Networking. Motivation Grundlagen von Sockets Klasse Socket Klasse ServerSocket Exceptions Klasse URL

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1 Networking Motivation Grundlagen von Sockets Klasse Socket Klasse ServerSocket Exceptions Klasse URL Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 1

2 Netzwerkprogrammierung in Java Programme schreiben, wobei Teile auf unterschiedlichen Rechnern laufen und diese Programmteile miteinander kommunizieren Grundproblematik der Netzwerkprogrammierung Zueinanderfinden der verteilten Programme Aufbau einer Verbindung Verständigung über die Kommunikation Austausch von Nachrichten Austausch von Daten 2 Modelle: 1. Socket-Streaming (dieses Kapitel) 2. Remote-Objekte (nächstes Kapitel) Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 2

3 Prinzipien von Socket-Streaming Adressierung über IP-Adressen und Ports Client und Server Client schickt Anforderung an Server Server behandelt Anforderung und schickt Antwort zurück Austausch von Daten zwischen Client und Server erfolgt über Byte-Streams ähnlich dem Dateizugriff (siehe Streaming) Daten müssen interpretiert werden; erfolgt unter Verwendung eines entsprechenden Protokolls, z.b. HTTP, SMTP oder andere Damit steht Socket-Streaming im Gegensatz zu Remote-Objects, die die Semantik von Java-Objekten haben!! Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 3

4 IP-Addressierung 4 Byte IP-Adresse geteilt in Netzwerk-ID und eine Host-ID Adresstypen: Klassen A, B, C Klasse Netzwerk-ID Host-ID Beschreibung A 7 24 Für sehr große Netzbetreiber vorgesehen. B C Ein Klasse-B-Netz erlaubt immerhin noch die eindeutige Adressierung von unterschiedlichen Rechnern innerhalb des Netzwerks. Klasse-C-Netze sind für kleinere Unternehmen vorgesehen, die nicht mehr als 254 unterschiedliche Rechner adressieren müssen. Domain-Namen: symbolische Namen für IP-Adressen Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 4

5 Ports Ports dienen dazu, Serverdienste auf einem Rechner zu identifizieren Ganzzahl im Bereich Viele Portnummern standardisiert: Name Port Transport Beschreibung echo 7 tcp/udp Gibt jede Zeile zurück, die der Client sendet discard 9 tcp/udp Ignoriert jede Zeile, die der Client sendet daytime 13 tcp/udp Liefert ASCII-String mit Datum und Uhrzeit ftp 21 tcp Versenden und Empfangen von Dateien telnet 23 tcp Interaktive Session mit entferntem Host smtp 25 tcp Versenden von s whois 43 tcp Einfacher Namensservice finger 79 tcp Liefert Benutzerinformationen www 80 tcp Der Web-Server pop3 110 tcp Übertragen von Mails rmi 1099 tcp Remote Method Invocation Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 5

6 Sockets Sockets sind eine Programmierschnittstelle für streambasierte Kommunikation Übertragen von Daten ähnlich dem Schreiben einer Datei Aufbau einer Verbindung über IP-Adresse und Port Lesen oder Schreiben von Daten Schließen der Verbindung In Java unterscheidet man zwischen Client- und Server-Sockets Client-Sockets (Klasse ) für das eigentliche Lesen und Schreiben (sowohl am Client als auch am Server) Server-Sockets (Klasse ) für das Annehmen von Client- Requests Lesen und Schreiben erfolgt über und Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 6

7 Wichtige Klassen von Socket für Data-Streaming Socket für die Annahme von Requests am Server Repräsentiert eine IP-Adresse Repräsentiert eine URL Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 7

8 Klasse Klasse repräsentiert eine IP-Adresse -Methoden zur Erzeugung von -Objekten!"#$%& #$%&'# ()""" #$%'%! )" #$%'# (*"%! )" #$%&'# ()" #+')" Zugriff auf 4 Byte IP-Adresse symbolischer Name # #+')" %!"#')" # #+&')" Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 8

9 Klasse Die Klasse repräsentiert einen Socket für Data-Streaming mit Konstruktor zum Aufbau einer Verbindung mit Adresse und Port '# *" ) ' *" )" Zugriffsmethoden auf und für dieses - Objekt #') #') Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 9

