›
›

Bài giảng Lập trình mạng - Bài 4a: Socket - Bùi Minh Quân

pdf 36 trang ngocly 3180
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lập trình mạng - Bài 4a: Socket - Bùi Minh Quân", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_lap_trinh_mang_bai_4a_socket_bui_minh_quan.pdf

Nội dung text: Bài giảng Lập trình mạng - Bài 4a: Socket - Bùi Minh Quân

  1. Socket  Giới thiệu  Lập trình Socket TCP  Lập trình Socket UDP  Lập trình Multicast Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 1
  2. Giới thiệu về Socket  Khái niệm về socket  Góc độ mạng: Socket là 1 trong 2 điểm cuối của đường nối kết 2 chiều giữa 2 chương trình thực thi trên mạng.  Góc độ người lập trình: Socket là giao diện lập trình ứng dụng (API) hay bộ thư viện hàm hỗ trợ, dùng để nối kết chương trình ứng dụng với lớp mạng trong hệ thống mạng TCP/IP.  Giới thiệu lần đầu dưới hệ điều hành UNIX version 4.3 BSD. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 2
  3. Giới thiệu về Socket  Phân loại  AF_UNIX: giao tiếp giữa các quá trình trong cùng 1 máy.  AF_INET: giao tiếp giữa các quá trình trên nhiều máy tính. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 3
  4. Giới thiệu về Socket  Cơ chế giao tiếp  Một trong hai quá trình phải công bố số hiệu cổng của socket mà mình sử dụng để nhận và gởi dữ liệu.  Các quá trình khác có thể giao tiếp với quá trình đã công bố cổng cũng bằng cách tạo ra một socket. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 4
  5. Giới thiệu về Socket  Cổng (port): là 1 số 16 bit  Từ 0 – 1023: cổng hệ thống  Từ 1024 – 49151: cổng phải đăng ký (registered port)  Từ 49152 – 65535: cổng dùng riêng (private port).  Một số cổng thông dụng  Echo: cổng 7 (TCP, UDP)  Web: cổng 80 (TCP)  FTP: cổng 21 cho nối kết và 20 cho dữ liệu (TCP)  SMTP: cổng 25 (TCP)  POP: cổng 110 (TCP)  Telnet: cổng 23 (TCP)  DNS: cổng 53 (TCP và UDP)  SNMP: cổng 161 (UDP)  RIP: cổng 520 (UDP) Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 5
  6. Giới thiệu về Socket  Các chế độ giao tiếp  TCP (Transmission Control Protocol): có nối kết  UDP (User Datagram Protocol): không nối kết Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 6
  7. Giới thiệu về Socket  So sánh giữa TCP và UDP Có nối kết (TCP) Không nối kết (UDP) Tồn tại kênh giao tiếp ảo giữa 2 quá Không tồn tại kênh giao tiếp ảo giữa 2 trình quá trình Dữ liệu được gửi đi theo chế độ không Dữ liệu được gửi đi theo chế độ bảo bảo đảm: Không kiểm tra lỗi, không đảm: có kiểm tra lỗi, truyền lại gói phát hiện và không truyền lại gói tin bị tin lỗi hay mất, bảo đảm thứ tự đến lỗi hay bị mất, không bảo đảm thứ tự của các gói tin đến của các gói tin Dữ liệu chính xác Dữ liệu không chính xác Tốc độ truyền chậm Tốc độ truyền nhanh Thích hợp cho các ứng dụng cần độ Thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ, chính xác cao: truyền file, thông tin không cần chính xác cao: truyền âm điều khiển thanh, hình ảnh Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 7
  8. Giới thiệu về Socket  So sánh giữa TCP và UDP Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 8
  9. Socket ở chế độ có nối kết (TCP) Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 9
  10. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Giao thức ứng dụng  Trao đổi thông tin giữa Client và Server phải tuân thủ giao thức của ứng dụng.  Nếu theo các Protocol đã định nghĩa sẵn: tham khảo RFC.  Nếu ứng dụng riêng biệt: tự thiết kế protocol riêng.  TCP Socket dưới Java  Thông qua các lớp trong gói java.net  Các lớp chính:  java.net.Socket: hỗ trợ xây dựng chương trình Client  java.net.ServerSocket: hỗ trợ xây dựng chương trình Server Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 10
