケットの受信処理を追加する

4-5　TCPのコマンド処理を追加する　～cmd.c、cmd.h

TCP関連のプロトタイプ宣言
TCP関連のヘッダファイルをインクルードする
データの生存時間や転送時間などの設定値を表示する
TCPテーブルの状態を表示する
TCPに関するコマンドを処理する
TCPコマンド処理への分岐を追加する

4-6　TCPの処理を行う　～tcp.h、tcp.c

関数のプロトタイプ宣言
ヘッダファイルのインクルードと変数の宣言
TCPヘッダの情報を表示する
TCP状態の文字表記を得る
チェックサムの計算を行う
TCPテーブルの追加、検索、表示をする
空きポートの検索
接続受付準備を行う
ポートをクローズする
SYN、FIN、RST、ACKの送信を行う
直接宛先指定でRSTを送信する
接続を行う
接続を解除する
データを送信する
TCPの受信処理を行う

4-7　仮想IPホストプログラムを実行する

Makefile：makeファイル
ビルド
設定ファイルの準備
実行

4-8　まとめ

プロフィール

小俣光之（こまたみつゆき）

日本シー・エー・ディー株式会社　代表取締役社長。
1989 年新卒で入社後、プログラマとして仕事を続け、2005 年11月から社長となるがプログラマも兼務している。社長としての仕事の割合が年々増える中、ProDHCPやネットワーク関連の新製品開発などネットワークプログラミングだけは続けている。
プログラミング関連の著書を『ルーター自作でわかるパケットの流れ』（技術評論社）など8冊執筆し、プログラマの仕事の素晴らしさを伝えるべく読み物も4冊執筆。『プログラムは技術だけでは動かない』（技術評論社）に続き、本書は13冊目の著書となる。

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ソースコードで体感するネットワークの仕組み ～手を動かしながら基礎からTCP/IPの実装までがわかる

サポート情報

概要

こんな方にオススメ

著者の一言

目次

第1章 本書で扱うプロトコル

1-1 ネットワークプロトコルのおさらい

1-2 階層化されたネットワークプロトコルのイメージ

第2章 pingのやり取りが可能なホストプログラムを作ろう ～仮想IPホストプログラム：第一段階

2-1 仮想IPホストの第一目標

2-2 プログラムのメイン処理 ～main.c

2-3 パラメータを読み込んで格納する ～param.c、param.h

2-4 ネットワークユーティリティ関数を準備する ～sock.c、sock.h

2-5 イーサネットフレームの送受信を行う ～ether.c、ether.h

2-6 宛先MACアドレスを調べてARPテーブルにキャッシュする ～arp.c、arp.h

2-7 IPパケットの送受信処理を行う ～ip.c、ip.h

2-8 ICMPパケットの送受信を行う ～icmp.c、icmp.h

2-9 コマンドを解析して処理する ～cmd.c、cmd.h

2-10 仮想IPホストプログラムを実行する

2-11 まとめ

第3章 UDP通信に対応させ、DHCPクライアント機能を実装しよう ～仮想IPホストプログラム：第二段階

3-1 仮想IPホストの第二目標

3-2 メイン処理に、UDPに関する処理を追加する ～main.c

3-3 設定情報にDHCP関連の情報を追加する ～param.c、param.h

3-4 IPパケットの処理にUDPパケットの送受信を追加する ～ip.c、ip.h

3-5 ICMPパケットの処理にUDPで必要な処理を追加する ～icmp.c、icmp.h

3-6 UDPのコマンド処理を追加する ～cmd.c、cmd.h

3-7 UDPの処理を行う ～udp.h、udp.c

3-8 ネットワークアドレスを動的に割り当ててもらう ～dhcp.h、dhcp.c

3-9 仮想IPホストプログラムを実行する

3-10 まとめ

第4章 TCP機能の基本機能を追加しよう ～仮想IPホストプログラム：第三段階

4-1 仮想IPホストの第三目標

4-2 メイン処理に、TCPに関する処理を追加する ～main.c

4-3 設定情報にTCP関連の情報を追加する ～param.c、param.h

4-4 IPパケットの処理にTCPパケットの送受信を追加する ～ip.c、ip.h

4-5 TCPのコマンド処理を追加する ～cmd.c、cmd.h

4-6 TCPの処理を行う ～tcp.h、tcp.c

4-7 仮想IPホストプログラムを実行する

4-8 まとめ