Les Sockets et Java

Cours réseaux Essi2

Anne-Marie Déry

Sockets ?

Outil de communication pour échanger des données entre un client et un serveur

Canaux de communication (descripteur d’entrée sortie dans lesquels on écrit et sur lesquels on lit)

Architecture client serveur

Mode de communication qu’un hôte établit avec un autre hôtequi fournit un service quelconque

applicationopération

Client

Serveur

Send request

Send reply

« protocole d’application » 

Exemples d ’applications

ClassiquesServeur de MessagesServeur de news SocketsServeur de fichiers

Applications distribuées RMIRéservation de voyagesServeurs de vente

Composants distribués…. EJBs

Besoins d’une application Client-Serveur

Similitudes avec un appel téléphonique via un standard

1. Trouver l’adresse du serveur : trouver le no de téléphone de l’entreprise2. Demander un service spécifique : s’adresser à un service ou une personne précise de l’entreprise (no de poste)3. Faire la requête 4. Obtenir une réponse

Adresse d’un serveur ?Identification d’un service ?

Un peu de vocabulaire

Client : entité qui fait l ’appelSockets : moyen de communication entre ordinateursAdresses IP : adresse d’un ordinateurServeur : entité qui prend en charge la requêteServeur de noms (DNS) : correspondances entre noms logiques et adresses IP (Annuaire)Port : canal dédié à un serviceProtocole :langage utilisé par 2 ordinateurs pour communiquer entre eux

Adresse Internet et Port

Adresse internet attribuée à chaque nœud du réseausérie d ’octets dont la valeur dépend du type de réseauassociée à un nom logique (Domain Name Server)

Chaque hôte possède environ 65535 ports

Port canal dédié à un service spécifique80 pour le service http25 pour le service SMTPTCP implique une file d’attente par connexionUDP implique une file d’attente unique pour le port

Exemples d ’adresses Internetypcat hosts sur SUN

157.169.9.15 oscar.essi.fr oscar157.169.20.5 accueil.essi.fr accueil157.169.20.4 compta.essi.fr compta157.169.25.201 www-local.essi.fr www-local157.169.10.222 pcprofs.essi.fr pcprofs157.169.4.50 ada.essi.fr ada157.169.10.120 macserver.essi.fr macserver157.169.10.240 demo.essi.fr demo157.169.1.20 bibli.essi.fr bibli157.169.25.110 sfe-srv.essi.fr sfe-srv sfe157.169.1.153 bde.essi.fr bde157.169.3.204 niv1a.essi.fr niv1a157.169.1.155 dessi.essi.fr dessi157.169.10.2 jessica.essi.fr jessica print2

Exemples d ’adresses

157.169.25.200 news-srv.essi.fr news-srv www.essi.fr www-srv.essi.fr news134.59.132.21 dolphin.unice.fr157.169.10.1 essi2.essi.fr loghost essi2

Essi : 157.169I3S: 134.59serveurs : 25Administration : 1…….

Ports réservés

TCPServeur FTP : 21Serveur Telnet : 23Serveur SMTP : 25

UDPAgent SNMP : 161Logger SNMP : 162Serveur rwhod : 513

Serveur multi processus Applications transactionnelles

1 à 1024 services fondamentaux (administrateurs)(sous unix cf. le fichier /etc/services)1025 à 5000 disponibles pour les utilisateurs

Plus précisément un socket

Plusieurs types de sockets :pour la communication inter processus classiquepour communication réseau en mode datagrammepour communication réseau en mode connecté

une machine joue le rôle du serveur et une autre(ou plusieurs) pour le client

Scénario d’un serveur

Création d ’un paquet d ’entréeAttente de données en entréeRéception des données en entrée et calculCréation d’un paquet de sortieEnvoi de la réponse

Fermer le socket d ’entrée

Créer le socket d ’entrée

Scénario d’un client

Créer un paquet de sortieEnvoyer une requête Créer un paquet d ’entréeAttendre des données en entrée Recevoir les données et les traiter

