【C言語】第9章第7回：ネットワークプログラミング入門
ネットワークプログラミングは、異なるシステム間でデータを交換するための重要な技術です。本記事では、C言語でのネットワークプログラミングの基礎を学びます。
0. 記事の概要
この記事を読むメリット
- ネットワーク通信の基礎理解：ソケットプログラミングを学ぶことで、簡単なクライアント・サーバーアプリケーションを構築できるようになります。
- 実践的なスキル：C言語を使用してネットワーク通信の基本操作を理解します。
- 応用力の向上：インターネットベースのアプリケーションを開発する基礎を築きます。
この記事で学べること
- ネットワークプログラミングの基本概念
- ソケットの基本操作
- 簡単なクライアント・サーバープログラムの作成
1. ネットワークプログラミングの基本
1.1 ネットワークプログラミングとは？
ネットワークプログラミングとは、プログラムがネットワークを通じてデータを送受信するための手法を指します。これにより、異なるコンピュータ間での通信が可能になります。
1.2 ソケットの基本概念
ソケットは、ネットワーク通信を行うためのエンドポイントを提供します。ソケットは、通信のために使用するIPアドレスとポート番号で定義されます。
1.3 ソケット通信の種類
- TCP（Transmission Control Protocol）：信頼性のある接続指向通信
- UDP（User Datagram Protocol）：軽量で信頼性の低い接続レス通信
2. ソケットプログラミングの実装
2.1 サーバープログラムの実装
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
int main() {
int server_fd, client_fd;
struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
char buffer[1024] = {0};
// ソケットの作成
server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (server_fd == 0) {
perror("Socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
server_addr.sin_port = htons(8080);
// ソケットをバインド
if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
perror("Bind failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 接続の待機
if (listen(server_fd, 3) < 0) {
perror("Listen failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
int addrlen = sizeof(client_addr);
printf("Waiting for connections...\n");
// クライアントの接続を受け入れる
client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, (socklen_t*)&addrlen);
if (client_fd < 0) {
perror("Accept failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// メッセージを受信
read(client_fd, buffer, 1024);
printf("Message from client: %s\n", buffer);
// メッセージを送信
send(client_fd, "Hello from server", strlen("Hello from server"), 0);
// ソケットを閉じる
close(client_fd);
close(server_fd);
return 0;
}
動作解説
- ソケットの作成：`socket`関数を使用してサーバーソケットを作成します。
- バインド：ソケットを特定のIPアドレスとポートに関連付けます。
- 接続待機：`listen`関数でクライアント接続を待機します。
- メッセージ交換：クライアントからのメッセージを受信し、応答を送信します。
2.2 クライアントプログラムの実装
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
int main() {
int client_fd;
struct sockaddr_in server_addr;
char buffer[1024] = {0};
// ソケットの作成
client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (client_fd < 0) {
perror("Socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
// サーバーに接続
if (connect(client_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
perror("Connection failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// メッセージを送信
send(client_fd, "Hello from client", strlen("Hello from client"), 0);
// メッセージを受信
read(client_fd, buffer, 1024);
printf("Message from server: %s\n", buffer);
// ソケットを閉じる
close(client_fd);
return 0;
}
動作解説
- ソケットの作成：クライアントソケットを作成します。
- サーバーに接続：`connect`関数でサーバーに接続します。
- メッセージ交換：サーバーにメッセージを送信し、応答を受信します。
3. 練習問題
以下の課題に挑戦して、ネットワークプログラミングの理解を深めましょう。
- クライアントから送信されたメッセージをすべて大文字に変換して返すサーバーを作成してください。
- 複数のクライアントを同時に接続できるサーバーを作成してください。
- UDPソケットを使用してメッセージを送受信するプログラムを実装してください。
4. 練習問題の解答と解説
問1の解答
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>
void toUpperCase(char* str) {
for (int i = 0; str[i]; i++) {
str[i] = toupper(str[i]);
}
}
この関数は、文字列を大文字に変換します。サーバープログラムで使用してみてください。
5. まとめ
本記事では、ネットワークプログラミングの基本概念とC言語での実装について学びました。次回は、より高度なネットワーク通信の技術について掘り下げます。