Script zum Kurs Java Networking Autor: E-Mail: WWW: juergen.zimmer@t-online.de www.juergen-zimmer.de Datum: Oktober 2002 Version: 1.0
Einleitung Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG...4 2 ENTWICKLUNGSUMGEBUNG INSTALLIEREN...5 2.1 Verzeichnisse...5 2.2 Java Software Development Kit (SDK) 1.41_01...5 2.3 Java Software Development Kit (SDK) 1.41_01 Dokumentation...6 2.4 IDE Eclipse 2.01...7 3 EINARBEITUNG...8 3.1 Anlegen eines Projekts in Eclipse...8 3.2 Anlegen einer Klasse in Eclipse...11 3.2.1 ÜBUNG: ZHALLOWELT...13 4 OOA...14 4.1 Objekte miteinander vergleichen...14 4.1.1 DIE METHODE EQUALS()...14 4.2 Objekte sortieren...14 4.2.1 DAS INTERFACE JAVA.UTIL.COMPARABLE...14 4.2.2 DIE KLASSE JAVA.UTIL.ARRAY()...14 5 TCP SOCKETS...15 5.1 Grundlagen...15 5.1.1 OSI-7-SCHICHTMODELL...15 5.1.2 TCP/IP...17 5.1.3 OSI-SCHICHTENMODELL IN DER NETZWERKTECHNIK...19 5.1.4 BESCHREIBUNG DER DATENVERARBEITUNG...20 5.1.5 BESCHREIBUNG DES VERBINDUNGSAUFBAUS...20 6 REMOTE METHOD INVOCATION...21 7 SERVLETS...21 8 ANHANG...22 8.1 Kursprojekte...22 8.1.1 REFRESH...22 8.1.2 OOA...22 8.1.3 RMIDEMO...22 8.1.4 TCPSOCKETS...22 8.1.5 DAYTIMESERVER...23 8.1.6 WEBADDRESS...23 2
Einleitung 8.2 Fachliteratur...24 8.3 WEB-Addressen...24 8.4 Abkürzungen...24 8.5 Bezeichnungen der Netzwerktechniken...25 8.6 Well Known Ports...27 3
Einleitung 1 Einleitung Viel Erfolg! 4
Entwicklungsumgebung installieren 2 Entwicklungsumgebung installieren 2.1 Verzeichnisse Bitte erstellen Sie als Basisverzeichnis für alle Kursübungen den folgenden Ordner: c:\vhs_java_net Währende werden verschieden Projekte entwickelt werden. Diese werden im Ordner projekte abgelegt. Legen Sie dazu bitte den folgenden Ordner an: c:\vhs_java_net\projekte 2.2 Java Software Development Kit (SDK) 1.41_01 Starten Sie bitte das folgende Programm auf der CD mittels Doppelklick: CD-Laufwerk:\Java\jdk1.4.1_01\j2sdk-1_4_1_01-windows-i586.exe Bestätigen Sie bitte alle Eingaben mit bzw.. Das SDK soll in das vorgeschlagene Verzeichnis C:\j2sdk1.4.1_01 installiert werden. 5
Entwicklungsumgebung installieren 2.3 Java Software Development Kit (SDK) 1.41_01 Dokumentation Entpacken Sie bitte das folgende Programm mittels Doppelklick ins Verzeichnis C:\j2sdk1.4.1_01: CD-Laufwerk:\Java\jdk1.4.1_01\j2sdk-1_4_1-doc.zip Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 6
Entwicklungsumgebung installieren 2.4 IDE Eclipse 2.01 Schritt 1: Entpacken Sie bitte das folgende Programm mittels Doppelklick ins Verzeichnis c:\: CD-Laufwerk:\ \IDEs\Eclipse20\eclipse-SDK-2.0.1-win32.zip Die Vorgehensweise ist die gleiche wie unter Dokumentation 2.3 Java Software Development Kit (SDK) 1.41_01 Schritt 2: Starten Sie bitte das Programm: c:\eclipse\eclipse.exe Es erscheint die folgende Meldung: anschließend wird das Programm gestartet und es erscheint die Oberfläche der IDE 7
