Основы создания сетевых приложений

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Основы создания сетевых приложений

Содержание

2. План лекции Протоколы транспортного уровня Сокеты Использование сокетов на Java Класс URL и его использование
3. Модель OSI Уровень приложений (layer 7, data) Уровень представления (layer 6, data) Сеансовый уровень (layer 5,
4. Инкапсуляция пакета
5. Передача сообщения по сети Сообщение состоит из заголовка и данных Для каждого следующего уровня сообщение предыдущего
6. Transmission Control Protocol TCP – основанный на соединениях протокол, обеспечивающий надежную передачу данных между двумя компьютерами,
7. User Datagram Protocol UDP – не основанный на соединениях протокол, реализующий пересылку независимых пакетов данных, называемых
8. Основные характеристики TCP и UDP
9. Модель «Клиент-сервер» Порядок работы Каждая из сторон виртуального соединения называется «сокет» (socket) Приложение-сервер инициализируется при запуске
10. Понятие порта Компьютер (обычно) имеет только одно физическое соединение с сетью Соединение описывается, например, IP-адресом (32
11. Понятие порта Сокет привязывается к порту Порт описывается 16-битным числом Порты 0-1023 зарезервированы
12. Интерфейс сокетов В 80-ых годах американское правительственное агентство по поддержке исследовательских проектов (ARPA), финансировало реализацию протоколов
13. Связь с файловой системой Интерфейс сокетов – через системные вызовы UNIX Системные вызовы ввода-вывода UNIX выглядят
14. Проблемы сетевого ввода/вывода Модель клиент-сервер не соответствует системе ввода-вывода UNIX Не умеют устанавливать соединения Используется фиксированный
15. Абстракция сокета Сетевое соединение – это процесс передачи данных по сети между двумя компьютерами или процессами
16. Абстракция сокета Связь между двумя сокетами может быть ориентированной на соединение Связь между двумя сокетами может
17. Абстракция сокета
18. А что же на Java? Сокеты инкапсулированы в экземпляры специальных классов Все низкоуровневое взаимодействие скрыто от
19. Пакет java.net Адресация Установление TCP-соединения Передача/прием дейтаграмм через UDP Обнаружение/идентификация сетевых ресурсов Безопасность: авторизация / права
20. Адресация IP-адресация Адрес сокета
21. Методы класса InetAddress public static InetAddress getLocalHost(); создает объект класса для текущего локального узла public static
22. Общая схема соединения
23. Класс Socket Реализует клиентский сокет и его функции Конструкторы Socket() Socket(InetAddress address, int port) Socket(InetAddress address,
24. Порядок работы с клиентским сокетом Открытие сокета Открытие потока ввода и/или потока вывода для сокета Чтение
25. Пример клиента public class EchoClient { public static void main(String[] args) throws IOException { Socket echoSocket
26. Пример клиента ... BufferedReader stdIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); String userInput; while ((userInput = stdIn.readLine()) !=
27. Класс ServerSocket Реализует серверный сокет и его функции Конструкторы ServerSocket() ServerSocket(int port) ServerSocket(int port, int backlog)
28. Создание серверного сокета try { serverSocket = new ServerSocket(4444); } catch (IOException e) { System.out.println( "Could
29. Сервер параллельной обработки запросов Стадия 1 Установление соединения клиент-сервер Стадия 2 Сервер параллельной обработки передает управление
30. Дейтаграммы Дейтаграмма – независимое, самодостаточное сообщение, посылаемое по сети, чья доставка, время (порядок) доставки и содержимое
31. Класс DatagramPacket Экземпляры класса являются прототипами дейтаграмм-сообщений Конструкторы DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address,
32. Класс DatagramSocket Экземпляры являются не ориентированными на соединение сокетами Конструкторы DatagramSocket() DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) И
33. Передача дейтаграмм
34. Uniform Resource Locator URL – адрес ресурса в Интернет Имя протокола Протокол, используемый для связи Имя
35. Прямое чтение из URL import java.net.*; import java.io.*; public class URLReader { public static void main(String[]
36. Чтение из URL-соединения import java.net.*; import java.io.*; public class URLConnectionReader { public static void main(String[] args)
37. Запись в URL-соединение import java.io.*; import java.net.*; public class Reverse { public static void main(String[] args)
38. Запись в URL-соединение URLConnection connection = url.openConnection(); connection.setDoOutput(true); PrintWriter out = new PrintWriter( connection.getOutputStream()); out.println("string=" +
39. Спасибо за внимание!
41. Скачать презентацию

