2 - Programmation Réseau Avec Les Sockets Java [PDF]

Zitiervorschau

Les sockets Master RSSI/Réseaux et Systèmes Répartis 1ème année (Semestre 2) UDL-SBA

Dr BOUAMAMA Samah 2016/2017

PLAN • Socket • Définitions • Propriétés • Les modes de connexion

• Implémentation • sockets en mode connecté • sockets en mode non connecté

• Travaux pratiques

Définition • Le terme “ socket ” désigne à la fois une bibliothèque d’interface réseau et l’extrémité d’un canal de communication (point de communication) par lequel un processus peut émettre ou recevoir des données. • Ce point de communication est représenté par une variable entière, similaire à un descripteur de fichier.

Définition • L’interface socket est un ensemble de primitives qui permettent de gérer l’échange de données entre processus, que ces processus soient exécutés ou non sur la même machine. • La bibliothèque socket masque l’interface et les mécanismes de la couche transport : un appel socket se traduit par plusieurs requêtes transport

Définition • socket : (interface) mécanisme de communication permettant d’utiliser l’interface de transport (TCP(fiable)-UDP(service non fiable)). Elle est créée par l’application et contrôlée par le système. • Introduit dans Unix dans les années 80 ; standard aujourd’hui • Principe de fonctionnement : 3 phases - illustration ci-dessous avec TCP • 1) le serveur crée une "socket serveur" pour accueillir les clients (associée à un port) et se met en attente

• 2) le client se connecte à la socket serveur ; deux sockets sont alors crées : une "socket client", côté client, et une "socket service client" côté serveur. Ces sockets sont connectées entre elles

• 3) Le client et le serveur communiquent par les sockets. L’interface (analogie) est celle des fichiers (read, write). • La socket serveur peut accepter de nouvelles connexions

Rôle des sockets    

 

Connexion à une machine distante Envoi/Réception de données Fermeture d’une connexion Attachement à un port Acceptation d’une demande de connexion à un port local Attente de demandes de connexion

Propriétés Sockets / OSI

Propriétés • Modèle client / serveur et sockets Application CLIENT

Application SERVEUR

SOCKETS

SOCKETS

Protocole Transport

Protocole Transport

Protocole Réseau

Protocole Réseau

couches physiques et liaison de données

couches physiques et liaison de données

Les modes de connexion • Le mode connecté correspond au protocole TCP. Le protocole établit une connexion virtuelle et se charge alors de maintenir l'intégrité de la communication et de gérer les erreurs de transmission. • Le mode non connecté correspond au protocole UDP. Ce protocole fait l'envoi au mieux ("best effort"). C'est à l'application de maintenir la qualité de la transmission. UDP est une "couche mince" au-dessus de IP.

Les modes de connexion • TCP • • • •

Garantie d’arrivée dans l’ordre de paquets de données Fiabilité de transmission Lenteur des transmissions (http par exemple) Vu comme un «service téléphonique»

• UDP • • • • •

Arrivée dans le bon ordre non garantie Non fiabilité des transmissions Rapidité des transmissions Applications audio/vidéo Vu comme un «service postal»

Principes de base • Chaque machine crée une socket, • Chaque socket sera associée à un port de sa machine hôte, • Les deux sockets seront explicitement connectées si on utilise un protocole en mode connecté …, • Chaque machine lit et/ou écrit dans sa socket, • Les données vont d’une socket à une autre à travers le réseau, • Une fois terminé chaque machine ferme sa socket.

