🔌 Network Programming Labs

Low-Level Systems & Socket Programming in C · SDN Fundamentals

Hands-on networking and systems programming labs developed in C on Linux environments, focused on TCP/IP communication, socket programming, and client-server architectures — extending into Software-Defined Networking (SDN) concepts using Mininet.

This repository contains low-level network programming exercises and SDN topology labs commonly encountered in infrastructure, cloud, and cybersecurity environments.

---

📑 Table of Contents

Section
Overview
Communication Model
Projects Included
Topics Covered
Technologies Used
Skills Developed
Compilation & Execution
Repository Structure

---

🚀 Overview

Field	Details
Languages	C, Mininet CLI / Python-based topologies
Platform	Linux, VirtualBox (VM)
Compiler	GCC
API	BSD Sockets (POSIX)
Protocol Focus	TCP/IP, IPv4, ICMP (ping)
Architecture	Client-Server · Software-Defined Networking
Context	University coursework — Network & Systems Programming
Goal	Understand network communication from manual socket handling in C to SDN topology orchestration in virtualized environments

---

🔄 Communication Model

sequenceDiagram
    participant Client
    participant Server

    Note over Server: socket() → bind() → listen()
    Server->>Server: accept() — wait for connection

    Note over Client: socket() → connect()
    Client->>Server: TCP Connection Request (SYN)
    Server-->>Client: Connection Established (SYN-ACK/ACK)

    Server->>Client: send("Hello World!")
    Client->>Client: recv() message

    Note over Client,Server: Both programs terminate after message exchange

Loading

Μοντέλο επικοινωνίας του EchoServer/EchoClient (Project 3, Μέρος Α): σύνδεση, αποστολή μηνύματος από τον server, άμεσος τερματισμός.

---

📦 Projects Included

#	Project	Type	Description
1	Project 1	TCP Client-Server	Βασική υλοποίηση TCP client/server επικοινωνίας με sockets σε C
2	Project 2	Echo Client-Server	Σύστημα echo όπου ο server επιστρέφει τα μηνύματα που λαμβάνει από τον client
3	Project 3	Sockets Programming — Echo TCP & Custom Ping	Εκτέλεση EchoServer/EchoClient και επέκταση της εφαρμογής με λειτουργικότητα εντολής ping
4	Project 4 (Optional)	SDN Networking — Mininet	Δημιουργία και ανάλυση δικτυακών τοπολογιών SDN με το εργαλείο Mininet

---

🔹 Project 1 — TCP Client-Server Application

Feature	Description
Communication	TCP-based, connection-oriented
Addressing	IPv4 socket connections
Server Behavior	Listens for and accepts incoming client connections
Configuration	Dynamic IP and port configuration
Execution	Linux terminal (CLI-based)

🔹 Project 2 — Echo Client-Server System

Feature	Description
Communication	Bidirectional
Mechanism	Server echoes back received messages
Model	Socket-based, connection-oriented
Protocol	TCP echo mechanism

🔹 Project 3 — Sockets Programming: Echo TCP & Custom Ping (Ατομική Εργασία 3η)

Μέρος Α΄ — Εκτέλεση Client-Server Εφαρμογής (Echo TCP)

Πεδίο	Λεπτομέρεια
Στόχος	Εκτέλεση δοθέντος κώδικα EchoServer / EchoClient που επικοινωνούν μέσω TCP sockets
Λειτουργία	Μόλις ο client συνδεθεί, ο server στέλνει μήνυμα (π.χ. "Hello World!") και τα προγράμματα τερματίζονται
Παραδοτέο	2 screenshots από 2 διαφορετικές εκτελέσεις

Μέρος Β΄ — Επέκταση σε λειτουργικότητα ping

Πεδίο	Λεπτομέρεια
Στόχος	Επέκταση του Echo Client ώστε να προσομοιώνει την εντολή ping (μόνο η πλευρά του client)
Βασικό αρχείο	myPing.c (συμπλήρωση κενών σημείων)
Βασικές συναρτήσεις	gethostbyname() για εύρεση διεύθυνσης server, clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts) για μέτρηση χρόνου απόκρισης (RTT)
Χρήση	./myPing <hostname> (π.χ. argv[1] = google.com)
Αναφορά (deliverable)	Screenshots εκτέλεσης Μέρους Α & Β, επεξήγηση προστιθέμενου κώδικα, πηγαίος κώδικας myPing.c

