Introdução aos Sockets Java
Fábio Favarim
[email protected]
DAS – Departamento de Automação e Sistemas
UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina
26/09/2005
LCMI - DAS - UFSC
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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.
Protocolo
Meio de Transmissão
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Com licença?
Protocolos
Solicita conexão
Pois não...
Aceita conexão
Que horas são?
Envia mensagem
São 10h15.
Confirma recepção
Com licença?
Fecha Conexão
De nada.
Libera Conexão
Tempo
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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.
Aplicação
Sistema
Operacional
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Processo
socket
TCP ou UDP
Rede
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Processo
socket
TCP ou UDP
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Cliente/Servidor
●
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
Requisita
serviço
Fornece
serviço
Que horas são?
São 10:20 da manhã.
SERVIDOR
CLIENTE
Os papeis de clientes e servidores não são fixos em processos:
um servidor pode ser cliente de outro serviço.
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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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●
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Modos de Operação
●
Orientado a conexão: TCP (Transport Control
Protocol)
–
As mensagens são enviadas através de um canal
de comunicação
Canal de Comunicação
●
Sem conexão: UDP (User Datagram Protocol)
–
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As mensagens de tamanho fixo (datagramas) são
transmitidas individualmente para destinos
especificos
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Tipos de sockets
●
●
●
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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:
●
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–
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);
●
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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.
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-
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();
●
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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 encapsula
DataOutputStream dataOutput =
new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
//executa alguma coisa... no caso, um eco.
String data = dataInput.readUTF();
dataOutput.writeUTF(data);
//fecha o socket
socket.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
escutando
Esta 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());
●
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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 encapsula
DataOutputStream dataOutput =
new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
//obtém o stream de entrada e o encapsula
DataInputStream 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 socket
socket.close();
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Resumo – Sockets TCP
• Servidor
• Cliente
– 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
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– 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
Cliente
Servidor
Inicia
aplicação
Cria o socket
servidor
Cria o socket
Tentativa de conexão
Aceita conexão
Cria streams
Conduz conversa
Troca de dados
Cria streams
Conduz conversa
Fecha streams
e socket
Desconexão
Fecha streams
e socket
Termina
aplicação
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Não
mais
Sim
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Resumo – Sockets TCP
●
●
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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:
–
–
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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);
–
●
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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 ?
–
–
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pacoteRecebido.getAddress();
pacoteRecebido.getPort();
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Servidor UDP
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(port);
do{
//recebimento dos dados em um buffer de 1024 bytes
DatagramPacket 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.
●
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A recepção e o envio de datagramas, bem como o
fechamento do socket, ocorrem da mesma forma que no
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Cliente UDP
InetAddress address = InetAddress.getByName(name);
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
//socket.connect(address,port);
byte[] req = ...
//envio de dados para o emissor do datagrama recebido
DatagramPacket 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 bytes
DatagramPacket recPacket = new DatagramPacket(
new byte[1024],1024);
socket.receive(recPacket); //recepção
byte[] resp = recPacket.getData();
socket.close();
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Resumo – Sockets UDP
• Cliente
• Servidor
– 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
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– 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
Cliente
Cria o socket
datagrama
Envia dados
(solicitação)
Recebe dados
Servidor
Inicia
aplicação
Dados do Cliente
Dados do Servidor
Cria o socket
datagrama
Recebe dados
Envia dados
(resposta)
Não
Fim?
Fim?
Sim
Sim
Fecha socket
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Não
Termina
aplicação
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Fecha socket
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Sockets Multicast
●
●
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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
●
●
●
●
●
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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);
●
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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 bytes
DatagramPacket dg = new DatagramPacket(
new byte[1024],1024);
socket.receive(dg); //recepção
//imprime a mensagem recebida
System.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 bytes
DatagramPacket 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:
–
26/09/2005
www.das.ufsc.br/~fabio/sockets/
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