CS2101 Nebenläufige und Verteilte Programme Bachelor of Science (Informatik)

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1 Prof. Dr. Th. Letschert CS2101 Nebenläufige und Verteilte Programme Bachelor of Science (Informatik) Vorlesung 8 Th Letschert FH Gießen-Friedberg

2 Nebenläufige und verteilte Programme Netzwerk-Programme - Grundlagen TCP/IP und Sockets - Abstraktionen oberhalb der Socket-Ebene - Software-Struktur: Server-Architektur, Schichten / Protokolle 2

3 Nebenläufige und verteilte Programme TCP/IP und die Socket-Kommunikation 3

4 Socket-Abstraktionen: Zugriff auf Schicht-4-API in Sprachen integriert Java (Package java.net) ServerSocket lokale Adr: IP+Port Server: accept Socket Client: ferne Adr: IP+Port Verbindungsaufbau, Server: autom: ferne Adr Komminikation als Klassenbibliotheken z.b. C++: ACE (Adapitve Communication Environment) etc.: diverse andere Kommunikation C# (Namespace system.net) low-level: Socket IPEndPoint, IPAddress,... high-level: TCP-Client TCP-Listener andere: Perl, TCL, Python,... 4

5 Infrastruktur der Kommunikation Anwendung nutzt Kommunikations-Infrastruktur via BS-Schnittstelle Betriebssystem / Rechnerhardware: enthält Implementierung der (End-) Protokolle Netz: transportiert Signale, enthält Implementierung der (Netz-) Protokolle Sockets: (de-facto) Standard zur Gestaltung der Komm.-Schnittstelle zum BS Anwendung Anwendung API (Sockets) API (Sockets) 4 (TCP/UDP) (virtuelle) Schicht-4 Ende-zu-Ende-Kommunikation BS 3 (IP) 3 (IP) 2 (Ethernet) 1 Hardware 3 (IP) 4 (TCP/UDP) 3 (IP) BS Hardware 5

6 Prinzip der TCP/IP Kommunikation Anwendung Netzprotokoll IP Identifikation der Rechnerschnittstelle durch IP-Adresse TCP Impl ungesicherte Paket-orientierte Kommunikation duplex: Datentransfer in beide Richtungen IP Impl Ethernet Impl Ende-zu-Ende-Protokoll UDP Identifikation der Anwendungsschnittstelle durch Port-Nr. ungesicherte Paket-orientierte Kommunikation Ende-zu-Ende-Protokoll TCP Rahmen HW-Adr Protokoll: IP IP-Paket IP-Addr Protokoll: TCP Identifikation der Anwendungsschnittstelle durch Port-Nr. gesicherte Strom-orientierte Kommunikation über Client-Server Verbindungen TCPPaket AnwendungsPaket Port 4711 NutzDaten Paket-Verschachtelung und Adressierung 6

7 Socket Kommunikation Sockets: TCP / UDP Dienste als BS-Schnittstelle Identifikation durch IP-Adresse eigne und fremde IP-Adresse Identifikation durch Port-Nr. setzt setzt IP, Port UDP kennt IP, Port Paket eigne und fremde Port-Nr. Wahl zwischen UDP- und TCP-Kommunikation Anwendung Anwendung UDP- Kommunikation: Pakete packen und versenden Datenpakete senden / empfangen TCP: Verbindung aufbauen / annehmen nicht symetrisch: Server: nimmt Verbindung an Client: baut Verbindung auf Bytes über Verbindung senden / empfangen Verbindung abbauen setzt Anwendung (Client) IP, Port Bytes Anwendung (Server) kennt IP, Port Bytes TCP- Kommunikation: Verbindungen aufbauen Bytes senden 7

8 Socket Kommunikation Socket (Steckdose): SAP (Service Access Point) Verbindungsendpunkt der Schicht-4: SAP ~ Socketadresse = IP-Adresse + Port-Nummer entsprechend der Konzeption von TCP und UDP eigenen SAP bereitstellen Socket als SAP erzeugen Socket an Socketadresse binden Kommunikation / Verbindungswünsche an Socket erwarten fremden SAP nutzen Socket erzeugen Daten via eigenen Socket an fremde Socketadresse senden eigenen Socket mit fremder Socketadresse verbinden 8

