Programmation RéseauxIllustration : Les Sockets en Java

Anne-Marie DéryÀ travailler seuls

Concepts généraux

Mise en œuvre Java

Communication asynchrone par messages

Communication par diffusion

Communication par message : Envoi de datagrammes

applicationopération

Client

Serveur

req1rep1

reqnrepn

Programmation Socket avec UDP

UDP: pas de “connexion” entre le client et le serveur

• Pas de lien privilégié entre le client et le serveur

• L’emetteur attache l’adresse IP et le port pour le retour.

• Le serveur doit extraire l’adresse IP et le port de l’expéditeur à partir du datagramme reçu

application viewpointUDP fournit un transfert

non fiable de groupes d’octets (“datagrammes”)

entre un client et le serveur

UDP: les données transmises peuvent être reçues dans le désordre ou perdues

Client/server socket interaction: UDP

closeclientSocket

Serveur

read reply fromclientSocket

create socket,clientSocket = DatagramSocket()

Create, address (hostid, port=x,send datagram request using clientSocket

create socket,port=x, forincoming request:serverSocket = DatagramSocket()

read request fromserverSocket

write reply toserverSocketspecifying clienthost address,port umber

Client

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

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

socket = new DatagramSocket(4445);Création d’un DatagramSocket sur le port 4445 qui permet au serveurde communiquer avec tous ses 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)

suite

contient 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 le DatagramSocket 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

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…)

Communication par diffusion : Multicast

Clientn

ServeurClient1

Client2

Gr

Ouvrir un socket = demander à se Connecter

Les clients demandent seulement à joindre un groupe

Exemple de multicast

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

Créer un paquet de sortiePréparer et Envoyer une donnée

Scénario d’un serveur

Fermer le socket d’entrée

Créer le socket d’entrée

Scénario d’un client

Création d’un paquet d’entréeAttente de données en entréeRéception et traitement des données en entrée

Fermer le socket d ’entrée

Créer le socket d’entrée

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)

Multicast: MulticastSocket

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

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

Cœur du serveur

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

Multicast aMulticastSocket aDatagramSocket/aMulticastSocket

receive send

I/O Stream I/O Stream

aDatagramPacket

Quelques Informations utiles sur la sérialisation Java

Sérialisation-Desérialisation

• Enregistrer ou récupérer des objets dans un flux– Persistance– Transfert sur le réseau

Sérialisation

• Via la méthode writeObject()– Classe implémentant l’interface OutputObject

– Exemple : la classe OutputObjectStream

– Sérialisation d’un objet -> sérialisation de tous les objets contenus par cet objet

• Un objet est sauvé qu’une fois : cache pour les listes circulaires

Desérialisation

• Via la méthode readObject()– Classe implémentant l’interface InputObject

– Exemple : la classe InputObjectStream

Exception NotSerializableException

• Si la classe de l’objet sauvé– N’étend ni l’interface Java Serializable– Ni l’interface Java Externalizable

Interface Serializable

• Ne contient pas de méthode

• -> enregistrement et récupération de toutes les variables d’instances (pas de static)+ informations sur sa classe (nom, version), type

et nom des variables • 2 classes compatibles peuvent être utilisées

•Objet récupéré = une copie de l’objet enregistré

Gestion de la sérialisation desérialisation

• Implémenter les méthodes • private void writeObject(OutputObjectStream s) throws IOException• private void readObject(OutputInputStream s) throws IOException

• defaultReadObject() et defaultWriteObject() méthodes par défaut

• Ajout d’informations à l’enregistrement, choix de sérialisation

• Seulement pour les champs propres de la classe (héritage géré automatiquement)

Gestion de la sérialisation : utiliser Externalizable

• Graphe d’héritage complet

• Implémenter les méthodes • public void writeExternal(ObjectOutput o) throws

IOException• public void readExternal(ObjectInput o) throws

IOException

– ATTENTION PBM de SECURITE

Un peu plus de réflexivité

Les ClassLoader ????

Classe ClassLoaderClassLoader est une classe abstraite. Un class loader est un objet responsable du chargement des classes Un nom de classe donné, il peut localiser ou générer les données quiconstituent une définition de la classe. Chaque objet Class a une référence à un ClassLoader qui le définit.

Applications implémentent des sous classes de ClassLoader afind’étendre la façon de dynamiquement charger des classes par la VM.(utilisation de manager de sécurité, par exemple)

ClassLoader ?

En UNIX la VM charge les classes à partir des chemins définis dans CLASSPATH.