Fermer le socket d ’entrée

Créer le socket d ’entrée

Sockets (Communication Client serveur)

Serveur connecte le client sur un nouveau no de portet reste en attente sur le port original

Client et serveur communiquent en écrivant et lisant sur un socket

Serveur est à l’écoute des requêtes sur un port particulierUn client doit connaître l’hôte et le port sur lequel le serveur écoute. Le client peut tenter une connexion au serveur

Serveurs actifs

Activation manuelle peu recommandéeUtilisation de Inetd sous UNIX

Serveur particulier (démon) attend pour les autresserveurs

fichier de configuration : /etc/inetd.conffichier /etc/services

Contexte : modèle OSI

Couches Transports : Transmission Control ProtocolUser Datagram Protocol

Couche communication : Internet Protocol

Mode connecté vs mode non connecté

rester en ligne pour demander plusieurs services ou rappeler l’entreprise pour chaque nouvelle requête

Sockets en Java ?

BSD sockets UNIXau dessus de TCP ou UDP

En Java toutes les classes relatives aux socketssont dans le package java.net

Une infrastructure puissante etflexible pour la programmation réseau

Le Package net

Des Exceptions Des entrées Sorties Des Sockets …...

Plusieurs hiérarchies de classes

Des types de Sockets

ServerSocket

HttpAwareServerSocket

DatagramSocket

MulticastSocket

Socket

HttpSendSocket WrappedSocket

Object

Des exceptions

Exception

IOException

SocketException ProtocolException UnknownHostException UnknownServiceException

BindException ConnectException

Des Entrées Sorties

Object

InputStream

FileInputStream

SocketInputStream

OutputStream

FileOutputStream

SocketOutputStream

Autres Classes

Object

InetAdress DatagramPacket SocketImpl

PlainSocketImpl

Programmation en Java

Les opérations de base Un exemple : le service SMTP Un serveur d’Echo Aperçus des autres types de communication

– Plusieurs Clients gérés simultanément ( ligne non occupée)

– Client Serveur dataGram

– Communication Broadcast (réunion téléphonique)

Java.net.InetAddress : nommage

La classe InetAddress

2 constructeurs : un par défaut qui crée une adresse vide (cf la méthode accept sur Socket)

un qui prend le nom de la machine hôte et l’adresse IP de la machine.Des accesseurs en lecture : pour récupérer l’adresse IP d’une machine (getByName, getAllByName), des informations sur lamachine hôte (getLocalHost, getLocalAddress, getLocaName)Des comparateurs : égalité (equals) et type d’adresse (isMulticastAddress)…..

TCP et Sockets

2 classes : Socket et ServerSocket (java.net package)

Flot de requêtes du client vers le serveur

applicationopération

Client

Serveur

Ouvrir connexionreq1req2req3

reqn

Fermer la connexion

TCP et SocketsLa classe Socket :

une batterie de constructeurs : par défaut,no de port + adresse / nom de machine et service distante,+ no de port + adresse locale,créent un socket en mode Stream ou DataGramme

des accesseurs en lecture : no de port et adresse à laquelle il est connecté, no de port et adresse à laquelle il est lié, input et output Stream associés (getPort, getInetAddress, getLocalPort, getLocalAddress, getInputStream, getOutputStream…)

des méthodes : close...

TCP et SocketsLa classe ServerSocket

des constructeurs : par défaut,no de port associé, + taille de la liste de clients en attente +adresse...

des accesseurs en lecture : no de port sur lequelle socket écoute, adresse à laquelle il est connecté (getPort, getInetAddress, …)

des méthodes : accept pour accepter une communication avec un client, close...

Un socket : une entrée sortie dédiée au réseau

Gestion similaire des entrées sorties standard (écran, clavier) etdes fichiers

En sortie (ex. System.out) : java.io.PrintStream (ou PrintWriter)utilise un flot dirigé vers une sortie java.io.OutputStream

En entrée (ex. System.in) : java.io.InputStream

Comment ouvrir un socket ?