Notion de port • Un service est rendu par un programme serveur sur une machine. Ce service est accessible à travers un réseau TCP/IP par un port. Un port est identifié par un entier (16 bits). • Les ports numérotés de 0 à 511 sont les "well known ports" de l'architecture TCP/IP. Ils donnent accès aux services standard de l'interconnexion: transfert de fichiers (FTP port 21), terminal (Telnet port 23), courrier (SMTP port 25),serveur web (HTTP port 80) • De 512 à 1023, on trouve les services Unix. • Au delà, (1024 ...) ce sont les ports "utilisateurs" disponibles pour placer un service applicatif quelconque.

sockets en mode connecté SERVEUR : •

Crée une socket

•

Associe une adresse socket (adresse Internet et numéro de port)

•

Se met à l’écoute des connexions entrantes ;

•

Pour chaque connexion entrante: o Accepte la connexion (une nouvelle socket est créée avec les mêmes caractéristiques que la socket d’origine, ce qui permet de lancer un thread ou un processus fils pour gérer cette connexion). o Lit et/ou écrit sur la nouvelle socket o Ferme la nouvelle socket

sockets en mode connecté CLIENT : • •

• •

Crée une socket Se connecte au serveur en donnant l’adresse socket distante (adresse Internet du serveur et numéro de port du service). Le système d'exploitation attribue pour cette connexion automatiquement un numéro de port local au client Lit et/ou écrit sur la socket Ferme la socket

sockets en mode connecté

sockets en mode connecté (java.net) SERVEUR "serv"

CLIENT

ServerSocket(PORT) Socket(ip,PORT)

.accept()

in = new BufferedReader( new InputStreamReader( cxion.getInputStream()))

in = new BufferedReader(...( socket.getInputStream())) out = new PrintWriter(…( socket.getOutputStream())) out.println(…);out.flush() in.readLine(); socket.close()

Nouvelle socket et éventuellement nouveau thread ici...

out = new PrintWriter( new BufferedOutputStream( cxion.getOutputStream())) Transfert de données

in.readLine(); out.println(…);out.flush() cxion.close()

Implémentation des algorithmes Client/Serveur en mode connecté

sockets en mode connecté • class ServerSocket : (coté serveur) • Constructeur : • ServerSocket(int port) : creation d’une socket TCP connectée sur le port spécifié de la machine hôte.

• Méthodes : • close() : ferme la socket. • Socket accept() : écoute la socket et attend une requête de connection, retourne une nouvelle socket sur laquelle écouter le nouveau client (et lui seul)

sockets en mode connecté • class OutputStream : • Méthodes : • write(…) : écrit dans le flux. • close() : ferme flux.

• class InputStream : • Méthodes : • read(…) : lit le flux. • close() : ferme le flux

sockets en mode non connecté •

CLIENT (émetteur) : • • •

•

Crée une socket Associe une adresse socket (opération qui n’est nécessaire que si le Processus va recevoir des données) Lit et/ou écrit sur la socket

SERVEUR (récepteur) : • • •

Crée une socket Associe une adresse socket Lit et/ou écrit sur la socket

sockets en mode non connecté

sockets en mode non connecté (java.net)

CLIENT

SERVEUR

DatagramSocket ()

DatagramSocket (port)

DatagramPacket(..)

DatagramPacket (...)

sock.send()

sock.receive() DatagramPacket (...)

DatagramPacket(..)

: appel pouvant être bloquant : appel non bloquant

sock.send ()

sock.receive()

Implémentation des algorithmes Client/Serveur en mode non connecté

sockets en mode non connecté  Sockets UDP en Java (une démarche possible) :  class DatagramSocket : (coté client et coté serveur)

Constructeur :  DatagramSocket() : creation d’une socket UDP, libre

Méthodes :  close() : ferme la socket.  receive(DatagramPacket p) :reçoit un « DatagramPacket » de cette socket.  send(DatagramPacket p):envoit un « DatagramPacket » sur cette socket.

sockets en mode non connecté • class DatagramPacket : • Constructeur : • DatagramPacket(byte[ ] buf, int length,InetAddress address, int port) :creation d’un packet à destination d’une machine et d’un port spécifiés

Gestion des ports (adresses) en Java 

Classe InetAdress Dans java.net  Champs 

 hostName  address

(exemple : lil.univ-littoral.fr)

(32 bits, exemple : 193.49.192.193)

Pas de constructeur  3 méthodes statiques 

 public

static InetAddress InetAddress .getByName(String hote)  public static InetAddress[] InetAddress .getAllByName(String hote)  public static InetAddress InetAddress .getLocalHost() 