Einarbeitung 3 Einarbeitung Ziel diese Kapitels ist es, die IDE Eclipse anhand eine einfachen Beispiels kennen zulernen. Die Integrated Development Environment Eclipse (und auch andere professionelle Werkzeuge wie JBuilder oder IntelliJ) verwalten die Quellendateien in Projects (Projekte). Sie werden in diesem Kurs mehrerer Projekte entwickeln. Welche das sind, können Sie dem Kapitel 8.1 Kursprojekte entnehmen. 3.1 Anlegen eines Projekts in Eclipse Das Projekt Refresh soll Ihnen die grundlegende Bedienung von Eclipse zeigen. Es wird nur eine Klasse ZHalloWelt.java geben welche die Text Hallo Welt auf die Konsole ausgibt. Zum Anlegen des Projektes folgen Sie bitte den folgenden Screenshots: Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 8
Einarbeitung Schritt 4 Projekttyp auswählen Schritt 5 Java Project auswählen Schritt 6 Auswahl übernehmen Schritt 8 Standard abwählen Schritt 7 Projektname eingeben Schritt 9 Basisverzeichnis des Projekts eingeben Schritt 10 Projekt anlegen abschließen 9
Einarbeitung Schritt 11 Hier erscheint Ihr Projekt 10
Einarbeitung 3.2 Anlegen einer Klasse in Eclipse Schritt 1 Klick mit rechter Maustaste Schritt 2 Neu Schritt 3 Class 11
Einarbeitung Schritt 4 Package eingeben Schritt 5 Name der Klasse Schritt 6 main(...) Mathode erstellen Schritt 7 Klasse erstellen abschließen Hier steht Ihre Klasse: 12
Einarbeitung 3.2.1 Übung: ZHalloWelt Aufgabe: Erstellen Sie eine Klasse ZHalloWelt.java welche den Text Hallo Welt auf die Konsole ausgibt Lösung: 13
OOA 4 OOA 4.1 Objekte miteinander vergleichen 4.1.1 Die Methode equals() 4.2 Objekte sortieren 4.2.1 Das Interface java.util.comparable 4.2.2 Die Klasse java.util.array() 14
TCP Sockets 5 TCP Sockets 5.1 Grundlagen Die folgenden Unterkapitel sind der WWW-Seite http://www.e-online.de/sites/kom/ entnommen. 5.1.1 OSI-7-Schichtmodell OSI = Open System Interconnection(Offenes System für Kommunikationsverbindungen) Endsystem A Protokolle zwischen den Schichten Endsystem B 7 Anwendung Anwendung 7 6 Darstellung Darstellung 6 5 Sitzung Sitzung 5 4 Transport Transport 4 3 Vermittlung Vermittlung 3 2 Sicherung Sicherung 2 1 Bitübertragung Bitübertragung 1 Übertragungsmedium Das OSI-7-Schichtmodell ist ein Referenzmodell für herstellerunabhängige Kommunikationssysteme. Die Schichteneinteilung erfolgt mit definierten Schnittstellen. Einzelne Schichten können angepaßt oder ausgetauscht werden. Die Schichten 1..4 sind transportorientierte Schichten. Die Schichten 5..7 sind anwendungsorientierte Schichten. Das Übertragungsmedium ist nicht festgelegt. 15
TCP Sockets Bitübertragungsschicht Schicht 1 Physical Diese Schicht ist verantwortlich für den physikalischen Transport der Informationen oder Daten. Sie ist die elektrische, mechanische und funktionale Schnittstelle zum Übertragungsmedium. Das Übertragungsmedium ist jedoch kein Bestandteil der Schicht 1. Sicherungsschicht Schicht 2 Link Die Schicht 2 enthält Prozeduren zur Fehlererkennung, Fehlerbehebung und Datenflußkontrolle. Vermittlungsschicht Schicht 3 Network Diese Schicht steuert die zeitliche und logische getrennte Kommunikation zwischen den verschiedenen Endgeräten, unabhängig von Medium und Topologie. Transportschicht Schicht 4 Transport Diese Schicht stellt die Verbindung dar, zwischen den anwendungsorientierten Schichten und den transportorientierten Schichten. Sitzungsschicht Schicht 5 