Dans un client Socket MyClient; try { MyClient = new Socket("Machine name", PortNumber); } catch (IOException e) { System.out.println(e); }

Machine name : machine à laquelle on veut se connecter PortNumber port sur lequel tourne le serveur (> 1023)

Dans un serveur ?

ServerSocket MyService; try { MyServerice = new ServerSocket(PortNumber); } catch (IOException e) {System.out.println(e);}

Création d’un objet socket pour écouter et accepter les connexions des clients

Socket clientSocket = null; try { ServiceSocket = MyService.accept();} catch (IOException e) {System.out.println(e); }

Comment créer un Input Stream ?

Côté client : pour recevoir une réponse du serveur

try {input = new DataInputStream(MyClient.getInputStream());}catch (IOException e) {System.out.println(e);}

DataInputStream : lire des lignes de texte, des entiers, desdoubles,des caractères... ( read, readChar, readInt, readDouble, and readLine,. )

Côté Serveur

pour recevoir les données d’un client

DataInputStream input;:try { input = new DataInputStream(serviceSocket.getInputStream()); }catch (IOException e) {System.out.println(e);}

Comment créer un Output Stream?

Côté client : pour envoyer une information au serveur (PrintStream ou DataOutputStream)

PrintStream output;try {output = new PrintStream(MyClient.getOutputStream;}catch (IOException e) {System.out.println(e);}

PrintStream pour afficher des valeurs des types de base(write et println)

…..

Côté Serveur

Pour envoyer des informations au clientPrintStream output; try {output = new PrintStream(serviceSocket.getOutputStream()); } catch (IOException e) {System.out.println(e);}

DataOutputStream : écrire des types de données primitifs; (writeBytes…)output=new DataOutputStream(serviceSocket.getOutputStream());

Autres entrées sorties

echoSocket = new Socket( "jessica", 7); out = new PrintWriter(echoSocket.getOutputStream(), true); in = new BufferedReader(new InputStreamReader( echoSocket.getInputStream()));

Comment fermer un socket ?

Fermer les output et input stream avant le socket. Côté client

output.close(); input.close(); MyClient.close();Côté serveur output.close(); input.close(); serviceSocket.close(); MyService.close();

Comment écrire un client ?

Toujours 4 étapesOuvrir un socket.

Ouvrir un input et un output stream sur le socket. Lire et écrire sur le socket en fonction du protocole du serveur. Effacer Fermer

Seule l’étape 3 change selon le serveur visé

Client SMTP (Simple Mail Transfer Protocol),

import java.io.*; import java.net.*; public class smtpClient { public static void main(String[] args) { Socket smtpSocket = null; // le socket client DataOutputStream os = null; // output stream DataInputStream is = null; // input stream try { smtpSocket = new Socket("hostname", 25); os = new DataOutputStream(smtpSocket.getOutputStream()); is = new DataInputStream(smtpSocket.getInputStream()); } catch (UnknownHostException e) { System.err.println("Don't know about host: hostname"); } catch (IOException e) { System.err.println("Couldn't get I/O for the connection to: hostname"); }

Le protocole SMTP, RFC1822/3

if (smtpSocket != null && os != null && is != null) { try{os.writeBytes("HELO\n"); os.writeBytes("MAIL From: pinna@essi.fr\n"); os.writeBytes("RCPT To: pinna@essi.fr\n"); os.writeBytes("DATA\n"); os.writeBytes("From: pinna@essi.fr\n"); os.writeBytes("Subject: Qui est là ?\n"); os.writeBytes("Vous suivez toujours ?\n"); // message os.writeBytes("\n.\n"); os.writeBytes("QUIT");

SMTP

// attente de "Ok" du serveur SMTP, String responseLine; while ((responseLine = is.readLine()) != null) { System.out.println("Server: " + responseLine); if (responseLine.indexOf("Ok") != -1) {break;}} os.close(); is.close(); smtpSocket.close(); } catch (UnknownHostException e) { System.err.println("Trying to connect to unknown host: " + e); } catch (IOException){ System.err.println("IOException: " + e);} } } }

.