Classes Socket, SocketServer et SocketImpl  getInetAddress()

Classe Socket (1) 

Constructeurs      

public Socket(String hote, int port) throws UnknownHostException, IOException public Socket(InetAddress hote, int port) throws IOException public Socket(String hote, int port, InetAddress adrLocale, int portLocal) throws IOException public Socket(InetAddress hote, int port, InetAddress adrLocale, int portLocal) throws IOException public Socket() protected Socket(SocketImpl impl)

Classe Socket (2) 

Information    



Envoi/Réception de données  



public InetAddress getInetAddress() public int getPort() public int getLocalPort() public InetAddress getLocalAddress() public InputStream getInputStream() throws IOException public OutputStream getOutputStream() throws IOException

Fermeture 

public void close() throws IOException

Classe Socket (3) 

Options 

TCP_NODELAY  Donnée expédiée aussitôt que possible quelque soit leur taille

Méthodes setTcpNoDelay (boolean valid) et getTcpNoDelay() : (true) 1 SO_LINGER  Attente ou non avant de fermer une socket au cas où il reste des données à envoyer 



 Méthodes

setSoLinger (boolean valid, int secondes) et getSoLinger()

: 128s

Classe Socket (4) 



SO_TIMEOUT  Déclenchement d’exception si le délai spécifié est dépassé lors de la réception de données  Méthodes setSoTimeout (int ms) et getSoTimeout() : 4102ms

Exceptions 

SocketException  BindException : port déjà utilisé ou le programme n’a pas le

droit de l’utiliser

 ConnectException : hôte occupé ou aucun processus n’écoute sur

le port  NoRouteToHostException : dépassement de temps

Classe ServerSocket (1)  

Rôle : standardiste Gestion d’une connexion  

  

Création d’un nouvel objet ServerSocket affecté à un port : constructeur ServerSocket Attente de connexions (bloquant) : accept() Echange d’informations : getInputStream() et getOutputStream() Clôture de la connexion par le client ou le serveur : close() Nouvelle attente

Classe ServerSocket (2) 

Constructeurs    



public ServerSocket(int port) throws IOException, BindException public ServerSocket(int port, int taillefile) throws IOException, BindException public ServerSocket(int port, int taillefile, InetAddress adresseAttache) throws IOException protected ServerSocket()

Prise en compte et clôture d’une connexion  

public Socket accept() throws IOException public void close() throws IOException

Classe ServerSocket (3) 

Information  



public InetAddress getInetAddress() public int getLocalPort()

Options 

SO_TIMEOUT  Doit être initialisé avant accept  Méthodes setSoTimeout (int ms) et getSoTimeout()

Sockets UDP point-à-point  

Pas de différence de classe entre le client et le serveur Deux classes Java dans java.net  DatagramPacket  DatagramSocket



DatagramPacket  Assemblage des données en partance en datagrammes  Extraction des données des datagrammes reçus



DatagramSocket  Envoi et réception des datagrammes UDP (objets DatagramPacket)



Classe DatagramPacket (1) Constructeurs  DatagramPacket destiné à la réception de données  public

DatagramPacket(byte tampon[], int longueur)  Réception des données dans tampon  Longueur maximale : 65 507 octets  Java remplit les champs de DatagramPacket : adresse IP de la machine distante et le numéro de port concerné

 DatagramPacket destiné à l’envoi de données  public

DatagramPacket(byte tampon[], int longueur, InetAddress ia, int port)  Conseil : utiliser getBytes() de la classe String pour transformer des chaînes de caractères en tableaux d’octets

Classe DatagramPacket (2) 

Information (suite)  public byte[] getData()  Tableau

d’octets du datagramme  Caractères ASCII : String s=new String(dp.getData(), 0, 0, dp.getLength());  Caractères non ASCII : ByteArrayInputStream b=new ByteArrayInputStream(dp.getData(), 0, 0, dp.getLength());

 public InetAddress getLength()  Taille

en octets du datagramme

Classe DatagramSocket (1) 