  11. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Lớp java.net.Socket  Socket(String HostName, int PortNumber) throws IOException: nối kết đến Server có tên là HostName, cổng là PortNumber. VD: Socket s = new Socket(“www.cit.ctu.edu.vn”, 80); Hoặc Socket s = new Socket(“203.162.36.149”, 80);  InputStream getInputStream() throws IOException: trả về 1 InputStream nối với Socket.  OutputStream getOutputStream() throws IOException: trả về OutputStream nối với Socket. VD: InputStream is = s.getInputStream(); OutputStream os = s.getOutputStream();  void close() throws IOException: đóng Socket lại, giải phóng kênh ảo, xóa nối kết giữa Client và Server. VD: s.close(); Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 11
  12. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Lớp java.net.Socket  InetAddress getInetAddress(): lấy địa chỉ của máy tính đang nối kết (ở xa).  int getPort(): lấy cổng của máy tính đang nối kết (ở xa).  InetAddress getLocalAddress(): lấy địa chỉ cục bộ.  int getLocalPort(): lấy giá trị cổng cục bộ  void setSoTimeout(int timeout) throws SocketException: Khi đang nghẽn (blocked) trên hàm read(), sau 1 thời gian timeout tính bằng mili giây mà 1 Client không gửi yêu cầu gì (request), Server sẽ quẳng ra 1 ngoại lệ.  void setKeepAlive(boolean on) throws SocketException: quá trình Client muốn giữ nối kết ngay khi nó không gửi thông tin gì cho Server. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 12
  13. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Xây dựng chương trình Client ở chế độ TCP  Mở một socket nối kết đến Server đã biết địa chỉ IP (hay địa chỉ tên miền) và số hiệu cổng.  Lấy InputStream và OutputStream gán với Socket.  Tham khảo Protocol của dịch vụ để định dạng đúng dữ liệu trao đổi với Server.  Trao đổi dữ liệu với Server nhờ vào các InputStream và OutputStream vừa lấy.  Đóng Socket trước khi kết thúc chương trình. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 13
  14. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Chương trình TCPEchoClient  Trên hệ thống UNIX, dịch vụ Echo được thiết kế theo mô hình Client-Server sử dụng Socket cả TCP và UDP.  Cổng mặc định dành cho Echo Server là 7. Kết nối đến địa chỉ 191.0.0.5 tại cổng số 7 Gửi đi ký tự gì sẽ nhận được đúng ký tự đó Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 14
  15. Socket ở chế độ có nối kết (TCP) Chương trình TCPClient: • Gửi qua Server từ 0->9 • Nhận kết quả và hiển thị ra màn hình. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 15
  16. Socket ở chế độ có nối kết (TCP) Chương trình TCPClient: • Nhập 1 ký tự từng bàn phím • Gửi ký tự đó qua Server • Nhận kết quả và hiển thị ra màn hình. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 16
  17. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Lớp java.net.ServerSocket  ServerSocket(int PortNumber): tạo một Socket của Server và lắng nghe trên cổng PortNumber. VD: ServerSocket ss = new ServerSocket(7);  Socket accept():Bị nghẽn cho đến khi có một yêu cầu nối kết từ Client. Chấp nhận cho nối kết, trả về một Socket là một đầu của kênh giao tiếp ảo giữa Server và Client. VD: Socket s = ss.accept();  Server sau đó sẽ lấy InputStream và OutputStream của Socket mới s để giao tiếp với Client: InputStream is = s.getInputStream(); OutputStream os = s.getOutputStream(); Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 17
  18. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Xây dựng chương trình Server ở chế độ TCP Phục vụ tuần tự Phục vụ song song •Tại 1 thời điểm Server chỉ •Tại 1 thời điểm Server chấp chấp nhận 1 yêu cầu nối kết nhận nhiều yêu cầu nối kết. • Nếu có các nối kết khác sẽ • Tất cả yêu cầu nối kết đưa vào hàng đợi được phục vụ cùng 1 lúc. • Sau khi phục vụ Client đó xong, quay lại phục vụ tiếp Client trong hàng đợi. • Hiệu quả hơn. • Cần máy tính đủ mạnh và tài nguyên lớn hơn. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 18