Session Diese Schicht organisiert den Dialog zwischen den Endsystemen. Sie enthält Steuerungsmechanismen für den Datenaustausch. Darstellungsschicht Schicht 6 Representation Diese Schicht wandelt die Daten für die Anwendungsschicht in ein geeignetes Format um. Diese Schicht wandelt die Daten von der Anwendungsschicht in ein geeignetes Format um. Anwendungsschicht Schicht 7 Application Diese Schicht stellt die Verbindung zu den unteren Schichten her. Auf dieser Ebene findet die Dateneingabe und -ausgabe statt. 16
TCP Sockets 5.1.2 TCP/IP TCP/IP ist eine Protokoll-Kombination, die die Schichten Transport und Vermittlung aus dem OSI- Schichtenmodell erfolgreich verbindet. Das Aufkommen des Internets hat zu einem ungeahnten Erfolg für TCP/IP verholfen. Es ist damit weltweit der Netzwerkstandard im LAN(Local Area Network) und im WAN(Wide Area Network). 5.1.2.1 TCP(Transmission Control Protocol) Das TCP hat die Aufgabe alle empfangene Datenpakete dem Sender zu bestätigen. Gleichzeitig muß jedes gesendete Datenpaket solange wiederholt gesendet werden, bis der Empfang bestätigt wurde. Die Programme und Protokolle oberhalb der Transportschicht können sich also fest auf die Übertragungsgarantie von TCP verlassen. Der Verwaltungsoverhead, der dabei entsteht bremst die Performance der Datenübertragung allerdings in erheblichen Maße aus. Jedes Datenpaket, das TCP verschickt, wird ein Header vorrangestellt, der die folgenden Daten enthält: Sender-Port Empfänger-Port Paket-Reihenfolge(Nummer) Prüfsummen Quittierungsnummer 5.1.2.2 IP(Internet Protocol) Das IP ist ein wichtiger Bestandteil in einem TCP/IP-basierenden Netzwerk. Es dient der Vermittlung, oder auch als Routing bekannt, von Datenpaketen im Netzwerk. Dazu haben alle Stationen und Endgeräte eine eigene, einzigartige Adresse im Netzwerk. Sie dient nicht nur zur Identifizierung, sondern auch zum Erkennen eines Teilnetzes, in dem eine Station zu finden ist. Der Header eines IP-Datenpaketes enthält folgende Einträge: IP-Version Paketlänge Lebenszeit Prüfsumme Senderadresse Empfängeradresse Die IP-Adresse ist 32 Bit groß/lang(nach IPv4). Sie ist in 4 Byte zerlegt und wird durch Punkte voneinander getrennt. Jedes Byte kann einen Wert von 0 bis 255 annehmen(xxx.xxx.xxx.xxx). Die IP-Adressen werden in 5 Klassen eingeteilt. In jeder Klasse haben die Netz-ID und die Host-ID unterschiedliche Gewichtungen. 17
TCP Sockets Klasse A (1.0.0.0 bis 127.255.255.255) 0 Netz-ID(7 Bit) Host-ID(24 Bit) Klasse B (128.0.0.0 bis 191.255.255.255) 1 0 Netz-ID(14 Bit) Host-ID(16 Bit) Klasse C (192.0.0.0 bis 223.255.255.255) 1 1 0 Netz-ID(21 Bit) Host-ID(8 Bit) Klasse D (224.0.0.0 bis 239.255.255.255) 1 1 1 0 Multicast-Gruppen-ID(28 Bit) Klasse E (240.0.0.0 bis 255.255.255.255) 1 1 1 1 0 Reserviert für zukünftige Anwendungen(27 Bit) Da die Stationen in einem Netzwerk unterschiedlich weit auseinanderliegen müssen mehrere Stationen von einem Datenpaket passiert werden, bis es am Ziel angekommen ist. Bei einer Weltreise(Internet) können schon mal 30 Stationen von einem Datenpaket zurückgelegt werden. 18