Constructeurs  DatagramSocket utilisé par le client  public DatagramSocket() throws SocketException  Ports de destination et de partance spécifiés dans le datagramme (objet DatagramPacket)  DatagramSocket utilisé par le serveur  public DatagramSocket(int port) throws SocketException  Remarque : les ports TCP et leurs équivalents UDP ne sont pas liés i.e. un même numéro de port peut être associé à la fois à une socket TCP et une socket UDP sans provoquer aucun problème de conflit  DatagramSocket utilisé par le serveur multi-adresse  public DatagramSocket(int port, InetAdress ia) throws SocketException

Classe DatagramSocket (2) 

Emission/Réception de datagrammes  public void send(DatagramPacket dp) throws IOException  public void receive(DatagramPacket dp) throws IOException



Information  public int getLocalPort() Numéro de port (anonyme et assigné par le système) sur lequel la socket courante écoute



Fermeture  public void close()



Option : SO_TIMEOUT  public void setSoTimeout(int timeout) throws SocketException

Sockets multi-points 

Communication multi-points : on s’adresse à un groupe qu’on peut intégrer et quitter à sa guise  Exemples : visio-conférence, radio, télévision, etc.



Multi-points = compromis  Multi-diffusions  Point-à-point



Caractéristiques  Efficace car données dupliquées au moment opportun  Basée sur l’utilisation de routeurs multi-point



Applications  Jeu réseau multi-utilisateurs, SGF distribués, calcul parallèle & distribué, etc.

Adresses et groupes multi-points (1) 

Adresse multi-points  



Groupe multi-points  



Référence un groupe d’hôtes (groupe multi-points) Rangée dans la classe D Plusieurs hôtes Internet partageant la même adresse multi-points Libre adhésion ou départ au/du groupe

lnternet Assigned Number Autority (IANA) est responsable de l’affectation des adresses mutli-points  

Il en existe 80 Exemple : AUDIONEWS.MCAST.NET --> 224.0.1.7 - Actualité audio transmise en multi-points

Adresses et groupes multi-points (2) 





Liste exhaustive dans :

http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses Il existe des routeurs multi-points (mrouteurs) Datagramme multi-points En-tête IP

TTL

4 octets

1 octet

4 octets

En-tête UDP 2 octets

2 octets

2 octets

Charge utile 2 octets

...

Contrôle pour fiabilité Longueur

Port destinataire Port expéditeur Hôte destinataire Hôte expéditeur

Time-To-Live (TTL) 

Définition 





Portée d’un datagramme i.e. nombre de routeurs maximum par lesquels un datagramme transite avant sa suppression Réseau local : TTL=1, Région : TTL=16, Monde entier : TTL=127

Utilisation  TTL décrémentée à chaque passage dans un routeur  TTL=0 : datagramme supprimé

Mise en œuvre des sockets multi-point 

Classe java.net.MulticastSocket 



Dérivée de la classe java.net.DatagramSocket

Constructeurs 

public MulticastSocket() throws SocketException 





Port assigné par le système getLocalPort() : renvoie le numéro du port

public MulticastSocket(int port) throws SocketException

Communication avec un groupe multi-point (1)



Opérations possibles 

 



Adhésion à un groupe Echanger (Emettre/Recevoir) des données avec les membres d’un groupe Quitter un groupe

Méthodes 



public void joinGroup(InetAddress adrmultipt) throws SocketException public void leaveGroup(InetAddress adrmultipt) throws SocketException

Communication avec un groupe multi-point (2) 

  

Public synchronized void send(DatagramPacket dp, byte ttl) throws IOException, SocketException public void setInterface(InetAddress interface) throws SocketException public InetAddress getInterface() throws SocketException Non autorisé avec les applets!

courrier entrant (POP3 port 110), transfert de fichiers sécurisé (SFTP port 115), courrier entrant (IMAP3 port 220), authentification (LDAP, port 389), serveur web sécurisé (HTTPS port 443), accès à la base de données Mysql (port 3306)