9 Socket-Kommunikation in Java Socket-Kommunikation in die JSE-API integriert (Paket java.net) Umschlag- (Wrapper-) Klassen für Sockets: Socket java.net.socket verbindungsorientierte Kommunikation, Datenaustausch, Client und Server ServerSocket java.net.serversocket verbindungsorientierte Kommunikation, Server erwartet Verbindung DatagramSocket java.net.datagramsocket verbindungslose Kommunikation, Datenaustausch beide Partner Diverse Hilfsklassen DatagramPacket Datenpaket bei UDP (verbindungsloser) Komm. InetAddress Umschlag-Klasse für IP-Adressen SocketAddress IP-Adress + Port... 9

10 Nebenläufige und verteilte Programme Verbindungsorientierte Socket-Kommunikation 10

11 Verbindungsorientierte Kommunikation via Sockets: BS/API-Ebene socket socket bind listen accept connect read/write read/write close close Server Client Socket-API: Funktionen und ihre Verwendung für eine verbindungsorientierte Kommunikation auf der Ebene des Betriebssystems 11

12 Verbindungsorientierte Kommunikation: Server akzeptiert Verbindung Server: Stelle Port zur Verfügung, Akzeptiere Verbindung vom Client 1. Server: Erzeuge Server-Socket ServerSocket serversock = new ServerSocket(4711); 2. Server: Erwarte Verbindungswunsch eigene Adresse setzen (IP/Port, IP-Adr. implizit) Socket sock = serversock.accept(); 3. Client: verbindet sich Socket sock = new Socket('' '', 4711); fremde Adresse (IP/Port) angeben Die Kommunikation kann jetzt beginnen Client 4711: Port an dem Verbindungswünsche angenommen werden. Verbindungsaufbau 4711 Server Verbindung (Kommunikationsweg) : Server-seitiger Endpunkt für Verbindungswünsche : Server-seitiger Endpunkt der aufgebauten Verbindung. 12

13 Verbindungsorientierte Kommunikation: Client baut Verbindung auf Client baut Verbindung zum Server auf 1. Stelle Verbindung zum Server her Socket socket = new Socket('' '', 4711); fremde Adresse angeben (IP/Port) eigene Adresse (IP, Port) wird implizit gesetzt Die Kommunikation kann jetzt beginnen 4711 Verbindungsaufbau Client Server Verbindung (Kommunikationsweg) Client gibt die Serveradresse an. Die eigene Adresse wird implizit gesetzt. Beim Verbindungsaufbau wird die Client-adresse dem Server bekannt gegeben. Die Anwendung muss sich nicht um die Adressen der Kommunikationsendpukte (z.b.: 3599) kümmen. 13

14 Verbindungsorientierte Kommunikation: Daten empfangen Client empfängt Daten vom Server 1. Stelle Verbindung zum Server her Socket sock = new Socket('' '', 4711); 2. Erzeuge InputStreamReader aus dem Eingabestrom der Verbindung InputStreamReader stream = new InputStreamReader(sock.getInputStream()); 3. Erzeuge einen BufferedReader BufferedReader reader = new BufferedReader(stream); 4. Lies String msg = reader.readline(); Daten BufferedReader InputStreamReader Socket input stream Server Client 14

15 Verbindungsorientierte Kommunikation: Daten empfangen Server empfängt Daten vom Client 1. Verbindungsaufbau durch Client Socket serversock = new ServerSocket('4711); Socket sock = serversock.accept(); 2. Erzeuge InputStreamReader aus dem Eingabestrom der Verbindung InputStreamReader stream = new InputStreamReader(sock.getInputStream()); 3. Erzeuge einen BufferedReader BufferedReader reader = new BufferedReader(stream); 4. Lies String msg = reader.readline(); Daten Socket input stream Client InputStreamReader BufferedReader Server 15

16 Verbindungsorientierte Kommunikation: Daten senden Client / Server sendet Daten zum Server / Client 1. Verbindungsannahme durch Server Serverseite: Verbindungsaufbau durch Client Clientseite Socket serversock = new ServerSocket('4711); Socket sock = new Socket('' '', 4711); Socket sock = serversock.accept(); 2. Erzeuge Printwriter aus dem Ausgabestrom der Verbindung PrintWriter writer = new PrintWriter(sock.getOutputStream()); 3. Schreibe (Sende) writer.println(''hallo Du da, alles klar?'') Daten PrintWriter Socket output stream Client / Server Server / Client 16