Слайд 2

План лекции
Протоколы транспортного уровня
Сокеты
Использование сокетов на Java
Класс URL и его использование

Слайд 3

Модель OSI
Уровень приложений (layer 7, data)
Уровень представления (layer 6, data)
Сеансовый уровень (layer 5, data)
Транспортный

уровень (layer 4, segment)
Сетевой уровень (layer 3, packet)
Уровень соединения (layer 2, frame)
Физический уровень (layer 1, bit)

Слайд 4

Инкапсуляция пакета

Слайд 5

Передача сообщения по сети
Сообщение состоит из заголовка и данных
Для каждого следующего

уровня сообщение предыдущего уровня представляется как единое целое
На физическом уровне сообщение содержит информацию всех семи уровней, кодируется и передается получателю

Слайд 6

Transmission Control Protocol
TCP – основанный на соединениях протокол, обеспечивающий надежную передачу

данных между двумя компьютерами, с сохранением порядка следования данных
Используется в: HTTP, FTP, Telnet и др.

Слайд 7

User Datagram Protocol
UDP – не основанный на соединениях протокол, реализующий пересылку

независимых пакетов данных, называемых дейтаграммами, от одного компьютера к другому без гарантии их доставки

Слайд 8

Основные характеристики TCP и UDP

Слайд 9

Модель «Клиент-сервер»
Порядок работы
Каждая из сторон виртуального соединения называется «сокет» (socket)
Приложение-сервер инициализируется

при запуске и далее бездействует, ожидая поступления запроса от клиента
Процесс-клиент посылает запрос на установление соединения с сервером, требуя выполнить для него определенную функцию
Виды приложений-серверов
Сервер последовательной обработки запросов
Сервер параллельной обработки запросов

Слайд 10

Понятие порта
Компьютер (обычно) имеет только одно физическое соединение с сетью
Соединение описывается,

например, IP-адресом (32 бита на нынешний момент)
Как различать информацию для различных приложений?

Слайд 11

Понятие порта
Сокет привязывается к порту
Порт описывается 16-битным числом
Порты 0-1023 зарезервированы

Слайд 12

Интерфейс сокетов
В 80-ых годах американское правительственное агентство по поддержке исследовательских проектов

(ARPA), финансировало реализацию протоколов TCP/IP для UNIX в Калифорнийском университете в г. Беркли
Разработан интерфейс прикладного программирования для сетевых приложений TCP/IP (TCP/IP API)
TCP/IP sockets или Berkeley sockets

Слайд 13

Связь с файловой системой
Интерфейс сокетов – через системные вызовы UNIX
Системные вызовы

ввода-вывода UNIX выглядят как последовательный цикл:
открыть
считать/записать
закрыть
Нет различий между файлами и внешними устройствами

Слайд 14

Проблемы сетевого ввода/вывода
Модель клиент-сервер не соответствует системе ввода-вывода UNIX
Не умеют устанавливать

соединения
Используется фиксированный адрес файла
Соединение с файлом доступно на протяжении всего цикла запись-считывание
Для не ориентированных на соединение протоколов фиксированный адрес – проблема: при передаче дейтаграммы адрес есть, а соединения нет

Слайд 15

Абстракция сокета
Сетевое соединение – это процесс передачи данных по сети между

двумя компьютерами или процессами
Сокет – конечный пункт передачи данных
Для программ сокет – одно из окончаний сетевого соединения
Для установления соединения каждая из сетевых программ должна иметь свой собственный сокет

Слайд 16

Абстракция сокета
Связь между двумя сокетами может быть ориентированной на соединение
Связь между

двумя сокетами может быть не ориентированной на соединение
Сокет связан с номером порта

Слайд 17

Абстракция сокета

Слайд 18

А что же на Java?
Сокеты инкапсулированы в экземпляры специальных классов
Все низкоуровневое

взаимодействие скрыто от пользователя
Существует семейство классов, обеспечивающих настройку сокетов и работу с ними

Слайд 19

Пакет java.net
Адресация
Установление TCP-соединения
Передача/прием дейтаграмм через UDP
Обнаружение/идентификация сетевых ресурсов
Безопасность: авторизация / права

доступа

Слайд 20

Адресация
IP-адресация
Адрес сокета

Слайд 21

Методы класса InetAddress
public static InetAddress getLocalHost(); создает объект класса для текущего локального

узла
public static InetAddress getByName(String host); создает объект адреса по имени удаленного узла сети
public static InetAddress[] getAllByName(String h); возвращает массив адресов, связанных с узлом сети
public byte[] getAddress(); возвращает массив из четырех байт IP-адреса объекта
public String getHostName(); определение имени узла данного объекта адреса