Certaines classes peuvent être obtenues à partir d’autres sources, telles que le réseau ou construites par une application. La méthode defineClass convertit un tableau d’octets en une instance de Class.Instances pouvant être créées grâce à newInstance

Les méthodes et constructeurs créés par un class loader peuvent référencer d’autres classes (loadClass du class loader de cette classe).

Exemple de chargement de classe

Un class loader qui permet de charger des fichiers de classes via le réseau

ClassLoader loader=new NetworkClassLoader(host,port);Object main= loader.loadClass("Main", true).newInstance();….

NetworkClassLoader doit définir findClass et loadClassData pour charger et defineClass pour créer une instance de Class.

Définir un nouveau type de socket

Pourquoi ?Préparer les données avant de les envoyerReconstruire les données reçues

ExempleJava RMI Sockets spécialisées (marshalling et unmarshalling)

Exemple 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

Communication TCP Définir des E/S Spécifiques

1. Etendre java.io.FilterOutputStream pour créer un output stream pour ce type de Socket. Surcharge de méthodes si nécessaire.Le write doit compresser l’image avant d’écrire 2. Etendre java.io.FilterInputStream Le read doit décompresser après avoir lu

Comment Définir un nouveau type de Sockets

La classe CompressionSocket et ses classes relatives4 étapes

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.

Un « nouveau » Package : java.nio

• Les principales nouveautés de cette API sont : • Buffers : qui explicitent la notion de buffers –

containers de données– Améliorent les problèmes de bufferisation liés aux E/S

• Charsets : qui associent des « décodeurs » et des « encodeurs » qui gèrent correctement les conversions chaines – octets– Éliminent les problème d’accent (caractères Unicode /

UTF),

Un « nouveau » Package : java.nio

• Channels : qui représentent des connexions entre entités avec de meilleures performances pour les opérations de lecture et d’écriture

• Selectors et selection keys : associées aux selectable channels définissent des E/S multiplexées non bloquantes – évitent les threads

Le package Channel

• SelectableChannel : canal qui peut être multiplexé • DatagramChannel Un canal dédié aux communications

UDP prises en charge par des sockets de type java.net.DatagramSocket  

• ServerSocketChannel  : Un canal dédié aux connexions TCP prises en charge par des sockets de type java.net.ServerSocket  

• SocketChannel : Un canal dédié aux communications TCP prises en charge par des sockets de type java.net.Socket

Le package Channel

Et aussi…

Selector Un multiplexeur pour des SelectableChannel

SelectionKey représentant un canal étiqueté pour le multiplexage

Pipe Deux canaux pour construire un pipe unidirectionnel (| shell)

Les nouvelles sockets

• Ce package définit des classes de canaux qui sont utilisables par les classes de sockets :– DatagramSocket,

– ServerSocket, et Socket de java.net package.

un canal est créé par appel à une méthode statique open définie dans chaque classe.

– La socket est créée par effet de bord.

Exemple : Serveur d’heure

• import java.io.*;

• import java.net.*;

• import java.nio.*;

• import java.nio.channels.*;

• import java.nio.charset.*;

• import java.util.*;

• import java.util.regex.*;

Exemple : initialisations

public class TimeServer { private static int PORT = 8013; private static int port = PORT;

// Charset and encoder for US-ASCII private static Charset charset = Charset.forName("US-

ASCII"); private static CharsetEncoder encoder =

charset.newEncoder(); // Direct byte buffer for writing private static ByteBuffer dbuf =

ByteBuffer.allocateDirect(1024);

Exemple : attente de connexion sur le port du service

// Open and bind the server-socket channel

private static ServerSocketChannel setup() throws IOException

{ ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();

InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),

port); ssc.socket().bind(isa); return ssc; }

Exemple : communication avec un client

// Service the next request to come in on the given channel // private static void serve(ServerSocketChannel ssc) throws

IOException { SocketChannel sc = ssc.accept(); try { String now = new Date().toString();

sc.write(encoder.encode(CharBuffer.wrap(now + "\n"))); System.out.println(sc.socket().getInetAddress() + " : " + now);

sc.close(); } finally { // Make sure we close the channel (and hence the socket)

sc.close(); } }

Exemple : code du serveur

public static void main(String[] args) throws IOException {

if (args.length > 1) { System.err.println("Usage: java TimeServer [port]"); return;

} // If the first argument is a string of digits then we take that // to be the port number if ((args.length == 1) && Pattern.matches("[0-9]+",

args[0])) port = Integer.parseInt(args[0]); ServerSocketChannel ssc = setup(); for (;;) serve(ssc); } }

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

….