17 Verbindungsorientierte Kommunikation Daten Daten BufferedReader PrintWriter InputStreamReader Socket input stream Socket output stream der Partner Ich symmetrische Struktur der Kommunikation bei Client und Server 17

18 Verbindungsorientierte Kommunikation: Beispiel Server public class EchoServer { static final int ECHO_PORT = 4713; public static void main(string[] args) { try { ServerSocket serversock = new ServerSocket(ECHO_PORT); while ( true ) { Socket sock = serversock.accept(); PrintWriter pw = new PrintWriter(sock.getOutputStream()); InputStreamReader stream = new InputStreamReader(sock.getInputStream()); BufferedReader reader = new BufferedReader(stream); String msg = reader.readline(); String response = "Echo: "+ msg; pw.println(response); pw.flush(); reader.close(); pw.close(); sock.close(); } } catch (IOException e) { e.printstacktrace(); } } } 18

19 Verbindungsorientierte Kommunikation: Beispiel Client public class EchoClient { public static void main(string[] args) { Socket sock; try { sock = new Socket(" ", EchoServer.ECHO_PORT); PrintWriter pw = new PrintWriter(sock.getOutputStream()); InputStreamReader stream = new InputStreamReader(sock.getInputStream()); BufferedReader reader = new BufferedReader(stream); pw.println("hallo"); pw.flush(); String response = reader.readline(); System.out.println("Received from Server: "+ response); reader.close(); pw.close(); sock.close(); } catch (IOException e) { e.printstacktrace(); } } } 19

20 Verbindungsorientierte Kommunikation Sockets bauen Verbindung auf durch Konstruktoren: public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException,IOException public Socket(InetAddress address, int port) throws IOException public Socket(String host, int port, InetAddresslocalAddr, int localport) throws IOException public Socket(InetAddress address, int port, InetAddresslocalAddr, int localport) throws IOException Der entfernte Rechner und der entfernte Port müssen mindestens angegeben werden Der entfernte (oder eigene) Rechner kann angegeben werden als String (Rechner-Name oder dotted-decimal IP-Adresse) oder als Objekt vom Typ InetAddress Der Port ist Bereich 1 bis (1 bis 1023 auf Unix für root reserviert) Der entfernte Rechner muss am angegebenen Port auf Verbindungen warten Ein Socket kann immer nur mit einem anderen verbunden sein 20

21 Verbindungsorientierte Kommunikation Server-Sockets durch Konstruktoren an SocketAdresse binden: public ServerSocket(int port) throws IOException public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException public ServerSocket(int port, InetAddress int backlog, bindaddr) throws IOException Der eigene Port muss mindestens angegeben werden (0 ~ irgendein freier Port) Der eigene Rechner kann angegeben werden als Objekt vom Typ InetAddress wird keine Adresse angegeben dann bindet sich der Socket an den Port bei allen verfügbaren IP-Adressen (Schnittstellen) des Rechners Ankommende Verbindungswünsche werden bei Bedarf gepuffert, backlog setzt Puffergröße Über einen ServerSocket können sich viele Clients mit einem Server verbinden An einen Port (pro IP-Adresse) kann nur ein ServerSocket gebunden sein accept blockiert bis ein Verbindungswunsch eintrifft und liefert dann ein Socket -Objekt das zur Kommunikation genutzt werden kann 21

22 Nebenläufige und verteilte Programme Verbindungslose Socket-Kommunikation 22

23 Verbindungslose Kommunikation (UDP-Protokoll) User Datagram Protocol UDP verbindungsloses IP-Transport-Protokoll (Schicht-4) UDP ist paketorientiert, Paket = Datagramm ~ IP-Paket keine Fehler- / Fluss-Kontrolle schneller / einfacher als TCP im LAN oft ausreichend sicher UDP Nutzung via Socket-API Paket-orientierte Kommunikation (statt Strom-orientiert) Pakete senden / empfangen (statt Bytes schreiben / lesen) Symmetrische Struktur (statt Client vs. Server) 23