🔹 Project 4 — SDN Networking with Mininet (Ατομική Προαιρετική Εργασία 4η)

Πεδίο	Λεπτομέρεια
Περιβάλλον	VirtualBox (Virtual Machine) + Mininet VM
Εργαλεία	Mininet, PuTTY, Xming
Login	user: mininet / pass: mininet
Βασικές εντολές Mininet	sudo mn, help, nodes, net, dump
Node-level εντολές	h1 ifconfig -a, s1 ifconfig -a, h1 ps -a, s1 ps -a

Τοπολογίες που δημιουργήθηκαν:

Τοπολογία	Εντολή
Single	sudo mn --topo single,4
Linear	sudo mn --topo linear,4
Tree (depth=3, fanout=2)	sudo mn --topo=tree,depth=3,fanout=2

Άσκηση εφαρμογής:

Βήμα	Ενέργεια
1	Δημιουργία απλού SDN δικτύου (1 controller C0, 1 switch S1, 3 hosts H1-H3)
2	Έλεγχος με pingall, h1 ping h2, h1 ifconfig, s1 ifconfig
3	Επέκταση τοπολογίας σε 2 switches (S1, S2) και 5 hosts (H1-H5), συνδεδεμένα σε κοινό controller C0
4	Ανάλυση εφικτότητας υλοποίησης της επεκταμένης τοπολογίας με τις βασικές εντολές Mininet

---

🧭 Topics Covered

Category	Topics
Core Networking	TCP Socket Programming · Client-Server Communication · IPv4 Networking · ICMP / Ping mechanics
Systems Programming	Command-Line Arguments · Socket APIs · gethostbyname() · clock_gettime()
SDN Networking	Mininet Topologies (Single, Linear, Tree) · Controllers, Switches, Hosts · Network Emulation
Tooling	GCC Compilation · Linux Networking · VirtualBox · PuTTY / Xming · Network Troubleshooting
Patterns	Echo Client/Server Systems

---

🛠️ Technologies Used

Category	Stack
Programming Language	C
Operating System	Linux
Compiler	GCC
Networking Stack	TCP/IP, ICMP
Socket Interface	BSD Sockets API
SDN Emulation	Mininet
Virtualization	VirtualBox
Remote Access Tools	PuTTY, Xming
Shell	Bash / Terminal

---

🎯 Skills Developed

#	Skill
1	Low-level network programming
2	Linux command-line workflow
3	Understanding of TCP/IP communication
4	Socket API usage (gethostbyname, clock_gettime)
5	Infrastructure and networking fundamentals
6	Debugging and troubleshooting
7	Client-server architecture design
8	SDN topology design & emulation (Mininet)
9	Network diagnostics (ping, ifconfig analysis)

---

⚙️ Compilation & Execution

C Projects (1–3): Compilation with GCC

gcc server.c -o server
gcc client.c -o client
gcc myPing.c -o myPing

Execution

Terminal	Command
1 (Server)	./server <port>
2 (Client)	./client <server_ip> <port>
3 (Custom Ping)	./myPing <hostname>

Project 4: Mininet Execution

sudo mn --topo=tree,depth=3,fanout=2
mininet> pingall
mininet> h1 ping h2
mininet> exit

---

📂 Repository Structure

Path	Περιεχόμενο
Project 1/	TCP Client-Server Application
Project 2/	Echo Client-Server System
Project 3/	Sockets Programming — EchoTCP execution + custom myPing.c implementation
Project 4/	SDN Networking labs με Mininet (τοπολογίες, εντολές, αναφορά)
README.md	Τεκμηρίωση repository

---

👤 Author

Δημήτρης Κατσάνος — @Dimitriskatsanos42 University coursework — Network & Systems Programming.