Serveur Echo

Un serveur similaire à echo ( port 7). Reçoit un texte du client et le renvoie identiqueLe serveur gère un seul client.

Déclarations

import java.io.*; import java.net.*;public class echo3 { public static void main(String args[]) { ServerSocket echoServer = null; String line; DataInputStream is; PrintStream os; Socket clientSocket = null; try { echoServer = new ServerSocket(9999);} catch (IOException e) {System.out.println(e); }

try { clientSocket = echoServer.accept(); is = new DataInputStream(clientSocket.getInputStream()); os = new PrintStream(clientSocket.getOutputStream()); while (true) { line = is.readLine(); os.println(line); } } catch (IOException e) { System.out.println(e);} } }

Plusieurs clients

application

Clientn

ServeurOuvrir connexion

application

Client1

application

Client2 S1

S2

Sn

Plusieurs Clients

Utiliser des threads pour accepter plusieurs clients simultanément.

Le serveur gère un thread par client

Thread constructeurstart

run

Quelques mots sur les Threads

Un thread permet l’exécution d’un programme. Une application peut avoir de multiples threads qui s ’exécutentconcurremment (Chaque thread a une priorité). Chaque thread a un nom. Plusieurs threads peuvent avoir lemême. Le nom est généré si non spécifié. Il y a 2 façons de créer un nouveau thread d’exécution.

déclarer une sous classe de Thread et surchargerla méthode run. Une instance de la sous classe peut alorsêtre allouée et démarrer.

déclarer une classe qui implémente Runnable et doncla méthode run. Une instance de la classe peut être allouée, passée comme argument à la création d’un threadet démarrée.

Un thread qui calcule des primes

class PrimeThread extends Thread { long minPrime; PrimeThread(long minPrime) { this.minPrime = minPrime; } public void run() { // compute primes larger than minPrime . . . } }

PrimeThread p = new PrimeThread(143); p.start();

Version2

class PrimeRun implements Runnable { long minPrime; PrimeRun(long minPrime) { this.minPrime = minPrime; } public void run() { // compute primes larger than minPrime . . . } }

PrimeRun p = new PrimeRun(143); new Thread(p).start();

Datagrammes UDP et Sockets

2 classes : DatagramPacket et DatagramSocket

Datagramme = un message indépendant envoyé sur le réseau arrivée, temps d’arrivée et contenu non garantis

packages d’implémentation de communication via UDP de datagrammes

Exemple

Un serveur de citation qui écoute un socket type datagram et envoie une citation si le client le demandeUn client qui fait simplement des requêtes au serveur

ATTENTION Plusieurs firewalls et routeurs sont configurés pour interdire le passage de paquets UDP

Envoi de datagrammes

applicationopération

Client

Serveur

req1rep1

reqnrepn

Classe DatagramSocket

Des constructeurs : par défaut, + no port + Adresse Inet

Des accesseurs en lecture : adresse à laquelle le socket est lié, est connecté, le no port auquel il est lié, connecté, taille du buffer reçu ou envoyé (getInetAddress, getLocalAddress, getPort, getLocalPort, getReceivedBufferSize, getSendBufferSize…)

Des méthodes : pour se connecter à une adresse, pour sedéconnecter, pour envoyer un paquet datagramme, pour un recevoir un paquet datagramme (connect, disconnect, send, receive)

Classe DatagramPacket

Des constructeurs : buffer + longueur de buffer + adresse destination + port…

Des accesseurs en lecture : adresse à laquelle le paquet est envoyé, le no port à laquelle le paquet est envoyé, la donnée transmise (getAddress, getPort, getData, getLength…)

Une Application Client Serveur

Le serveur reçoit en continu des paquets mode datagramme sur un socketun paquet reçu = une demande de citation d’un client le serveur envoie en réponse un paquet qui contient

une ligne "quote of the moment"

L’application cliente envoie simplement un paquetdatagramme au serveur indiquant qu’il souhaiterecevoir une citation et attend en réponse un paquetdu serveur.