24 Verbindungslose Kommunikation (UDP-Protokoll) UDP-Unterstützung in Java Klasse DatagrammPaket Zum Senden und Empfangen von Datenpaketen beinhaltet Daten (Byte-Array) theoretische maximale Paketgröße: Bytes realistische (Netz-unterstützte) Größe: 8192 Bytes beinhaltet Socket-Adresse (IP + Port) Konstuktor auf der Empfangsseite (Adresse ergibt sich empfangenem Paket): Konstruktor auf der Sendeseite DatagramPacket (byte [] data, int length) DatagramPacket (byte [] data, int length, InetAddress address, int port) Die Klasse DatagramSocket kann zum Senden und Empfangen verwendet werden 24

25 Verbindungslose Kommunikation: Beispiel 1 Server / 1 public class UdpServer { public static void main(string[] args) { try { if (args.length!= 1) { System.out.println("Aufruf: server <port>"); System.exit(0); } int port = Integer.valueOf(args[0]).intValue(); // Socket anlegen und mit eigener Adress versehen // DatagramSocket dtgrmsocket = new DatagramSocket(port); System.out.println("Erwartet Daten auf Port " + port); // Datenpaket zum Empfang von Daten bauen // byte[] buf = new byte[256]; DatagramPacket rcvpkt = new DatagramPacket(buf, buf.length); while (true) { try { // Daten empfangen dtgrmsocket.receive(rcvpkt); 25

26 Verbindungslose Kommunikation: Beispiel 1 Server / 2 // empfangene Daten ausgeben System.out.println( "Server hat Daten empfangen: " + new String(rcvpkt.getData(), 0, rcvpkt.getlength()) ); // Absender Adresse und Port feststellen: InetAddress clientadr = rcvpkt.getaddress(); int clientport = rcvpkt.getport(); System.out.println("Von Rechner: " + clientadr.gethostaddress() + " an Port: "+clientport); // Baue Antwort Paket und sende Antwort: DatagramPacket sndpkt = new DatagramPacket(buf, buf.length, clientadr, clientport); dtgrmsocket.send(sndpkt); } catch (IOException e) { System.err.println("FEHLER"); System.exit( 1); } }//while } catch (IOException e) { System.err.println("FEHLER"); System.exit( 1); } // try catch }//main } 26

27 Verbindungslose Kommunikation: Beispiel 2 Client / 1 public class UdpClient { public static void main(string[] args) { if (args.length!= 2) { System.out.println("Aufruf: client <server> <port>"); System.exit(0); } // Adressdaten des Partner bestimmen: // String host = args[0]; // Name oder IP Adr als String InetAddress serveraddress = null; // Adresse (wird noch festgetellt) int port = Integer.valueOf(args[1]).intValue(); // Port // Datagramm Socket anlegen // DatagramSocket dtgrmsocket = null; try { dtgrmsocket = new DatagramSocket(); } catch (SocketException e) { System.err.println("FEHLER: Kann Socket nicht erzeugen!"); System.exit( 1); } 27

28 Verbindungslose Kommunikation: Beispiel 2 Client / 2 // IP Adresse als Binaerwert feststellen: try { serveraddress = InetAddress.getByName(host); } catch (UnknownHostException e) { System.err.println(e); System.exit( 1); } // Datenpaket bauen: String msg = "Hallo wer da?"; byte buf[] = msg.getbytes(); DatagramPacket pkt = new DatagramPacket( buf, buf.length, // Daten serveraddress, port); // Zieladresse // Paket senden: try { dtgrmsocket.send(pkt); } catch(ioexception e) { System.err.println("Send Fehler " + e); System.exit( 1); } // Antwort empfangen: try { dtgrmsocket.receive(pkt); } catch(ioexception e) { System.err.println(e); System.exit( 1); } System.out.println("Client hat empfangen: " +new String(pkt.getData())); } } 28

29 Verbindungslose Kommunikation java.net.datagrampacket Umschlag um zu sendende / zu empfangende Daten als Byte-Array Enthält Adresse (IP + Port) des Ziels der Sendung / des Senders java.net.datagramsocket Verbindung mit lokaler Adresse (IP + Port) Via DatagramSocket kann zu unterschiedlichen Zielen gesendet werden (Ziel-Adress-Info steckt im Paket nicht im Socket) UDP-Ports im Bereich 1 bis 65,536, völlig unabhängig von TCP-Ports. DatagramPacket Konstruktoren Empfängerseite: public DatagramPacket( byte[] data, int length) Senderseite: public DatagramPacket( byte[] InetAddress data, int length, iaddr, int iport) 29

