Programmation Réseaux Illustration : Les Sockets en Java Anne-Marie Déry À travailler seuls Concepts généraux Mise en œuvre Java.

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1 Programmation Réseaux Illustration : Les Sockets en Java Anne-Marie Déry À travailler seuls Concepts généraux Mise en œuvre Java

2 Communication asynchrone par messages Communication par diffusion

3 Communication par message : Envoi de datagrammes application opération Client Serveur req1 rep1 reqn repn

4 Programmation Socket avec UDP UDP: pas de connexion entre le client et le serveur Pas de lien privilégié entre le client et le serveur Lemetteur attache ladresse IP et le port pour le retour. Le serveur doit extraire ladresse IP et le port de lexpéditeur à partir du datagramme reçu application viewpoint UDP fournit un transfert non fiable de groupes doctets (datagrammes) entre un client et le serveur UDP: les données transmises peuvent être reçues dans le désordre ou perdues

5 Client/server socket interaction: UDP close clientSocket Serveur read reply from clientSocket create socket, clientSocket = DatagramSocket() Create, address ( hostid, port=x, send datagram request using clientSocket create socket, port= x, for incoming request: serverSocket = DatagramSocket() read request from serverSocket write reply to serverSocket specifying client host address, port umber Client

6 Datagrammes UDP et Sockets 2 classes : DatagramPacket et DatagramSocket Datagramme = un message indépendant envoyé sur le réseau arrivée, temps darrivée et contenu non garantis packages dimplémentation de communication via UDP de datagrammes

7 Exemple Un serveur de citation qui écoute un socket type datagram et envoie une citation si le client le demande Un client qui fait simplement des requêtes au serveur ATTENTION Plusieurs firewalls et routeurs sont configurés pour interdire le passage de paquets UDP

8 Une Application Client Serveur Le serveur reçoit en continu des paquets mode datagramme sur un socket un paquet reçu = une demande de citation dun client le serveur envoie en réponse un paquet qui contient une ligne "quote of the moment" Lapplication cliente envoie simplement un paquet datagramme au serveur indiquant quil souhaite recevoir une citation et attend en réponse un paquet du serveur.

9 La classe QuoteServer socket = new DatagramSocket(4445); Création dun DatagramSocket sur le port 4445 qui permet au serveur de 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 contient une liste de citations ( une citation par ligne)

10 suite contient une boucle qui tant quil y a des citations dans le fichier attend larrivée 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);

11 Suite Adresse Internet + numéro de port (issus du DatagramPacket ) = identification du client pour que le serveur puisse lui répondre Larrivée du DatagramPacket implique une requête ->contenu du buffer inutile Le constructeur utilisé pour le DatagramPacket : un tableau doctets contenant le message et la taille du tableau + Ladresse Internet et un no de port. Lorsque le serveur a lu toutes les citations on ferme le socket de communication. socket.close();

12 La classe QuoteClient envoie une requête au QuoteServer, attend la réponse et affiche la réponse à lécran. 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 serveur if (args.length != 1) { System.out.println("Usage: java QuoteClient "); return; }

13 La partie principale du main Création d un DatagramSocket DatagramSocket 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 laffiche

14 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 se déconnecter, pour envoyer un paquet datagramme, pour un recevoir un paquet datagramme (connect, disconnect, send, receive)

15 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…)

16 Communication par diffusion : Multicast Clientn Serveur Client1 Client2 Gr

17 Ouvrir un socket = demander à se Connecter Les clients demandent seulement à joindre un groupe

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

19 Créer un paquet de sortie Préparer et Envoyer une donnée Scénario dun serveur Fermer le socket dentrée Créer le socket dentrée

20 Scénario dun client Création dun paquet dentrée Attente de données en entrée Réception et traitement des données en entrée Fermer le socket d entrée Créer le socket dentrée

21 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)

22 Multicast: MulticastSocket Type de socket utilisé côté client pour écouter des paquets que le serveur « broadcast » à plusieurs clients.. Une extension du QuoteServer : broadcaste à intervalle régulier à tous ses clients

23 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();}

24 Différences principales Le DatagramPacket est construit à partir de de « ladresse 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). Ladresse InetAddress "230.0.0.1" correspond à un identificateur de groupe et non à une adresse Internet de la machine dun client Le DatagramPacket est destiné à tous les clients qui écoutent le port 4446 et qui sont membres du groupe "230.0.0.1".