TCP Sockets 5.1.3 OSI-Schichtenmodell in der Netzwerktechnik Das ursprüngliche OSI-Schichtenmodell besteht aus 7 Schichten. Die Funktionen der einzelnen Schichten stellen der übergeordneten Schicht eine bestimmte Dienstleistung zur Verfügung. Die Aufgaben der einzelnen Schichten sind im OSI-Schichtenmodell erklärt. Das hier dargestellte und beschriebene OSI-Schichtenmodell ist stark vereinfacht und auf die Netzwerktechnik zugeschnitten. Dieses Schichtenmodell ist nicht vollständig oder endgültig. Es stellt die Sichtweise des Autors dar, die im folgenden beschrieben ist. Änderungen und Ergänzungen sind jederzeit erwünscht. Die vereinfachte Netzwerkansicht des OSI-Modells wird aus Anwendersicht erklärt. Deshalb wird mit den obersten Schichten begonnen. 19
TCP Sockets 5.1.4 Beschreibung der Datenverarbeitung In den Anwendungsschichten 5, 6 und 7 sind alle Protokolle definiert, auf dei alle Programme und Anwendungen direkt zugreifen. In der Windows-Netzwerkwelt stellt das SMB im Zusammenhang mit NetBIOS die Verbindung zur Übertragungsschicht her. Kommt ein Unix-Betriebssystem mit Windows in Kontakt wird der Dienst Samba genutzt, um Anwendungen Resourcen im Windows-Netzwerk auf dem Unix-Betriebssystem zur Verfügung zu stellen. Die Verbindung zwischen Anwendungs- und Übertragungsschicht wird über Ports von TCP hergestellt. Anwendungen und Dienste identifizieren ihre Daten über diese Ports. Der Datenstrom wird von dem verbindungsorientierten Transport-Protokoll TCP oder dem verbindungslosen Transport-Protokoll UDP in Pakete verpackt. Die Protokolle IP und ICMP übernehmen die Adressierung der Pakete. Der Bitstrom wird an den NDIS weitergeleitet, der mit dem Treiber für die Netzwerkkarte spricht. Erst der Treiber schickt die Daten an die Netzwerkkarte(NIC). Von dort gehen die Daten im Netzwerk auf die Reise. Bei ankommenden Daten gehen sie den umgekehrten Weg wieder zurück. 5.1.5 Beschreibung des Verbindungsaufbaus Innerhalb der Anwendungsschicht dient die URL(Universal Ressource Locator), in Windows- Netzwerken der NetBIOS-Name des Computers, zur Identifikation eines Computers und den Diensten, die darauf gestartet sind. Zur Auflösung der Url zur IP-Adresse dient die Datei hosts, in der alle Urls und IP-Adressen aufgelistet sind. Da es zu viele Urls gibt, wurde das DNS(Domain Name System) eingeführt, das hierarchisch aufgebaut ist. Die sogenannten DNS-Server sind in der Lage unbekannte DNS-Namen beim übergeordneten DNS-Server zu erfragen. Im Windowsnetzwerk dient die Datei lmhosts oder der WINS zur Auflösung von NetBIOS-Namen in IP-Adressen. Ist die IP-Adresse der Übertragungsschicht aufgelöst, dann wird das ARP(Address Reasolution Protocol) verwendet, um auch diese in eine MAC-Adresse(Media Access Control) der Netzwerkkarte(Physikalische Schicht) aufzulösen. ARP arbeitet auf der Basis von Broadcasts, die das ganze Netzwerk belasten können. Die MAC-Adresse ist die einzige definitive Adresse, anhand der man einen Computer im Netzwerk sicher identifizieren kann. Die MAC-Adresse ist fest auf einer Netzwerkkarte eingestellt, und läßt sich nicht ändern. 20
Remote Method Invocation 6 Remote Method Invocation 7 Servlets 21