La classe QuoteServer

import java.io.*;public class QuoteServer { public static void main(String[] args) throws IOException { new QuoteServerThread().start(); } }

la classe QuoteServerThread implémente toute la logique du serveur.

La classe QuoteServerThread

public QuoteServerThread() throws IOException { this("QuoteServer"); }public QuoteServerThread(String name) throws IOException { super(name); socket = new DatagramSocket(4445);Création d’un DatagramSocket sur le port 4445 qui permet au serveurde communiquer avec tous ces clients

try { in = new BufferedReader(new FileReader("one-liners.txt")); } catch (FileNotFoundException e) System.err.println("Couldn't open quote file. " + "Serving time instead."); } } Le constructeur ouvre aussi un BufferedReader sur un fichier qui contientune liste de citations ( une citation par ligne)

La méthode RUNimplémentation du threadcontient une boucle qui tant qu’il y a des citations dans le fichierattend l’arrivée d ’un DatagramPacket correspondant à une requête client sur un DatagramSocket.

Byte[] buf = new byte[256];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);socket.receive(packet);

En réponse une citation est mise dans un DatagramPacket et envoyée sur leDatagramSocket au client demandeur.

String dString = null;if (in == null) dString = new Date().toString();else dString = getNextQuote();buf = dString.getBytes();InetAddress address = packet.getAddress();

int port = packet.getPort(); packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, port); socket.send(packet);

Suite

Adresse Internet + numéro de port (issus du DatagramPacket )= identification du client pour que le serveur puisse lui répondre

L’arrivée du DatagramPacket implique une requête ->contenu du buffer inutile

Le constructeur utilisé pour le DatagramPacket : un tableau d’octets contenant le message et la taille du tableau

+ L’adresse Internet et un no de port.

Lorsque le serveur a lu toutes les citationson ferme le socket de communication. socket.close();

La classe QuoteClient

envoie une requête au QuoteServer, attend la réponse et affiche la réponse à l’écran.

Variables utilisées : int port; InetAddress address; DatagramSocket socket = null; DatagramPacket packet; byte[] sendBuf = new byte[256];Le client a besoin pour s ’exécuter du nom de la machine sur laquelle tourne le serveurif (args.length != 1) { System.out.println("Usage: java QuoteClient <hostname>"); return; }

La partie principale du main

Création d ’un DatagramSocketDatagramSocket socket = new DatagramSocket();

Le constructeur lie le Socket à un port local libre Le programme envoie une requête au serveur

byte[] buf = new byte[256];InetAddress address = InetAddress.getByName(args[0]);DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length,

address, 4445); socket.send(packet);

Ensuite le client récupère une réponse et l’affiche

Multicasr

application

Clientn

Serveur

application

Client1

application

Client2

Gr

Exemple de multicast

Un serveur de citation qui envoie une citation toutes les minutes à tous les clients qui écoutent (multicast)

Classe MulticastServer

Des constructeurs : par défaut, port à utiliser

Des accesseurs en lecture : adresse du groupe (getInterface…)

Des méthodes : pour envoyer un paquet datagramme, pour joindre ou quitter un groupe (send, joinGroup, leaveGroup)

Broadcast: MulticastSocket

Type de socket utilisé côté client pour écouter des paquets quele serveur « broadcast » à plusieurs clients. .

