26/09/2005 LCMI - DAS - UFSC 1

Introdução aos Sockets Java

Fábio Favarim

fabio@das.ufsc.brDAS – Departamento de Automação e Sistemas

UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina

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Sumário● Introdução

● Sockets TCP

● Sockets UDP

● Sockets Multicast

● Referências

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Introdução

● Toda a comunicação entre processos em um sistema distribuído é, normalmente, baseada em trocas de mensagens.

● Quando vários processos precisam se comunicar, é necessária a adoção de protocolos, para que possam se entender.

Meio de Transmissão

Protocolo

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Protocolos

Tempo

Com licença?

Que horas são?

Com licença?

Solicita conexão

Envia mensagem

Fecha Conexão

Pois não...

De nada.

São 10h15.

Aceita conexão

Confirma recepção

Libera Conexão

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O que são sockets?

• São abstrações que representam pontos de comunicação através dos quais processos se comunicam;

• Para que dois computadores possam trocar informações

– Cada um utiliza um socket.

Processo

socket

TCP ou UDPSistemaOperacional

Aplicação Processo

socket

TCP ou UDP

Rede

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Cliente/Servidor

Que horas são?

São 10:20 da manhã.

CLIENTE SERVIDOR

Requisita serviço

Fornece serviço

Os papeis de clientes e servidores não são fixos em processos: um servidor pode ser cliente de outro serviço.

● Os sockets adotam o paradigma cliente/servidor.

– Um computador é o Servidor: abre o socket e fica na escuta, a espera de mensagens ou pedidos de conexões dos clientes

– O outro é o Cliente: envia mensagens para o socket servidor

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Sockets na Internet● Na Internet, cada máquina têm um endereço único: Endereço IP

● Cada endereço IP possui portas associadas, que representam conexões individuais com este endereço

● Algumas portas conhecidas:

echo(7) ftp(21) telnet(23) http(80) pop3(110)● Definidas pela IANA (Internet Assigned Numbers Authority) ● Para se comunicar com um servidor, um cliente precisa:

– Endereço IP da máquina onde o servidor executa– Número da porta que o servidor escuta. Ex: 221.13.45.6:80.

● Binding: quando o socket é criado, uma porta deve ser associada

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Modos de Operação● Orientado a conexão: TCP (Transport Control Protocol)

– As mensagens são enviadas através de um canal de comunicação

● Sem conexão: UDP (User Datagram Protocol)

– As mensagens de tamanho fixo (datagramas) são transmitidas individualmente para destinos especificos

Canal de Comunicação

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Tipos de sockets● TCP - Orientado a conexão

– A conexão deve ser estabelecida antes da transmissão dos dados;

– A conexão deve ser encerrada após a transmissão dos dados;

– Em termos de qualidade de serviço da comunicação: confiável e respeita ordem FIFO.

– Ex: sistema de telefonia

● UDP - Sem conexão

– O endereço destino é especificado em cada datagrama.

– Em termos de qualidade de serviço: não garante confiabilidade e nem ordenação;

– Menos overhead na comunicação.

– Ex: Correspondência via serviço postal

● O modo usado depende das necessidades da aplicação

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Usando Sockets em Java● Pacote java.net;

● Principais classes:

– TCP: Socket e ServerSocket;

– UDP: DatagramPacket e DatagramSocket;

– Multicast: DatagramPacket e MulticastSocket.

● Este pacote também contém classes que fornecem suporte a manipulação de URLs e acesso a serviços HTTP, entre outras coisas.

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Sockets TCP● Clientes e servidores são diferentes.

– Servidor usa a classe ServerSocket para “escutar” uma porta de rede da máquina a espera de requisições de conexão.ServerSocket sSocket = new ServerSocket(12345,5);

– Clientes utilizam a classe Socket para requisitar conexão a um servidor específico e então transmitir dados.Socket cSocket = new Socket(“213.13.45.2”,12345);

● A seguir explicaremos detalhadamente como construir servidores e clientes em Java.