10 Beipiel Client-Socket: Zugriff auf WebServer (1) Das folgende Beispiel zeigt eine Client-Anfrage an einen Web-Server Verbindungsaufbau erfolgt mit der in der Kommandozeile angegebenen Adresse des Web- Servers Es wird dabei ein -Objekt erzeugt, wobei der Port 80 als Standardport für WWW verwendet wird #,-.,"/ '#!"#)"/ % / 0"#$%&'#.!)1" 0"2 '*".)1 Danach werden vom -Objekt sowohl ein als auch geholt Es erfolgt die Konstruktion und die Ausgabe eines HTTP GET-Kommandos an den Web- Server wobei das zweite Kommandozeilenargument den Dateinamen bestimmt "0" #')1 "0" #')1 33"4567 #""0"8456"8"9"# :!"9"8"+66;3:.8"9"8<<<<81 2'#$%'))1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 10

11 Beipiel Client-Socket: Zugriff auf WebServer (2) Die Antwort vom Server wird über den zeilenweise gelesen und auf der Konsole ausgegeben 1 %!""0"2 % :..!1 2( '' 0"'))"=0":)"/ %2'*".*")1 Am Ende werden, und geschlossen Es folgt noch die (Anweisung, um alle auftretenden 5 zu fangen ')1 ')1 ')1 "( '5 )"/ %'#'))1 %':)1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 11

12 Klasse Die Klasse Server repräsentiert den Einstieg in einen Server und dient dazu Client-Requests anzunehmen Konstruktor zum Anlegen eines ServerSockets mit entsprechender Portnummer. Der ServerSocket horcht damit auf den Port auf dem lokalen Rechner. ' )"(2 (2 5 Die wichtigste Methode ist die Methode. Mit dieser horcht der auf hereinkommende Requests. Sie blockiert, bis ein Request am Port hereinkommt und liefert dann einen normalen Socket für die Datenkommunikation mit dem Client. ') Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 12

13 Beispiel : 5( (1) Das folgende Programm zeigt die Verwendung von Der wird mit Portnummer 7 erzeugt und horcht dann auf hereinkommende Client-Requests?1?1 5( / '#!"#)"/ % / A"B#"A";"C8)1 ( 0"2 'C)1 0"(')1 sobald ein Request eingeht, liefert einen für Ein- und Ausgabe. %'8B# (#8)1 "0" #')1 "0" #')1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 13

14 Beispiel : 5( (2) Über und erfolgt das Lesen der Daten vom Client und das Zurücksenden der selben Daten zum Client 1 2( ''"0"'))"=0":)"/ 2''( ())1 %''())1 Danach werden alle Sockets geschlossen die Verbindung abgebaut. %'8B# 8)1 ')1 (')1 "( '5 )"/ %'#'))1 %':)1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 14

15 Beispiel Mehrere Client bedienen: 5( (1) Normalerweise will ein Server viele einkommende Clients bedienen Dies wird erreicht, indem der accept-aufruf in eine Schleife verpackt und für jeden einkommenden Client-Request ein eigener Thread EchoClientThread erzeugt wird.?1?1 5( / '#!"#)"/ 0".1 % / A"B#"A";"C8)1 ( 0"2 'C)1 2( ' )"/ 0"( (')1 '2 5(D6('99*" *" ))')1 "( '5 )"/ %'#'))1 %':)1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 15

16 Beispiel Mehrere Client bedienen: 5( (2) In der -Methode des EchoClientThreads werden die Daten wie gehabt gelesen und zurückgeschickt. 5(D6( 6( / 1 1 5(D6(' *" )"/ ( 0"1"( ( 0" 1 ')"/ % / "0" #')1 "0" #')1 2''# 9"8<<8)#$%'))1 1 2( ''"0"'))"=0":)"/ 2''( ())1 %''( ())1 ')1 "( '5 )"/ %'#'))1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 16

17 Beispiel senden senden erfolgt nach dem SMTP-Protokoll auf Port 25 Das SMTP-Protokoll hat folgendes Format +5""+ E"FEG"H5E"""I D;6"6G"H5E"""5AJ#I K6 FG"H5E"""I G"H$AAI 6G"H5E"""5AJ#I KG"HKI 5E"&((""("L M6 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 17