Une extension du QuoteServer : broadcast à intervalle régulier à tous ses clients

Le serveur a un nouveau nom et crée un MulticastServerThreadqui contient le cœur du serveur.

import java.io.*; public class MulticastServer { public static void main(String[] args) throws IOException { new MulticastServerThread().start(); } }

public class MulticastServerThread extends QuoteServerThread { ... }

utilisation du constructeur par héritage et héritage de variables et de la méthode getNextQuote

Une nouvelle méthode RUNpublic void run() { while (moreQuotes) { try { byte[] buf new byte[256]; // don't wait for request...just send a quote

String dString = null; if (in == null) dString = new Date().toString(); else dString = getNextQuote(); buf = dString.getBytes(); InetAddress group = InetAddress.getByName("230.0.0.1"); DatagramPacket packet; packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, group, 4446); socket.send(packet);

try {sleep((long)Math.random() * FIVE_SECONDS); } catch (InterruptedException e) { } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); moreQuotes = false;} } socket.close();}

Différences principales

Le DatagramPacket est construit à partir de de « l’adresse de plusieurs clients »

L ’adresse et le no de port sont câblés

no de port 4446 (tout client doit avoir un MulticastSocket lié à ce no). L’adresse InetAddress "230.0.0.1" correspond à un identificateur de groupe et non à une adresse Internet de la machine d’un client

Le DatagramPacket est destiné à tous les clients qui écoutent le port 4446 et qui sont membres du groupe "230.0.0.1".

Un nouveau Client

Pour écouter le port 4446, le programme du client doit créer son MulticastSocket avec ce no. Pour être membre du groupe "230.0.0.1" le client adresse la méthode joinGroup du MulticastSocket avec l’adresse d’identification du groupe.

Le serveur utilise un DatagramSocket pour faire du broadcast à partirde données du client sur un MulticastSocket. Il aurait pu utiliser aussiun MulticastSocket. Le socket utilisé par le serveur pour envoyer leDatagramPacket n’est pas important. Ce qui est important pour lebroadcast est d’adresser l’information contenue dans le DatagramPacket, et le socket utilisé par le client pour l’écouter.

MulticastSocket socket = new MulticastSocket(4446); InetAddress group = InetAddress.getByName("230.0.0.1"); socket.joinGroup(group);

DatagramPacket packet; for (int i = 0; i < 5; i++) { byte[] buf = new byte[256]; packet = new DatagramPacket(buf, buf.length); socket.receive(packet);

String received = new String(packet.getData()); System.out.println("Quote of the Moment: " + received); } socket.leaveGroup(group);

socket.close();

Synthèse

Client Serveur

TCP aSocket aServerSocketconnecté write read

read write

UDP aDatagramSocket aDatagramSocketnon connecté send receive

receive send

Broadcast aMulticastSocket aDatagramSocket/aMulticastSocket

receive send

I/O Stream I/O Stream

aDatagramPacket

Définir un nouveau type de socketPourquoi ?

Préparer les données avant de les envoyerPréparer les données reçues

ExempleJava RMI Sockets spécialisées (marshalling et unmarshalling)

Images : Compression et Décompression

Comment ?En spécialisant les classes de base

Comment Définir un nouveau type de Sockets

La classe CompressionSocket et ses classes relatives4 étapes

1. Etendre java.io.FilterOutputStream pour créer un output stream pour ce type de Socket. Surcharge de méthodes si nécessaire. 2. Etendre java.io.FilterInputStream 3. Etendre java.net.Socket . Implémenter les constructeurs appropriés et surchargergetInputStream, getOutputStream et close. 4. Etendre java.net.ServerSocket Implémenter le constructeur et surcharger acceptpour créer un socket du bon type.

Conclusion

Une large bibliothèque pour traiter les sockets et différents types de communication entre Clients et Serveurs dans Java

Une extension naturelle par abstraction à l’appel de méthodes à distance - Java RMI

et une normalisation Corba avec l’intégration d’un ORB

et maintenant les EJB : Entreprise Java Beanset JINI …..