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Servidor TCP● Inicialmente, um servidor deve criar um socket que associe o

processo a uma porta do host;

ServerSocket sSocket = new ServerSocket(porta,backlog);

porta: número da porta que o socket deve esperar requisições;

backlog: tamanho máximo da fila de pedidos de conexão que o sistema pode manter para este socket.

- O backlog permite que requisições sejam enfileiradas (em estado de espera) enquanto o servidor está ocupado executando outras tarefas.

- As requisições são processadas uma a uma

- Se uma requisição de conexão chegar ao socket quando esta fila estiver cheia, a conexão é negada.

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Servidor TCP● O método accept é usado para retirar as requisições da fila.

– Fica bloqueado até que um cliente solicite uma requisição

Socket socket = sSocket.accept();

● O método accept retorna uma conexão com o cliente

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Servidor TCP● Quando do recebimento da conexão, o servidor pode

interagir com o cliente através da leitura e escrita de dados no socket.

● A comunicação em si é feita com o auxílio de classes tipo streams, que são classes do pacote java.io.

– Stream de Leitura:

DataInputStream in = new DataIntputStream(cliente.getInputStream());

Este stream tem vários métodos read (ver pacote java.io).– Stream de Escrita:

DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());

Este stream tem vários métodos write (ver pacote java.io).

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Servidor TCP● Encerramento da conexão.

– Com um cliente em específico:socket.close();

– Do socket servidor (terminando a associação com a porta do servidor):sSocket.close();

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Servidor TCP

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port,backlog); do{ //aguarda conexão

Socket socket = serverSocket.accept();//obtém o stream de entrada e o encapsula

DataInputStream dataInput = new DataInputStream(socket.getInputStream());

//obtém o stream de saída e o encapsulaDataOutputStream dataOutput =

new DataOutputStream(socket.getOutputStream());//executa alguma coisa... no caso, um eco.String data = dataInput.readUTF();

dataOutput.writeUTF(data);//fecha o socketsocket.close();

}while(notExit());

serverSocket.close();

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Cliente TCP● Inicialmente, o cliente deve criar um socket especificando o

endereço e a porta do serviço a ser acessado:Socket socket = new Socket(host, porta);

host é endereço ou nome do servidor

porta é o número da porta em que o servidor está escutandoEsta chamada representa a requisição de uma conexão com o servidor. Se o construtor for executado sem problemas, a conexão está estabelecida.

● A partir daí, da mesma forma que no servidor, o cliente pode obter os streams de entrada e saída.

DataInputStream in = new DataIntputStream(cliente.getInputStream());

DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());

● Ao final, o socket é fechado da mesma forma que no servidor.

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Cliente TCP

InetAddress address = InetAddress.getbyName(name);

Socket serverSocket = new Socket(address,port); //obtém o stream de saída e o encapsulaDataOutputStream dataOutput =

new DataOutputStream(socket.getOutputStream());//obtém o stream de entrada e o encapsulaDataInputStream dataInput =

new DataInputStream(socket.getInputStream());

//executa alguma coisa... no caso, envia uma mensagem //e espera resposta.dataOutput.writeUTF(request);String response = dataInput.readUTF();

//fecha o socketsocket.close();

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Resumo – Sockets TCP• Servidor

– Cria o socket servidor e aguarda conexão

– Usa método accept() para pegar novas conexões

– Cria streams entrada/saída para o socket da conexão

– Faz a utilização dos streams conforme o protocolo

– Fecha os streams– Fecha socket da conexão– Repete várias vezes– Fecha o socket servidor

• Cliente– Cria o socket com conexão

cliente– Associa streams de leitura e

escrita com o socket– Utiliza os streams conforme

o protocolo do servidor– Fecha os streams– Fecha o socket

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Resumo – Sockets TCP

mais

Iniciaaplicação

Terminaaplicação

Cria o socket

Fecha streamse socket

Cria streamsConduz conversa

Aceita conexão

Cria streamsConduz conversa

Fecha streamse socket

Cria o socketservidor

SimNão

Tentativa de conexão

Desconexão

Troca de dados

Cliente Servidor

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Resumo – Sockets TCP● Servidor apresentado processa uma conexão de cada vez