Anhang 8 Anhang 8.1 Kursprojekte 8.1.1 Refresh ProjektName Refresh Ziel Kennenlernen der Entwicklungsumgebung Wiederholen der Grundlagen Package de.vhsdillingen.javanet.refresh Verwendung Enthält Klassen die zur Einarbeitung erstellt werden. 8.1.2 OOA ProjektName OOA Ziel Wiederholung Interfaces Kennenlernen der Interfaces Comparator und Comparable Package de.vhsdillingen.javanet.ooa Verwendung Enthält Klassen die zur Einarbeitung erstellt werden. 8.1.3 RMIDemo ProjektName RMIDemo Ziel Kennenlernen der RMI (Remote Method Invocation) Package de.vhsdillingen.javanet.rmidemo Verwendung 8.1.4 TCPSockets ProjektName Package de.vhsdillingen.javanet.chatdemo ChatDemo 22
8.1.5 DaytimeServer ProjektName Package de.vhsdillingen.javanet.chatdemo ChatDemo Anhang 8.1.6 WebAddress ProjektName WebAddress Ziel Installieren des Webservers JigSaw WebServer-Grundlagen Kennenlernen von Servlets Package de.vhsdillingen.javanet.webaddress Verwendung 23
Anhang 8.2 Fachliteratur Titel Autor Verlag ISBN JAVA Network Programming Elliotte Rusty Harold O REILLY 1-56592-870-9 JAVA Examples in a Nutshell David Flanagan O REILLY 1-56592-371-5 JAVA Security Scott Oaks O REILLY 1-56592-403-7 8.3 WEB-Addressen Adresse http://www.josil.de/java1.html http://www.eclipse.org/ http://java.sun.com/ Bemerkung Free Java Training And Tutorials Eclipse IDE Homepage Sun s Java Homepage 8.4 Abkürzungen Abkürzung CORBA IDE RMI Bedeutung Common Object Request Broker Architecture Ähnlich wie RMI aber nicht auf Java beschränkt. Itegrated Development Environment Integrierte Entwicklungsumgebung Remote Method Invocation Spezielle Java Technik zum Aufruf von Objekten auf Servern 24
Anhang 8.5 Bezeichnungen der Netzwerktechniken 10Base5 10Base5 ist eine Methode, Ethernet mit einer Bandbreite von 10 Mbit/s über Koax-Kabel zu betreiben(thick Ethernet). Die maximale Kabellänge eines Segments beträgt 500 Meter. Die beiden Kabelenden müssen mit Endwiderständen von 50 Ohm abgeschlossen werden. Pro Segment dürfen 100 Endgeräte angeschlossen werden. Die jeweiligen Stickleitungen dürfen dabei nicht länger als 50 Meter lang sein. 10Base2 (IEEE 802.3) 10Base2 ist eine Methode Ethernet mit einer Bandbreite von 10 MBit/s über Koax-Kabel zu betreiben(thin Ethernet). Die Maximale Kablelänge eines Segmentes beträgt 185 Meter. Die beiden Kabelenden müssen mit Endwiderständen von 50 Ohm abgeschlossen werden. Das Netzwerkabel wird direkt von Workstation zu Workstation geführt. Stickleitungen von der Netzwerkkarte zum Kabelstrang sind nicht zulässig. Das nachträgliche Anfügen zusätzlicher Workstations erfordert die kurzzeitige Unterbrechung des Netzwerks. Pro Segment können maximal 30 Geräte angeschlossen werden. 