  19. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Chương trình Server phục vụ tuần tự 1. Tạo socket và gán số hiệu cổng cho Server. 2. Lắng nghe yêu cầu nối kết. 3. Với một yêu cầu nối kết được chấp nhận thực hiện các bước sau:  Lấy InputStream và OutputStream gắn với Socket của kênh ảo vừa được hình thành.  Lặp lại công việc sau: . Chờ nhận các yêu cầu (công việc). . Phân tích và thực hiện yêu cầu. . Tạo thông điệp trả lời. . Gửi thông điệp trả lời về Client. . Nếu không còn yêu cầu hoặc Client kết thúc, đóng Socket và quay lại bước 2 (lắng nghe yêu cầu nối kết tiếp tục). Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 19
  20. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Chương trình STCPEchoServer Biên dịch và thực thi Server trước Mở cửa số khác, thực thi Client sau Giả sử Server đang thực thi trên máy tính ở địa chỉ 172.18.213.233, thực thi Client: java TCPEchoClient 172.18.213.233 Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 20
  21. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Chương trình Server phục vụ song song  Gồm 2 phần thực hiện song song nhau:  Phần 1: Xử lý các yêu cầu nối kết.  Phần 2: Xử lý các thông điệp yêu cầu từ khách hàng. Luồng chỉ huy Nhận yêu cầu nối kết Các luồng thực thi Phục vụ các yêu cầu cho Client Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 21
  22. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Chương trình Server phục vụ song song  Phần 1: Lặp lại các công việc sau:  Lắng nghe yêu cầu nối kết của khách hàng.  Chấp nhận một yêu cầu nối kết : . Tạo kênh giao tiếp ảo mới với khách hàng. . Tạo Phần 2 để xử lý các thông điệp yêu cầu của khách hàng.  Phần 2: Lặp lại các công việc sau:  Chờ nhận thông điệp yêu cầu của khách hàng.  Phân tích và xử lý yêu cầu.  Gửi thông điệp trả lời cho khách hàng.  Phần 2 sẽ kết thúc khi kênh ảo bị xóa đi.  Phần 2 được thiết kế là 1 thread (để có thể thực thi song song với phần 1). Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 22
  23. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Chương trình PTCPEchoServer Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 23
  24. Socket ở chế độ có nối kết (TCP)  Chương trình PTCPEchoServer  Biên dịch và thực thi Server  Thực thi Client:  Mở nhiều cửa sổ khác nhau để thực thi TCPEchoClient1 Hoặc thực thi trên nhiều máy tính khác nhau.  Nhận thấy: PTCPEchoServer có khả năng phục vụ cùng lúc nhiều Client. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 24
  25. Socket ở chế độ không nối kết (UDP) Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 25
  26. Socket ở chế độ không nối kết (UDP)  UDP Socket dưới Java  Thông qua các lớp trong gói java.net  Các lớp chính:  java.net.DatagramSocket: hỗ trợ xây dựng Socket dạng UDP.  java.net.DatagramPacket: gói tin dạng thư tín người dùng (User Datagram) trong giao tiếp giữa Client và Server, gồm: . Dữ liệu truyền đi (tối đa khoảng 60.000 byte). . Địa chỉ IP của quá trình gửi. . Cổng của quá trình gửi. . Địa chỉ IP của quá trình nhận. . Cổng của quá trình nhận.  Cổng của 2 ứng dụng sử dụng TCP và UDP có thể trùng nhau vì chúng thực thi trên 2 không gian khác nhau. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 26