30 Adress-Informationen java.net.inetaddress Umschlag-Klasse für IP-Adresse Enthält Routinen zur Adressauflösung, z.b.: public static InetAddress getbyname(string host) throws UnknownHostException 30

31 Datagramme senden Daten in Bytes konvertieren und in Byte-Array speichern Erzeuge DatagramPacket aus: Byte-Array Anzahl der zu sendenden Bytes (i.d.r. Länge des Arrays) IP-Adresse als InetAddress -Objekt Port-Nr Erzeuge DatagramSocket aktiviere dessen send -Methode mit DatagramPacket als Argument 31

32 Datagramme empfangen Erzeuge DatagramSocket -Objekt mit lokalem Port (+ eventuell IP-Adresse) über den (die) empfangen werden soll receive aufrufen mit leerem DatagramPacket -Objekt blockiert bis Daten-Paket eintrifft Leeres DatagramPacket -Objekt wird bei Empfang gefüllt Mit den DatagramPacket -Methoden : getport() getaddress() kann festgestellt werden woher die Daten kommen und getdata() getlength() liefern die empfangenen Daten als Byte-Array und dessen Länge 32

33 Abstraktionen oberhalb der Socket-Ebene in Java Einfache Abstraktionen über der Socket-Ebene in Java: URL 33

34 URL Uniform Resource Locator Ein URL lokalisiert Web-Ressourcen: Wo und wie finde ich etwas Beispiele: shttp://meine.bank.de URL Aufbau Beispiel Scheme (Protocol) Zugriffsprotokoll http Authority Besitzer Path lokaler Weg zur Ressource /home/~hg51/index.html Query-String Suche in der Ressource searchstring=java Fragment Id (Ref) Index in der Ressource #intro einzelne Bestandteile können fehlen 34

35 URL Uniform Resource Locator Syntax / Beispiel (aus RFC 3986): foo://example.com:8042/over/there?name=ferret#nose foo Schema example.com:8042 Authority /over/there Path name=ferret Query nose Fragment Zeichensatz: US-ASCII-Zeichen in der Codierung 'der Umgebung' (umgebender Text / Übertragungs-Protokoll) a.. z, A.. Z, 0.. 9, -,., _, ~ (Alphanumerisch, Punkt, Bind-/Unterstrich, Tilde) Zeichen mit besonderer Bedeutung: /? # [ :! $ & ' ( ) * +, ; = % %HEX-Code für alle anderen und die mit besonderer Bedeutung z.b. %25 für %. Sonderformen möglich, z.b. + für ' ' (Blank) Hexcode ist abhängig von der (impliziten) Codierung! 35

36 URL in Java java.net Class URL Umschlagklasse für einen URL: java.net.url mit: Konstruktoren zur Konstruktion getter-/setter-methoden für die URL-Komponenten Methoden zum Aufbau einer Verbindung zur Ressource Verbindungsaufbau basiert auf Protocol-Handler Protocol-Handler von JVM implementiert (abhängig von der JVM) von der Anwendung zur Verfügung gestellt 36

37 URL in Java Beispiel : Test welche Protokoll-Handler stellt die JVM zur Verfügung? import java.net.malformedurlexception; import java.net.url; public class JVMProtocolHandler { public static void main(string[] args) { String[] standardprotocols = { "http", "https", "ftp", "mailto", "telnet", "file", "ldap"}; for ( String p : standardprotocols) try { URL url = new URL(p+"://some.where"); System.out.println(p + "\t is OK"); } catch(malformedurlexception e) { System.out.println(p + "\t is not supported"); } } } mögliche Ausgabe Die Tests auf Wohlgeformtheit der URL sind grob und nicht Protokollspezifisch (z.b. mailtourl ist nicht korrekt). Die Verfügbarkeit des Handlers wird geprüft. - Kein Test ob die URL erreichbar ist. http https ftp mailto telnet file ldap is is is is is is is OK OK OK OK not supported OK not supported 37