25 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 ladresse didentification du groupe. Le serveur utilise un DatagramSocket pour faire du broadcast à partir de données du client sur un MulticastSocket. Il aurait pu utiliser aussi un MulticastSocket. Le socket utilisé par le serveur pour envoyer le DatagramPacket nest pas important. Ce qui est important pour le broadcast est dadresser linformation contenue dans le DatagramPacket, et le socket utilisé par le client pour lécouter.

26 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();

27 Synthèse ClientServeur TCPaSocketaServerSocket connectéwriteread readwrite UDPaDatagramSocketaDatagramSocket non connecté sendreceive receivesend MulticastaMulticastSocketaDatagramSocket/ aMulticastSocket receivesend I/O Stream aDatagramPacket

28 Quelques Informations utiles sur la sérialisation Java

29 Sérialisation-Desérialisation Enregistrer ou récupérer des objets dans un flux –Persistance –Transfert sur le réseau

30 Sérialisation Via la méthode writeObject() –Classe implémentant linterface OutputObject –Exemple : la classe OutputObjectStream –Sérialisation dun objet -> sérialisation de tous les objets contenus par cet objet Un objet est sauvé quune fois : cache pour les listes circulaires

31 Desérialisation Via la méthode readObject() –Classe implémentant linterface InputObject –Exemple : la classe InputObjectStream

32 Exception NotSerializableException Si la classe de lobjet sauvé –Nétend ni linterface Java Serializable –Ni linterface Java Externalizable

33 Interface Serializable Ne contient pas de méthode -> enregistrement et récupération de toutes les variables dinstances (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 lobjet enregistré

34 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 dinformations à lenregistrement, choix de sérialisation Seulement pour les champs propres de la classe (héritage géré automatiquement)

35 Gestion de la sérialisation : utiliser Externalizable Graphe dhéritage complet Implémenter les méthodes public void writeExternal(ObjectOutput o) throws IOException public void readExternal(ObjectInput o) throws IOException –ATTENTION PBM de SECURITE

36 Un peu plus de réflexivité Les ClassLoader ????

37 Classe ClassLoader ClassLoader 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 qui constituent une définition de la classe. Chaque objet Class a une référence à un ClassLoader qui le définit. Applications implémentent des sous classes de ClassLoader afin détendre la façon de dynamiquement charger des classes par la VM. (utilisation de manager de sécurité, par exemple)

38 ClassLoader ? En UNIX la VM charge les classes à partir des chemins définis dans CLASSPATH. Certaines classes peuvent être obtenues à partir dautres sources, telles que le réseau ou construites par une application. La méthode defineClass convertit un tableau doctets en une instance de Class. Instances pouvant être créées grâce à newInstance Les méthodes et constructeurs créés par un class loader peuvent référencer dautres classes (loadClass du class loader de cette classe).

39 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.

40 Définir un nouveau type de socket Pourquoi ? Préparer les données avant de les envoyer Reconstruire les données reçues Exemple Java RMI Sockets spécialisées (marshalling et unmarshalling) Exemple Images : Compression et Décompression Comment ? En spécialisant les classes de base

41 Comment Définir un nouveau type de Sockets La classe CompressionSocket et ses classes relatives 4 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 limage avant décrire 2. Etendre java.io.FilterInputStream Le read doit décompresser après avoir lu

42 Comment Définir un nouveau type de Sockets La classe CompressionSocket et ses classes relatives 4 étapes 3. Etendre java.net.Socket Implémenter les constructeurs appropriés et surcharger getInputStream, getOutputStream et close. 4. Etendre java.net.ServerSocket Implémenter le constructeur et surcharger accept pour créer un socket du bon type.

43 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 daccent (caractères Unicode / UTF),

44 Un « nouveau » Package : java.nio Channels : qui représentent des connexions entre entités avec de meilleures performances pour les opérations de lecture et décriture Selectors et selection keys : associées aux selectable channels définissent des E/S multiplexées non bloquantes –évitent les threads

45 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

46 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)

47 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.

48 Exemple : Serveur dheure import java.io.*; import java.net.*; import java.nio.*; import java.nio.channels.*; import java.nio.charset.*; import java.util.*; import java.util.regex.*;

49 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);

50 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; }

51 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(); } }

52 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); } }

53 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 lappel de méthodes à distance - Java RMI et une normalisation Corba avec lintégration dun ORB ….