  27. Socket ở chế độ không nối kết (UDP)  Lớp java.net.DatagramPacket  DatagramPacket (byte[] b, int n)  Tạo ra gói tin UDP chứa n bytes dữ liệu đầu tiên của mảng b.  Thường dùng cho quá trình nhận để lưu gói nhận về. VD: byte buff[] = new byte[60000]; // Noi chua du lieu nhan duoc DatagramPacket inPacket = new DatagramPacket(buff, buff.length);  DatagramPacket(byte[] b, int n, InetAddress ia, int port)  Tạo ra gói tin UDP chứa dữ liệu (gồm n byte lưu trong mảng b), địa chỉ IP và cổng của máy nhận dữ liệu. VD: try { InetAddress ad = InetAddess.getByName("www.cit.ctu.edu.vn"); int port = 19; // Cổng của socket nhận String s = "My second UDP Packet"; // Dữ liệu gửi đi byte[] b = s.getBytes(); // Đổi chuỗi thành mảng bytes DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(b, b.length, ad, port); } catch (UnknownHostException e) { System.err.println(e); } Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 27
  28. Socket ở chế độ không nối kết (UDP)  Lớp java.net.DatagramPacket  Lấy thông tin trong gói tin UDP:  public synchronized InetAddress getAddress()  public synchronized int getPort()  public synchronized byte[] getData()  public synchronized int getLength()  Gán thông tin vào trong gói tin UDP:  public synchronized void setAddress(InetAddress ad)  public synchronized void setPort(int port)  public synchronized void setData(byte[] b)  public synchronized void setLength(int len) Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 28
  29. Socket ở chế độ không nối kết (UDP)  Lớp java.net.DatagramSocket  DatagramSocket() throws SocketException  Tạo Socket theo chế độ không nối kết cho Client  Cổng được gán ngẫu nhiên.  DatagramSocket(int port) throws SocketException  Tạo Socket theo chế độ không nối kết cho Server  Cổng phục vụ có giá trị là port.  void send(DatagramPacket dp) throws IOException  Gửi đi gói tin dp  synchronized void receive(DatagramPacket dp) throws IOException  Chờ nhận 1 gói tin UDP.  Quá trình sẽ bị nghẽn cho đến khi có dữ liệu đến. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 29
  30. Socket ở chế độ không nối kết (UDP) Chương trình UDPEchoClient Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 30
  31. Socket ở chế độ không nối kết (UDP) Chương trình UDPEchoServer Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 31
  32. Socket ở chế độ không nối kết (UDP)  Biên dịch và thực thi Giả sử Server đang thực thi trên máy tính ở địa chỉ 172.18.213.233, thực thi Client: java UDPEchoClient 172.18.213.233 Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 32
  33. Lập trình multicast  Khái niệm  Unicast: 1 máy tính gửi và chỉ 1 máy tính nhận.  Multicast: liên lạc theo nhóm  Gửi quảng bá, nhưng chỉ đến 1 nhóm các máy tính cho trước.  Thuộc địa chỉ lớp D: 224.0.0.0 - 239.255.255.255  Địa chỉ 224.0.0.1 là địa chỉ dành riêng. . Ping 224.0.0.1: tất cả các máy tính hỗ trợ multicast sẽ trả lời.  Ứng dụng của multicast:  Game nhiều người chơi  Giải thuật vạch đường (Routing Protocol)  Ứng dụng mà đối tượng cùng nhận chung 1 loại thông tin. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 33
  34. Lập trình multicast  Lập trình Multicast dùng Java  Sử dụng lớp java.net.MulticastSocket  Là 1 DatagramSocket (UDP)  Gia nhập (joining) vào 1 nhóm các máy tính multicast.  Một 1 máy tính gửi gói tin đến nhóm, các thành viên trong nhóm sẽ nhận được gói tin đó. VD: // Gia nhập 1 nhóm multicast ở địa chỉ 228.5.6.7 InetAddress group = InetAddress.getByName("228.5.6.7"); MulticastSocket s = new MulticastSocket(6789); s.joinGroup(group); // Thoát ra khỏi nhóm multicast s.leaveGroup(group); Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 34
  35. Lập trình multicast Cài đặt 1 dịch vụ tên là Time Service phục vụ trên cổng 9013, dùng để gửi thông tin về thời gian đến nhóm khách hàng ở địa chỉ multicast là 230.0.0.1 Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 35
  36. Lập trình multicast Có thể thử nghiệm chương trình bằng cách thực thi chương trình Client đồng thời trên nhiều máy tính có địa chỉ IP khác nhau. Bộ môn HTMT&TT, Khoa Công Nghệ Thông Tin và TT, ĐH Cần Thơ 36