● Servidor concorrente

– Cria uma nova thread para cada conexão aberta

– Consegue processar várias conexões simultaneamente

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Sockets UDP● A comunicação UDP é feita através de duas classes:

– A mesma classe é usada pelo cliente e pelo servidor– Classe DatagramSocket:

● Socket servidor:

DatagramSocket socket = new DatagramSocket(porta);

O servidor deve especificar sua porta. Omissão próxima porta livre.

● Socket cliente:

DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

– Classe DatagramPacket● As comunicações ocorrem através da troca de datagramas● Os datagramas contêm:

– os dados a serem enviados e recebidos– endereço de destino/origem do datagrama.

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Servidor UDP● Inicialmente o servidor deve criar um socket que o associe a uma porta

da máquina.

– DatagramSocket socket = new DatagramSocket(porta);

– porta: número da porta que o socket deve esperar requisições;

● Depois do socket criado, o servidor fica bloqueado até o recebimento de um datagrama (método receive)

byte[] buffer = new byte[n]; \\{array de bytes}

DatagramPacket dg = new DatagramPacket(buffer,n);

socket.receive(dg);

– Os dados recebidos devem caber no buffer do datagrama. Desta forma, protocolos mais complexos baseados em datagramas devem definir cabeçalhos e mensagens de controle.

● Fechamento do socket: socket.close();

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Servidor UDP● Para enviar dados para um socket datagrama

– Necessário um endereço, classe InetAddress– InetAddress addr = InetAddress.getByName(“alambique.das.ufsc.br”);

● O envio de datagramas é realizado de forma bastante simples:

String toSend = “Este eh o dado a ser enviado!”;

byte data[] = toSend.getBytes();

DatagramPacket sendPacket = new

DatagramPacket(data,data.length,host,porta);

socket.send(sendPacket);● A String deve ser convertida para array de bytes.● Endereço destino (host + porta ) é incluído no DatagramPacket.● Como saber quem enviou o pacote ?

– pacoteRecebido.getAddress();– pacoteRecebido.getPort();

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Servidor UDP

DatagramSocket socket = new DatagramSocket(port);

do{//recebimento dos dados em um buffer de 1024 bytesDatagramPacket recPacket = new DatagramPacket(

new byte[1024],1024);socket.receive(recPacket); //recepção

//envio de dados para o emissor do datagrama recebido

DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(recPacket.getData(),recPacket.getData().length,recPacket.getAddress(),recPacket.getPort());

socket.send(sendPacket); //envio}while(notExit());

socket.close();

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Cliente UDP

● Inicialmente o cliente deve criar um socket.

DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

● Opcional: o cliente pode conectar o socket a um servidor específico, de tal forma que todos os seus datagramas enviados terão como destino esse servidor.

socket.connect(host,porta);

Parâmetros: host é endereço ou nome do servidor e porta é o número da porta em que o servidor espera respostas.

Executando o connect, o emissor não necessita mais definir endereço e porta destino para cada datagrama a ser enviado.

● A recepção e o envio de datagramas, bem como o fechamento do socket, ocorrem da mesma forma que no servidor.