38 Zugriff auf URL-Ressource java.net Class URL Zugriff auf die Daten der Ressource auf die eine URL zeigt mit Hilfe der URL-Methoden: InputStream openstream(); verbindet sich mit der Ressource liefert InputStream zum Lesen der Daten URLConnection openconnection(); erzeugt Verbindung zur Ressouce zm lesen / schreiben von Daten, Zugriff auf weitere Info URLConnection openconnection(proxy proxy); erzeugt Verbindung via Proxy Object getcontent(); liest Daten der Ressource und erzeugt ein Objekt aus diesen Daten Object getcontent(class[] classes); liest Daten und erzeugt ein Objekt daraus, die Klassen sind Vorschläge für die Klasse des neu erzeugten Objekts 38

39 Zugriff auf URL-Ressource / Beispiel openstream public class URLViewer { public static void main(string[] args) { Scanner scan = new Scanner(System.in); String urlstring = scan.nextline(); try { URL url = new URL(urlString); InputStream ins = url.openstream(); int c; while ( (c = ins.read())!= 1 ) { System.out.print((char)c); } } catch (MalformedURLException e) { System.err.println("malformed url "+e); } catch (IOException e) { e.printstacktrace(); } } } erzeugt: Zugriff auf lokalen Tomcat mit der URL-Eingabe: <!doctype html public "-//w3c//dtd html 4.0 transitional//en" "http://www.w3.org/tr/rec-html40/strict.dtd"> <html> <head> <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=iso "> <title>apache Tomcat/5.0</title>... etc... 39

40 Zugriff auf URL-Ressource / Beispiel getcontent public class URLContentGetter { public static void main(string[] args) { Scanner scan = new Scanner(System.in); String urlstring = scan.nextline(); Class[] urltypes = { String.class, Image.class, InputStream.class }; try { URL url = new URL(urlString); Object obj = url.getcontent(urltypes); if ( obj instanceof String ) { System.out.println("String found at "+urlstring); } else if ( obj instanceof Image ) { System.out.println("Image found at "+urlstring); } else if ( obj instanceof InputStream ) { System.out.println("InputStream found at "+urlstring); } else System.out.println("Can not handle "+urlstring); } catch (MalformedURLException e) { System.err.println("malformed url "+e); } catch (IOException e) { e.printstacktrace(); } } } Eingabe: file:///home/thomas/documents/pictures/applelogo.gif Ausgabe: Image found at file:///home/thomas/documents/pictures/applelogo.gif 40

41 Zugriff auf URL-Ressource / Beispiel openconnection public class ConnectionOpener { public static void main(string[] args) { Scanner scan = new Scanner(System.in); String urlstring = scan.nextline(); try { URL url = new URL(urlString); URLConnection connection = url.openconnection(); System.out.println(connection.getContentEncoding()); System.out.println(connection.getContentType()); Object obj = connection.getcontent( new Class[]{ String.class, InputStream.class}); if ( obj instanceof String ){ System.out.println("String found: "+(String)obj); } if ( obj instanceof InputStream ){ System.out.println("InputStream found "); } } catch (MalformedURLException e) { System.err.println("malformed "+e); } catch (IOException e) { e.printstacktrace(); } } } Eingabe: Ausgabe: null text/html;charset=iso InputStream found 41

42 Abstraktionen oberhalb der Socket-Ebene in Java Einfache Abstraktionen über der Socket-Ebene in Java: URI 42

43 URI Uniform Resource Identifier Ein URI identifiziert eine Ressource Verallgemeinerung der URL URL lokalisiert URI identifiziert die Identifikation kann auch lokalisieren, sie muss aber nicht. Alle URLs sind URIs (aber nicht umgekehrt) URI Verwendung: als URL / zur Identifikation in div. XML-Technologien Beispiele: tel: urn:isbn: urn:oasis:names:specification:docbook:dtd:xml:4.1.2 URI Aufbau Scheme Name Beispiel : Schema-spezifischer Teil urn : oasis:names:specification:docbook:dtd:xml:

44 URI Uniform Resource Identifier URI Schemes Beispiele (http://www.iana.org/assignments/uri-schemes.html) URI Scheme Description Reference acap application configuration access protocol [RFC2244] cid content identifier [RFC2392] dns Domain Name System [RFC4501] fax fax [RFC3966] file Host-specific file names [RFC1738] ftp File Transfer Protocol [RFC1738] http Hypertext Transfer Protocol [RFC2616] https Hypertext Transfer Protocol Secure [RFC2818] imap internet message access protocol [RFC2192] info Information Assets with Identifiers in Public Namespaces [RFC4452] ldap Lightweight Directory Access Protocol [RFC4516] mailto Electronic mail address [RFC2368] news USENET news [RFC1738] nfs network file system protocol [RFC2224] nntp USENET news using NNTP access [RFC1738] pop Post Office Protocol v3 [RFC2384] tel telephone [RFC3966] telnet Reference to interactive sessions [RFC4248] urn Uniform Resource Names [RFC2141] 44

