Socket in Java. Modelli di comunicazione

Transcript

1 Socket in Java Programmazione in Ambienti Distribuiti A.A Modelli di comunicazione Connesso (stream-oriented) Basato sulla metafora del tubo Permette lo scambio di informazioni tra due partner Garantisce la consegna ordinata ed affidabile di tutti i dati scambiati Richiede ai sistemi operativi dei partner un certo impegno di risorse Non connesso (datagram-oriented) Basati sulla metafora della lettera Possono consentire la comunicazione tra più partner (uno a uno o uno a molti) Non garantiscono nulla sulla consegna Richiede ai sistemi operativi dei partner risorse limitate 2 1

2 Modello connesso (1) La comunicazione richiede tre fasi: 1. Richiesta di connessione Mittente e del destinatario allocano risorse per gestire il flusso di dati 2. Trasferimento di dati Mittente e destinatario possono scambiarsi dati di dimensione arbitraria: il sistema operativo provvede a frammentare le informazioni in pacchetti, in modo trasparente In caso di ricezioni di pacchetti errati o di mancata consegna, viene gestita automaticamente la ritrasmissione 3. Rilascio della connessione Le risorse vengono rilasciate 3 Modello connesso (2) Client Flusso inviato Flusso ricevuto Socket Indirizzo ben noto Rete Socket Server Flusso inviato Flusso ricevuto 4 2

3 Modello non connesso (1) Il mittente deve frammentare esplicitamente i dati in pacchetti La dimensione massima è finita Ogni pacchetto riporta gli estremi di mittente e destinatario I pacchetti possono essere inviati in qualunque momento Non occorre pre-allertare il destinatario Nessuna indicazione automatica circa l avvenuta consegna 5 Modello non connesso (2) Invia messaggio Ricevi messaggio Socket Rete Socket Invia messaggio Ricevi messaggio 6 3

4 Protocolli di trasporto Ogni architettura di rete definisce, a livello 4 (trasporto) del modello ISO/OSI, opportuni protocolli che permetto l instaurarsi di comunicazioni secondo i due diversi modelli Nel caso delle reti IP: TCP (Transport Control Protocol) fornisce servizi orientati alla connessione UDP (User Datagram Protocol) fornisce servizi di trasporto non connessi 7 Socket (1) Astrazione delle terminazioni di una connessione di rete A socket is defined to be the unique identification to or from which information is transmitted in the network (RFC maggio 1971) Concetto nato in ambiente Unix per reti di tipo IP ed esteso a contesti differenti Rete 8 4

5 Socket (2) Un unica interfaccia, molti servizi Non solo TCP/IP ma anche SPX/IPX, IPv6, IrDa, OSI, NetBios, ecc. Un socket è identificato univocamente dall indirizzo a livello rete o Nel caso IP v.4, 4 byte dal tipo di protocollo utilizzato dall indirizzo a livello trasporto o porta, nel caso di TCP e UDP 9 Socket: pro e contro Vantaggi Modello consolidato Indipendente dalla piattaforma Massima flessibilità Svantaggi Minimo livello di astrazione possibile Tutte le funzionalità avanzate (sicurezza, bilanciamento del carico, individuazione dei possibili interlocutori, ) sono a carico del programmatore 10 5

6 Socket in Unix Socket Stream Transport Layer Network Layer Datagram Transport Layer DataLink Layer 11 Socket in Unix Un unica interfaccia (struttura dati, funzioni) per una pluralità di comportamenti Raw socket per connettersi direttamente al protocollo di rete Stream socket per modellare sia il ruolo di client che quello di server nei protocolli connessi Datagram socket per modellare comunicazioni orientate ai messaggi Macchina a stati complessa per definire lo stato di ciascun socket 12 6

7 Socket in Java Un insieme di classi specializzate in compiti distinti Definiti nel package java.net Rispetto al modello originale UNIX, molte semplificazioni ed alcuni limiti Approccio ad oggetti Classi diverse modellano comportamenti diversi Macchina a stati semplificata Non è possibile accedere direttamente al protocollo di rete (non esistono socket di tipo raw ) 13 Classe ServerSocket Rappresenta il punto di ingresso lato rete di un server connesso Accetta richieste di connessione da parte dei client A fronte di una richiesta, crea nel server un oggetto di classe Socket connesso con il client Metodi fondamentali: public ServerSocket(int port) throws IOException public Socket accept() throws IOException public void close() throws IOException 14 7