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Cliente UDPInetAddress address = InetAddress.getByName(name);

DatagramSocket socket = new DatagramSocket();//socket.connect(address,port);

byte[] req = ...//envio de dados para o emissor do datagrama recebidoDatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(req,req.length,address,port);//DatagramPacket dg1 = new DatagramPacket(req,req.length); socket.send(sendPacket); //envio

//recebimento dos dados em um buffer de 1024 bytesDatagramPacket recPacket = new DatagramPacket(

new byte[1024],1024);socket.receive(recPacket); //recepçãobyte[] resp = recPacket.getData();

socket.close();

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Resumo – Sockets UDP

• Cliente– Cria um socket datagrama em

qualquer porta livre

– Cria um endereço destinatário

– Envia os dados conforme o protocolo em questão

– Espera por dados com a resposta

– Repete várias vezes

– Fecha o socket datagrama

• Servidor– Cria um socket datagrama em

uma porta específica

– Chama receive() para esperar por pacotes

– Responde ao pacote recebido conforme protocolo em questão

– Repete várias vezes

– Fecha o socket

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Resumo – Sockets UDP

Fim?

Iniciaaplicação

Terminaaplicação

Envia dados(solicitação)

Recebe dados

Recebe dados

Envia dados(resposta)

Fecha socket

Cria o socketdatagrama

Sim

Não

Cria o socketdatagrama

Fim?

Sim

Fecha socket

Não

Dados do Cliente

Dados do Servidor

Cliente Servidor

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Sockets Multicast● Por ser um modelo baseado em datagramas a programação

baseada em UDP/Multicast IP não difere muito da programação UDP já vista.

● As duas principais diferenças, em termos de modelo de programação, são:

– Uso da classe MulticastSocket (ao invés de DatagramSocket). A classe MulticastSocket estende a classe DatagramSocket ( os métodos da segunda estão disponíveis na primeira);

– Servidores interessados em receber mensagens de um grupo devem entrar nesse grupo.

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Revisão: Multicast IP● Extensões ao protocolo IP para comunicação multiponto;

● Assim como o IP “unicast”, não oferece garantias a respeito da entrega ou ordenação de pacotes;

● Cada grupo é identificado por um endereço IP classe D (224.0.0.0 a 239.255.255.255);

● Define grupos abertos e não provê informações sobre quem são os membros (membership);

● O gerenciamento de grupos é feito de maneira dinâmica através de operações implementadas pelo IGMP (Internet Group Management Protocol).

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Sockets Multicast● Operações para gerenciamento de grupos:

– CreateGroup: Cria um grupo cujo único membro é o host criador;

Executa quando um primeiro servidor se junta a um grupo.– JoinGroup: Requisita a adição deste host a um grupo existente;

MulticastSocket socket = new MulticastSocket(porta);

socket.joinGroup(groupAddress);– LeaveGroup: Pede a remoção do host invocador ao grupo especificado.

socket.leaveGroup(groupAddress);● Operações para envio e recepção de grupos: socket.send(dg) ou

socket.receive(dg).

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Servidor Multicast IP

InetAddress groupAddress = InetAddress.getByName(“226.1.1.1”);

MulticastSocket socket = new MulticastSocket(port);socket.joinGroup(groupAddress);

do{//recebimento dos dados em um buffer de 1024 bytesDatagramPacket dg = new DatagramPacket(

new byte[1024],1024);socket.receive(dg); //recepção

//imprime a mensagem recebidaSystem.out.println(“received ”+

new String(dg.getData).trim());}while(notExit());

socket.leaveGroup(groupAddress);socket.close();

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Cliente Multicast IP

String message = ...InetAddress groupAddress = InetAddress.getByName(“226.1.1.1”);

MulticastSocket socket = new MulticastSocket();

byte[] data = message.getBytes();

//recebimento dos dados em um buffer de 1024 bytesDatagramPacket dg = new DatagramPacket(

data,data.length,0,groupAddres,port);socket.send(dg); //envio

socket.close();

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Referências● Sockets em Java

– http://java.sun.com/docs/books/tutorial/networking/index.html

– http://java.sun.com/developer/technicalArticles/ALT/sockets/

● Sockets em C– http://www.cs.rpi.edu/courses/sysprog/sockets/sock.html

– http://www.scit.wlv.ac.uk/~jphb/comms/sockets.html

● Esta apresentação e exemplo de cada tipo de sockets em:

– www.das.ufsc.br/~fabio/sockets/

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