45 URI / URL / URN URI Uniform: Syntax entspricht RFC 2396: Uniform Resource Identifiers (URI): Generic Syntax. Resource: Irgendetwas Identification: Identifizieren / Lokalisieren / Holen URL URN URI Entwicklung: Identifizieren / Lokalisieren Ausgangskonzept URL: Identifizieren / Holen URI : Verallgemeinerung von URL URN: Uniform Resource Name Identifikation einer Ressource unabhängig von Ort und Zugriffsmethode/Möglichkeit ( Ein http-uri ist ein URL ) URN wird (eventuell) abgebildet auf URL-1, URL-2,... URI seit 2001 (http://www.w3.org/tr/uri-clarification) URI ist Oberbegriff URL informales Konzept lokalisierbarer Ressourcen ( Klick-bar ) URN ist Schema (hierachisch aufgebaut) (urn:xx:yy:zz) Resolution (Auflösung): nicht global geklärt (dns-uris haben global definierte Auflösung, andere nicht) 45

46 URI in Java java.net Class URI java.net.uri Umschlagklasse für URIs (konstruieren / analysieren) Vergleich zur java.net.url eher konform zu aktuellen WEB-Standards URI identifiziert nur: kein (direkter) Verbindungsaufbau relative und absolute URIs möglich 46

47 URI / URL / URLConnection Idee Schema -> Protokoll -> Protokoll-Handler Klassen In the early days of Java, Sun promised that protocols could be installed at runtime from the server that used them. [...] However, the loading of prtocol handlers from web sites was never implemented, and Sun doesn't talk much about it anymore. Elliotte Rusty Harold in Java Network Programming, O'Reilly URL / URLStreamHandler / URLConnection... definieren zusammen Protokoll-Handler Bewertung OK für vordefinierte Schemata (Protokolle) speziell für HTTP GET / POST (?) Neue Protokolle ~> müssen JVM bekannt gegeben werden Umständliche / Verwirrende API, kaum Mehrwert gegen Sockets Kaum genutzt Neue / Eigene Protokolle ~> Socket-Kommunikation 47

48 URI in Java / Beispiel get-abfrage Verbindungsaufbau via URL public class URIViewer { public static void main(string[] args) { try { URI uri = new URI( "http", //Scheme null, //Authority " ", //Host 8080, //Port "/hg51webapp/getfactorizer", //Path "zahl=12&submit=los+gehts", //Query null //Fragment ); URL url = uri.tourl(); InputStream ins = url.openstream(); int c; while ( (c = ins.read())!= 1 ) { System.out.print((char)c); } } catch (MalformedURLException e){ e.printstacktrace(); } catch (URISyntaxException e) { e.printstacktrace(); } catch (IOException e) { e.printstacktrace(); } } } 48

49 URI in Java / Beispiel get-abfrage / HTML als HTML anzeigen public class URIViewer { public static void main(string[] args) { try { URI uri = new URI( "http",null," ", 8080,"/hg51WebApp/GetFactorizer", "zahl=12&submit=los+gehts",null); URL url = uri.tourl(); InputStream ins = url.openstream(); byte[] bytea = new byte[1024]; int c; int i = 0; while ( (c = ins.read())!= 1 ) { bytea[i++] = (byte)c; } JEditorPane jp = new JEditorPane(); jp.setcontenttype("text/html"); jp.settext(new String(byteA, 0, i, "UTF8")); JFrame jf = new JFrame("Result"); jf.setcontentpane(jp); jf.setsize(512, 254); jf.setdefaultcloseoperation(jframe.exit_on_close); jf.setvisible(true); } catch (MalformedURLException e){ e.printstacktrace(); } catch (URISyntaxException e) { e.printstacktrace(); } catch (IOException e) { e.printstacktrace(); } } } 49