18 Beispiel senden Verbindungsaufbau erfolgt durch Öffnen eines s zum -Host und Erzeugen eines und eines s für den Socket 0"2 'NN*"O-)1 "0"2 #'))1 $AA "0"2 2 $AA' 2 ' #')))1 Senden von Nachrichten erfolgt durch zeilenweises Schicken der Protokollanweisungen und Daten, wobei jedes Zeile mit N<<N abgeschlossen werden muss Nach jedem Kommando und nach dem gesamten Text jeweils die Antwortzeilen gelesen werden müssen Die DATA Section Sollten jeweils Zeilen enthalten mit Angabe von - Absender (From: ), - Empfänger (To: ), - Datum - Betreff (Subject: ) mehrere Zeilen mit Nachricht - Text mit beliebigen ASCII-Zeichen, jedoch ohne die Steuerzeichen SP, HAT, CR, LF Am Ende einen einzelnen Punkt. in einer Zeile Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 18

19 Beispiel senden '#!"#)"/ " 1 $AA"1 % / "0"2 '88*"O-)1 "0"2 #'))1 "0"2 2 $AA'2 ' #')))1 ')1" #"(&"0"#+')#+&')1 '*"8+5"8"9"(&)1 ')1" '*"8E"FEG"HP I8)1 ')1" '*"8D;6"6G"H((AP I8)1 ')1" '*"8K68)1 ')1" '*"8FG"P 8)1 '*"86G"A%P 8)1 '*"8KG"8"9"KF#K6')A'2 2 K')))1" '*"8G"O"#"E8)1 '*"88)1 '*"8K"""E8)1 '*"8"2"L8)1 '*"88)1 ')1" '*"8M8)1 ')1" ')1 "( ' 2+5")"/ 6')1 "( '5")"/ 6')1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 19

20 Beispiel senden (Forts.) 3??""""A"$AA""?"P?"P?"P(2 5?3 #"'$AA")"(2 (2 5"/ #""0"')1 A '"00" )"/ "0"881 %'8"'#)G8"9")1 1 5?3 (2 5"/ ')1 %'8"'#)G"8"9")1 '8<<8)1 A(')1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 20

21 URLs URL vereinfacht das Abholen von Informationen auf Remote-Sites URL wird mit dem String, der die Remote-Ressource adressiert, angelegt, z.b. File A " '# )"(2 EA5 public URL(String protocol, String host, int port, String file) throws MalformedURLException Erlaubt einen InputStream für ein URL zu holen; mit diesem kann die Ressource gelesen werden A" ') (2 5 Mit getcontent kann der gesamte Inhalt der URL-Ressource geholt werden A" #D') (2 5 Mit openconnection wird eine URLConnection geöffnet D D') (2 5 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 21

22 Beipiel URL: Sichern eine Remote-Resource (1) Das folgende Beispiel liest eine Ressource und sichert den Inhalt in einer Datei Die URL wird mit der in der Kommandozeile gegebenen Adresse der Ressource erzeugt Es wird eine Datei und ein OutputStream auf die Datei erzeugt Es wird auf den InputStream der URL zugegriffen?1?1 / '#!"#) / % / " 0"2 '#.!)1 "0"2 F'# :!)1 "0"')1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 22

23 Beipiel URL: Sichern eine Remote-Resource (2) Die Daten werden gelesen und auf den File ausgegeben Wichtig ist das Abfangen der entsprechenden Exceptions 1 %!""0"2 % :..!1 2( '' 0"'))"=0":)"/ 2'*".*")1 ')1 ')1 "( 'EA5 )"/ %'#'))1 %':)1 "( '5 )"/ %'#'))1 %':)1 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 23

24 5 Netzwerkkommunikation ist grundsätzlich eine unsichere Sache Es gibt daher eine Vielzahl von Exceptions, die die möglichen Pannen gut verdeutlichen Exception-Hierarchie: 5 : EA5 5 $5 D5 &6+5 ;( ; Basisklasse für alle Exceptions mit IO ungültige URL Basisklasse für Exceptions bei Sockets Fehler bei Versuch Socket an eine lokale Adresse oder Port zu binden Fehler bei Versuch Socket an eine remote Adresse oder Port zu verbinden Remote Host kann nicht erreicht werden Port konnte nicht erreicht werden Host mit IP-Adresse nicht bekannt Service bei URL nicht unterstützt z.b. TCP Fehler Timeout für Socket-Operation Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 24

25 Literatur Horstmann, Cornell, Core Java 2, Band2 Expertenwissen, Markt und Technik, 2002: Kapitel 3 Krüger, Handbuch der Java-Programmierung, 3. Auflage, Addison-Wesley, 2003, Kapitel 45 Pratikum SWE 2 M. Löberbauer, T. Kotzmann, H. Prähofer 25

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