N4: TCP/IPプロトコルスタック自作入門

1. 概要

この講義では、インターネットをはじめとする現在のコンピュータネットワークを支えている基盤技術「TCP/IP」のプロトコルスタックをフルスクラッチで実装し、実際のOSに搭載してネットワーク機能を持たせる演習を行います。

講師が開発している教育用のプロトコルスタック「microps」を教材に、Ethernetフレームを組み立てて送受信するところから ARP、IP、ICMP、UDP、TCP などのプロトコルを処理するプログラムを、全て自分の手で作り上げてもらいます。

なお、講義時間が限られているためプロトコルスタックの基本的な実装は事前学習の期間（約1ヶ月）で済ませてもらいます。各自で事前学習を進めてもらうにあたり、解説資料を配布するとともに、ミーティングの機会を設けてしっかりフォローアップしますので安心してください。

講義時間では、あらかじめ開発を進めておいてもらったプロトコルスタックを、教育用OSの「xv6」に搭載して実際にTCP/IPでの通信を実現することを目指します。具体的には、次のような作業を行うことになります。

具体的には、次のような作業を行うことになります。

この講義を通じてTCP/IPへの理解を深めるとともに、パケットやプロトコル処理の楽しさを知ってもらえたら嬉しいです。

各自で開発用のLinux環境を準備してください。

Ubuntu 24.04 を推奨
- 実機 or 仮想環境どちらでもOK（WindowsはWSL2で動作確認済）
- Dockerで構築する場合には –privileged または –cap-add=NET_ADMIN が必要
必要パッケージ（Ubuntuの場合）
- build-essential
- git
- iproute2
- iputils-ping
- netcat-openbsd
- gdb-multiarch
- qemu-system-misc
- gcc-riscv64-linux-gnu
- binutils-riscv64-linux-gnu
開発環境からインターネットへ接続できること

本講義の受講生には、事前学習のために以下の書籍を配布します。

ゼロからのTCP/IPプロトコルスタック自作入門（マイナビ出版） https://book.mynavi.jp/ec/products/detail/id=149014

講義の時間が限られているため、当日はプロトコルスタック本体についての細かな説明はしません。上記の書籍に従ってLinuxのユーザ空間で動作するプロトコルスタックを実装し、全体の構成やパケット処理のフローを把握しておいてください。

なお、事前学習を最後まで進められなかった場合には、以下の手順で完成状態のコードを取得してください。

$ git clone https://github.com/pandax381/microps.git
$ cd microps
$ git checkout book