50 Nebenläufige und verteilte Programme Server-Architektur 50

51 Server-Architektur Architektur des Servers Ziele keine ignorierten Service-Anforderungen ( Denial-of-Service ) hoher Durchsatz Einflussfaktoren Randbedingungen Plattformeigenschaften (HW / BS) Struktur der Anwendung Nutzung der Anwendung Protokoll-Struktur Verbindungslos / Verbindungsorientiert Request-Response / Sessions-Konzept 51

52 Serverarchitektur : Einflussfaktor Protokollstruktur Protokollstruktur synchrones Request-Response Protokoll Neue Anfragen erst nach Antwort auf die vorhergehende Einsatz Neue Anfragen hängen von der Antwort ab Kurze Bearbeitungszeit + geringe Netz-Latenz (LAN) Einfachheit vor Performanz synchrones Protokoll asynchrones Request-Response Protokoll Anfragen und Antwort entkoppelt Einsatz Anfragen und Antworten sind nicht eng gekoppelt (z.b. HTTP-Gets) Latenz im Netz groß (WAN) Performanz vor Einfachheit asynchrones Protokoll 52

53 Serverarchitektur : Einflussfaktor Protokoll Dienstdauer Protokoll mit kurz andauerndem Dienst (short duration service) Dienst umfasst eine kurze (feste) Zeitdauer Oft eine Frage / eine Antwort Oft verbindungslos Beispiele: HTTP ARP Time Protokoll mit lang andauerndem Dienst (long duration service) Dienst umfasst eine (unbestimmt) lange Zeitdauer Oft Austausch mehrerer Nachrichten Oft verbindungsorientiert Beispiele Telnet FTP etc. 53

54 Serverarchitektur : Einflussfaktor Dienststruktur interner Dienst Dienst wird im Adressraum des Servers ausgeführt geringere Latenzzeit Server in größerer Gefahr (Absturz / Hänger) Bindung: Dienst statisch externer Dienst dynamisch zum Server gebunden Dienst wird in eigenem Adressraum ausgeführt (Prozess starten) höhere Latenzzeit Server weniger in Gefahr Beispiel inetd kann konfiguriert werden Dienste intern oder extern auszuführen kurze Dienste intern / Lange Dienste extern 54

55 Serverarchitektur : Einflussfaktor Dienststruktur zustandsloser Dienst (stateless service) Dienst wird ohne Zustandsinformation im Server ausgeführt, jede Anfrage enthält alle Informationen, die notwendig sind, um sie auszuführen Beispiel: einfache Dienste, NFS HTTP (ohne Cookies, etc.) zustandsbehafteter Dienst (stateful service) Anfragen werden in Zustand ausgeführt, Zustand Verbindungs-/Sitzungs -Zustand: Protokoll wickelt FSM (endlichen Automat) ab dauerhafter Zustand: Zustand dauerhaft (über die Dauer einer Sitzung hinaus) Zustand Absturz-resistent Beispiel: Telnet / FTP: Sitzungszustand Naming-Services: Absturz-resistent 55

56 Serverarchitektur : Einflussfaktor Dienststruktur einfacher Dienst (single service server) Server ist auf einen Dienst spezialisiert Jeder Dienst benötigt seinen eigenen Server Erhöhter Ressourcenbedarf / adminstrativer Aufwand Robust multipler Dienst (multi-service server) Server bedient mehrere Dienste Server bedient mit internem oder externem Dienst Geringerer Rssourcenverbrauch / adminstrativer Aufwand weniger robust 56

57 Serverarchitektur: Einflussfaktor Bereitschaft Temporärer Server (one shot server) Server wird auf ein Anfrage/Sitzung hin erzeugt, bedient nur diese geringer Ressourcenbedarf erhöhte Latenz stehender Server (standing server) Server wird bei Systemstart erzeugt existiert permanent im Adressraum Beispiel Apache Web-Server 57

58 Serverarchitektur: Einflussfaktor Verbindungs-/Sitzungskonzept Verbindungen und Sitzungen Verbindung (Connection) Schicht-4 Konzept Fehler-/Flusskontrolle erfordert Verbindung (Verbindung = Information über den Zustand der Kommunikation) Sitzung (Session) Anwendungskonzept logische Verbindung der Kommpunikationspartner für die Dauer einer Interaktion OSI-Modell: Session-Layer (so praktisch nie realisiert) 58

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