Слайд 22

Общая схема соединения

Слайд 23

Класс Socket
Реализует клиентский сокет и его функции
Конструкторы
Socket()
Socket(InetAddress address, int port)
Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
Socket(String host,

int port)
Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
Методы
void close()
InetAddress getLocalAddress()
InputStream getInputStream()
OutputStream getOutputStream()
static void setSocketImplFactory(SocketImplFactory fac)
И прочие…

Слайд 24

Порядок работы с клиентским сокетом
Открытие сокета
Открытие потока ввода и/или потока вывода

для сокета
Чтение и запись в потоки согласно установленному протоколу общения с сервером
Закрытие потоков ввода-вывода
Закрытие сокета

Слайд 25

Пример клиента
public class EchoClient {
public static void main(String[] args) throws

IOException {
Socket echoSocket = null;
PrintWriter out = null;
BufferedReader in = null;
try {
echoSocket = new Socket("taranis", 7);
out = new PrintWriter(echoSocket.getOutputStream(), true);
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(echoSocket.getInputStream()));
} catch (UnknownHostException e) {
System.err.println("Don't know about host: taranis.");
System.exit(1);
} catch (IOException e) {
System.err.println("Couldn't get I/O for connection to taranis.");
System.exit(1);
}
...

Слайд 26

Пример клиента
...
BufferedReader stdIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String userInput;

while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {
out.println(userInput);
System.out.println("echo: " + in.readLine());
}
out.close();
in.close();
stdIn.close();
echoSocket.close();
}
}

Слайд 27

Класс ServerSocket
Реализует серверный сокет и его функции
Конструкторы
ServerSocket()
ServerSocket(int port)
ServerSocket(int port, int

backlog)
Методы
void close()
Socket accept()
void bind(SocketAddress endpoint)
И прочие…

Слайд 28

Создание серверного сокета
try {
serverSocket = new ServerSocket(4444);
} catch (IOException e)

{
System.out.println(
"Could not listen on port: 4444");
System.exit(-1);
}

Socket clientSocket = null;
try {
clientSocket = serverSocket.accept();
} catch (IOException e) {
System.out.println("Accept failed: 4444");
System.exit(-1);
}

Слайд 29

Сервер параллельной обработки запросов
Стадия 1 Установление соединения клиент-сервер
Стадия 2 Сервер параллельной обработки передает

управление дочернему процессу
Стадия 3 Если во время обработки запроса поступает запрос от другого клиента, сервер параллельной обработки передает управление новому дочернему процессу

Слайд 30

Дейтаграммы
Дейтаграмма – независимое, самодостаточное сообщение, посылаемое по сети, чья доставка, время

(порядок) доставки и содержимое не гарантируются
Могут использоваться как для адресной, так и для широковещательной рассылки

Слайд 31

Класс DatagramPacket
Экземпляры класса являются прототипами дейтаграмм-сообщений
Конструкторы
DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length,

InetAddress address, int port)
И прочие…
Методы
byte[] getData()
int getLength()
int getOffset()
SocketAddress getSocketAddress()
void setSocketAddress(SocketAddress address)
void setData(byte[] buf, int offset, int length)
И прочие…

Слайд 32

Класс DatagramSocket
Экземпляры являются не ориентированными на соединение сокетами
Конструкторы
DatagramSocket()
DatagramSocket(int port, InetAddress

laddr)
И другие…
Методы
void bind(SocketAddress addr)
void close()
void connect(InetAddress address, int port)
void send(DatagramPacket p)
void receive(DatagramPacket p)
И другие…

Слайд 33

Передача дейтаграмм

Слайд 34

Uniform Resource Locator
URL – адрес ресурса в Интернет
Имя протокола Протокол, используемый для

связи
Имя хоста Имя компьютера, на котором расположен ресурс
Имя файла Путь к файлу на компьютере
Номер порта Номер порта для соединения (необязателен)
Ссылка Ссылка на обработчик работы с протоколом (необязательна)
Может быть абсолютным и относительным

URL gamelan = new URL("http", "www.gamelan.com", 80,
"pages/Gamelan.network.html");

Слайд 35

Прямое чтение из URL
import java.net.;
import java.io.;
public class URLReader {
public static

void main(String[] args) throws Exception
{
URL yahoo = new URL("http://www.yahoo.com/");
BufferedReader in = new BufferedReader(
new InputStreamReader(
yahoo.openStream()));
String inputLine;
while ((inputLine = in.readLine()) != null)
System.out.println(inputLine);
in.close();
}
}