10BaseT (IEEE 802.3) 10BaseT ist ein Ethernet-Netzwerk(mit 10 MHz) in dem alle Stationen über UTP-Kabel(Twisted Pair) stern- oder baumförmig an einem zentralen Hub angeschlossen sind. Über Crossover-Kabel ist es möglich zwei Stationen oder Hubs direkt miteinander zu verbinden. Bei mehr als zwei Stationen ist jedoch zwingend ein Hub notwendig. Die maximale Kabellänge zwischen Station und Hub beträgt maximal 100 Meter. Als Anschlußtechnik kommt die RJ45-Technik(breite Western-Stecker, 8polig) zum Einsatz. Der Standard ist im IEEE 802.3i festgelegt. FOIRL FOIRL(Fiber Optic Inter-Repeater Link) ist eine Methode, um Ethernet-Repeater mit 10 Mbit/s Bandbreite mit Glasfaserkabel zu verbinden. Dabei nutzt man die Vorteile der Glasfaser hinsichtlich Störanfälligkeit und EMV. Die maximale Länge der Verbindung beträgt 1 Kilometer. 10BaseFB Diese Verkabelung ermöglicht eine effizientere Kommunikation der Repeater(über 4) untereinander auf normalen FOIRL-Kabel. 10BaseFB ist unter IEEE 802.3.17 beschrieben. 10BaseFL 10BaseFL definiert den Anschluß einer Workstation an einen Hub über Glasfaserkabel mit 10 MBit/s. Die maximale Länge des Kabels beträgt 2 Kilometer. 10BaseFL ist unter IEEE 802.3.18 beschrieben. 10BaseFB 10BaseFB ermöglicht den Anschluß mehrerer Geräte über Glasfaserkabel an einen passiven Hub. 10BaseFB ist unter IEEE 802.3.16 beschrieben. 100BaseT (IEEE 802.3u) 100BaseT ist die allgemeine Bezeichnung für Ethernet mit 100 MBit/s. Die Stationen sind über UTP-Kabel der Kategorie 5 sternförmig an einen Hub angeschlossen. Die maximale Länge der Kabel beträgt 100 Meter. 25
100BaseT4 100BaseT4 ermöglicht Ethernet mit einer Bandbreite von 100 MBit/s über UTP-Kabel der Kategorie 3 zu betreiben. Der Unterschied zur normalen Ethernet-Verkabelung, ist die Verwendung aller Adernpaare. 100BaseFx 100BaseFx ist eine Methode für den Einsatz von Ethernet mti 100 MBit/s über Multimode- Glasfaserkabel. Diese Methode ist ähnlich wie FDDI spezifiziert. Anhang 100BaseVG 100VG-AnyLAN ist die Bezeichnung einer Entwicklung von IBM und HP. In dieser Technik ist die Token-Ring-Technologie für ein 100 MBit-Netzwerk vereint. VG-AnyLAN ist unter IEEE 802.12 beschrieben. 26
Anhang 8.6 Well Known Ports Port number Protocol 13 Daytime 20 ftp-data 21 ftp (File Transfer Protocol) 22 ssh (Secure SHell) 23 telnet (Terminal EmuLation over NETworks) 25 smtp (Simple Mail Transfer Protocol) 43 who is 50 esp (Encapsulated Security Payload) 53 dns (Domain Name System/Service) 65 tacacs (Terminal Access Controller Access Control System) 67 bootps (BOOTstrap Protocol Server) 68 bootpc (BOOTstrap Protocol Client) 69 tftp (Trivial File Transfer Protocol) 79 finger (Finger User Information Protocol; RFC1288) 80 http (HyperText Transport Protocol) 88 kerberos 110 pop3 (Post Office Protocol version 3) 119 nntp (Network News Transfer Protocol) 123 ntp (Network Time Protocol) 137 netbios-ns (NETBIOS Name Service) 138 netbios-dgm (NETBIOS Datagram Service) 139 netbios-ssn (NETBIOS Session Service) 143 imap (Internet Message Access Protocol) 161 snmp (Simple Network Management Protocol) 162 snmptrap (Simple Network Management Protocol TRAP) 163 cmip-man (Common Management Information Protocol MANager) 164 cmip-agent (Common Management Information Protocol Agent) 177 xdmcp (X Display Manager Control Protocol) 179 bgp (Border Gateway Protocol) 194 irc (Internet Relay Chat protocol) 389 ldap (Lightweight Directory Access Protocol) 443 https (HyperText Transfer Protocol Secure) 27