Projektseminar: Netzwerkprogrammierung und Internet der Dinge. MSc + BSc WS 2015/2016

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1 Projektseminar: Netzwerkprogrammierung und Internet der Dinge MSc + BSc WS 2015/2016 Prof. Dr. Mesut Güneş & Dipl.-Inform. Tim Löpmeier Communication and Networked Systems Institute of Computer Science WWU Münster Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 1

2 Ziel des Projektseminars Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 2

3 Ziel des Projektseminars Lesen, verstehen und interpretieren von Protokollbeschreibungen IETF RFC Dokumente Netzwerkprogrammierung in C Implementierung eines IoT-Protokolls basierend auf der RFC-Beschreibung Gegenseitiges Testen der Protokollimplementierung Leistungsbewertung von Netzwerkprotokollen Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 3

4 Internet of Things Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 4

5 The Internet Goal World-wide communication of heterogeneous computers Structure Interconnection of computers and local networks over and partially interconnected router networks LAN Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 5

6 The Internet and Applications (Web) Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 6

7 The Internet and Network Technology Mobile Networks Internet Enterprise Networks Fixed Networks PSTN ISDN DSL GSM GPRS UMTS LTE FTP WWW Web2 P2P Broadcast VoD itv Cable Networks Home Networks UMS WiFi 3G/4G VoIP IPTV Content Sharing WiMax Communities One Network (Everything over IP) Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 7

8 Enabling Technologies IoT Microcontroller Flash Storage Radio Communication Sensors Actors Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 8

9 Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 9

10 Internet of Things Protocols Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 10

11 ISO/OSI Protocol Stack Lower layers The meaning of all lower layers is to provide a communication facility for applications Are not really designed for end users Application layer Application layer protocols work on top of the transport layer protocols Implement applications for end users A large set of different applications (protocols) with totally different requirements and assumptions According to ISO/OSI three layers, but in the Internet exists only one layer OSI Reference Model Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 11

12 Protocols in the Internet File Transfer Network Management WWW Virtual Terminal Name Service File Transfer HTTP FTP Telnet SMTP DNS SNMP TFTP Internet protocols TCP SCTP UDP DCCP ARP RARP IP ICMP IGMP Layer 1/2 Ethernet Token Ring Token Bus WLAN Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 12

13 Usual communication paradigm in the Internet Usually client/server structure Processes on the application layer use TCP(UDP)/IP- Sockets Client Server Client Process Server Process Request Reply Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 13

14 Protocol stack... Power Management Plane Mobility Management Plane Task Management Plane Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 14

15 IoT Applications [Gubbi] Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 15

16 Protocol stack Different protocol stack models for the future Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 16

17 Protocol stack Different protocol stack models for the future XML HTTP TCP IP Ethernet MAC Ethernet PHY Payload Application Transport Network Data Link Physical EXI CoAP UDP 6LoWPAN IEEE 802.* MAC IEEE 802.* PHY W3C Efficient XML Interchange (EXI) format is a binary high performance XML representation for M2M communication. Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 17

18 Protocol stack EXI CoAP UDP Payload Application Transport IPv6 RPL ICMP Network 6LoWPAN IEEE 802.* MAC IEEE 802.* PHY Data Link Physical Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 18

19 Organisatorisches Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 19

20 Organisatorisches: Raum Orleáns Ring, SRZ 213 Wöchentliches Treffen, Mittwoch, Uhr Pflicht Für Bearbeitung der Aufgaben steht der Raum zur Verfügung Fast die gesamte Woche Jeder Teilnehmer erhält ein Schließmedium Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 20

21 Organisatorisches: Gruppenarbeit Gruppe ca. 3-4 Studenten Sollte aus BSc- und MSc-Studenten bestehen Jede Gruppe entwickelt unabhängig Software Diskussion Code anschauen (Fast) jede Woche... Diskussion Vorstellung des aktuellen Stands Kurzvortrag Strukturiert präsentieren Nicht jede Woche alles wiederholen! Alle Gruppenmitglieder involviert Code Review durch Betreuer Hilfestellung und Hinweise Demo der Software Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 21

22 Organisatorisches: Gruppenarbeit Softwaretechnik/-methodik Software-Architektur Dokumentation der Software Präsentation Tool? Technische Dokumentation Doxygen Programmiersprache: C Standard C99 Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 22

23 Organisatorisches: Gruppenarbeit Repository für Projektseminar SVN Alle Dokumente/Materialien im Repository halten Struktur des Repositories Minimale Vorgabe comsys-teaching Projektseminar Public Gruppe1 Src... Gruppe2 Gruppe3... Vorschlag/Entwicklung eigener Struktur Commit-Regeln? Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 23

24 Zeitplan des Projektseminars Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 24

25 Ablauf des Projektseminars Datum ToDo Erstes Treffen im WS, Literatur dd Literatur, Diskussion, C-Programmierung Programmieren Testen auf Kompatibilität Leistungsbewertung Präsentation Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 25

26 Ablauf des Projektseminars Datum ToDo Erstes Treffen im Semester, Literatur Software 1 Programmieren Kompatibilitätstest Leistungsbewertung Präsentation Software 1 und start Software 2 Software 2 Programmieren Kompatibilitätstest Leistungsbewertung dd dd Präsentationen Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 26

27 Aufgaben: Was wird entwickelt? Software 1: Chat Programm Client-Server Architektur Gruppenkommunikation? Stand 1: Austausch von ASCII-Strings Kompatibilitätstest einfach Stand 2: Austausch beliebiger Binärdaten Kompatibilitätstest nicht einfach! Kompatibilität Funktionsumfang der Software muss von den Teilnehmern definiert und präsentiert werden! Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 27

28 Aufgaben: Was wird entwickelt? Software 2: IoT-Protokoll Basierend auf RFC-Beschreibung Festlegen des Umfangs und der Funktionalität Subset der RFC-Beschreibung Umfang festlegen durch Diskussion aller PS-Teilnehmer Kompatibilität Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 28

29 Aufgaben: Was wird entwickelt? IoT-Protokoll: RFC-7252 CoAp The Constrained Application Protocol (CoAP) Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 29

30 IETF / RFCs IETF Active IETF WGs RFC 2026 ( Draft Standard A specification from which at least two independent and interoperable implementations from different code bases have been developed, and for which sufficient successful operational experience has been obtained, may be elevated to the "Draft Standard" level. For the purposes of this section, "interoperable" means to be functionally equivalent or interchangeable components of the system or process in which they are used. If patented or otherwise controlled technology is required for implementation, the separate implementations must also have resulted from separate exercise of the licensing process. Elevation to Draft Standard is a major advance in status, indicating a strong belief that the specification is mature and will be useful. Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 30

31 Literatur Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 31

32 Literatur Der Standard Einführung in C von Grund auf Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 32

33 Literatur Einführung in C Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 33

34 Literatur Programmierung in UNIX-en mit C Kein C-Lehrbuch Behandelt fast alle Themen Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 34

35 Literatur Der Klassiker Standard Kein C-Lehrbuch Behandelt alles über Netzwerkprogrammierung Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 35

36 Fragen? Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 36

37 IETF / RFCs Einige interessante Arbeitsgruppen core 6lo Constrained RESTful Environments IPv6 over Networks of Resource-constrained Nodes 6tisch IPv6 over the TSCH mode of IEEE e roll Routing Over Low power and Lossy networks Prof. Dr. Mesut Güneş ComSys Projektseminar WS 15/16 37