Слайд 36

Чтение из URL-соединения
import java.net.;
import java.io.;
public class URLConnectionReader {
public static void

main(String[] args) throws Exception
{
URL yahoo = new URL("http://www.yahoo.com/");
URLConnection yc = yahoo.openConnection();
BufferedReader in = new BufferedReader(
new InputStreamReader(
yc.getInputStream()));
String inputLine;
while ((inputLine = in.readLine()) != null)
System.out.println(inputLine);
in.close();
}
}

Слайд 37

Запись в URL-соединение
import java.io.;
import java.net.;
public class Reverse {
public static void

main(String[] args) throws Exception {
if (args.length != 1) {
System.err.println("Usage: java Reverse" +
"string_to_reverse");
System.exit(1);
}
String stringToReverse = URLEncoder.encode(args[0],
"US-ASCII");
URL url = new URL(
"http://java.sun.com/cgi-bin/backwards");

Слайд 38

Запись в URL-соединение
URLConnection connection = url.openConnection();
connection.setDoOutput(true);
PrintWriter out =

new PrintWriter(
connection.getOutputStream());
out.println("string=" + stringToReverse);
out.close();
BufferedReader in = new BufferedReader(
new InputStreamReader(
connection.getInputStream()));
String inputLine;
while ((inputLine = in.readLine()) != null)
System.out.println(inputLine);
in.close();
}
}

Слайд 39

Основы создания сетевых приложений

Содержание

План лекцииПротоколы транспортного уровняСокетыИспользование сокетов на JavaКласс URL и его использование

Модель OSIУровень приложений (layer 7, data)Уровень представления (layer 6, data)Сеансовый уровень (layer 5, data)Транспортный

Инкапсуляция пакета

Передача сообщения по сетиСообщение состоит из заголовка и данныхДля каждого следующего

Transmission Control ProtocolTCP – основанный на соединениях протокол, обеспечивающий надежную передачу

User Datagram ProtocolUDP – не основанный на соединениях протокол, реализующий пересылку

Основные характеристики TCP и UDP

Модель «Клиент-сервер»Порядок работыКаждая из сторон виртуального соединения называется «сокет» (socket)Приложение-сервер инициализируется

Понятие портаКомпьютер (обычно) имеет только одно физическое соединение с сетьюСоединение описывается,

Понятие портаСокет привязывается к портуПорт описывается 16-битным числомПорты 0-1023 зарезервированы

Интерфейс сокетовВ 80-ых годах американское правительственное агентство по поддержке исследовательских проектов

Связь с файловой системойИнтерфейс сокетов – через системные вызовы UNIXСистемные вызовы

Проблемы сетевого ввода/выводаМодель клиент-сервер не соответствует системе ввода-вывода UNIXНе умеют устанавливать

Абстракция сокетаСетевое соединение – это процесс передачи данных по сети между

Абстракция сокетаСвязь между двумя сокетами может быть ориентированной на соединениеСвязь между

Абстракция сокета

А что же на Java?Сокеты инкапсулированы в экземпляры специальных классовВсе низкоуровневое

Пакет java.netАдресацияУстановление TCP-соединенияПередача/прием дейтаграмм через UDPОбнаружение/идентификация сетевых ресурсовБезопасность: авторизация / права

АдресацияIP-адресацияАдрес сокета

Методы класса InetAddresspublic static InetAddress getLocalHost(); создает объект класса для текущего локального

Общая схема соединения

Класс SocketРеализует клиентский сокет и его функцииКонструкторыSocket()Socket(InetAddress address, int port)Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)Socket(String host,

Порядок работы с клиентским сокетомОткрытие сокетаОткрытие потока ввода и/или потока вывода

Пример клиентаpublic class EchoClient { public static void main(String[] args) throws

Пример клиента ... BufferedReader stdIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); String userInput;

Класс ServerSocketРеализует серверный сокет и его функцииКонструкторыServerSocket()ServerSocket(int port) ServerSocket(int port, int

Создание серверного сокетаtry { serverSocket = new ServerSocket(4444);} catch (IOException e)

Сервер параллельной обработки запросовСтадия 1 Установление соединения клиент-серверСтадия 2 Сервер параллельной обработки передает

ДейтаграммыДейтаграмма – независимое, самодостаточное сообщение, посылаемое по сети, чья доставка, время

Класс DatagramPacketЭкземпляры класса являются прототипами дейтаграмм-сообщенийКонструкторыDatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length,

Класс DatagramSocketЭкземпляры являются не ориентированными на соединение сокетамиКонструкторыDatagramSocket() DatagramSocket(int port, InetAddress