8 Classe Socket (1) Rappresenta l estremo di una comunicazione di tipo connesso Può assumere tre stati: Non ancora connesso (usato raramente) In connessione Disconnesso Quando è in connessione, permette di inviare e ricevere dati verso l altro estremo Rende disponibili oggetti di tipo InputStream e OutputStream con cui è possibile interagire 15 Classe Socket (2) Metodi fondamentali: public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException, SecurityException; public InputStream getinputstream() throws IOException public OutputStream getoutputstream() throws IOException public void close() throws IOException() 16 8

9 Server minimale class TrivialServer { public static void main(string args[]) { try { ServerSocket ss= new ServerSocket(1234); Socket s= ss.accept(); ss.close(); // verrà accettata un unica connessione BufferedReader br=new BufferedReader( new InputStreamReader(s.getInputStream())); System.out.println(br.readLine()); s.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } } 17 Client minimale class TrivialClient { public static void main(string args[]) { try { Socket s= new Socket( localhost, 1234); PrintWriter out =new PrintWriter( s.getoutputstream(), true); out.println( Hello Socket World ); s.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } } 18 9

10 Scambio di dati (1) I flussi di ingresso e uscita dei socket permettono lo scambio di dati con il partner remoto Le comunicazioni sui due canali sono del tutto indipendenti e possono avvenire in qualsiasi ordine (canale di comunicazione full duplex) Per facilitare l implementazione dei servizi, client e server si accordano (preventivamente) su un protocollo applicativo che definisce le regole che governano tale comunicazione: o Si può parlare contemporaneamente? o Chi parla per primo? o Cosa è lecito dirsi? o 19 Scambio di dati (2) Si opera sui flussi tramite i metodi elementari di InputStream e OutputStream o i loro derivati int read() void write(int b) Tali metodi sono bloccanti: Quando vengono invocati non ritornano fino a che l operazione richiesta non è terminata (o abortita esplicitamente da una terza parte) 20 10

11 Scambio di dati (3) Per semplificare lo scambio di dati, spesso si utilizzano classi filtro specializzate nell aggiungere funzionalità ulteriori Reader/Writer: utilizzo di caratteri Unicode invece che byte come dati elementari BufferedInputSrteam/BufferedOutputStream: inserimento di un buffer per migliorare le prestazioni DataInputStream/DataOutputStream: metodi per la (de)codifica di dati più complessi 21 Struttura di un server (1) Un processo server attende continuamente richieste che possono provenire da una molteplicità di client Ogni richiesta deve essere gestita, restando in attesa di richieste ulteriori Il suo algoritmo è centrato su un ciclo: boolean bcontinue=true; ServerSocket ss= new ServerSocket(port); while (bcontinue) { Socket s= ss.accept(); handlerequest(s); } ss.close(); 22 11

12 Struttura di un server (2) Il metodo handlerequest( ) implementa il protocollo di comunicazione con il client All interno di questo metodo si elaboreranno i dati provenienti dal client e si gestirà opportunamente l interazione Al termine dell interazione, il metodo ritorna e diventa possibile accettare una nuova richiesta da parte di un client differente Cosa succede se, a causa di un malfunzionamento o di un errore di programmazione, il server non riesce a leggere un messaggio atteso da un client? E cosa capita se due client cercano di connettersi contemporaneamente al server? 23 Socket: in profondità (1) Ogni socket connesso è legato ad una porta Altrimenti i protocolli di rete non potrebbero recapitare i dati ad esso destinati Nel caso dei client, la porta spesso è irrilevante All atto della costruzione, viene scelta la prima disponibile Il metodo int getlocalport() permette di conoscerla Ogni calcolatore può avere più di una scheda di rete Normalmente vengono creati socket che dialogano con la scheda primaria Nel costruttore è possibile specificare l indirizzo della scheda da utilizzare e la relativa porta 24 12

13 Socket: in profondità (2) I protocolli di trasporto spesso offrono una molteplicità di opzioni che ne precisano il comportamento Per default, i socket utilizzano i valori base È possibile conoscerli e specificarne di alternativi utilizzando appositi metodi void setkeepalive(boolean on); void setoobinline(boolean on); void setreceivebuffersize(int size); void setreuseaddress(boolean on); void setsendbuffersize(int size); void setsolinger(boolean on, int linger); void setsotimeout(int timeout); void settcpnodelay(boolean on); void settrafficclass(int tc); 25 DatagramSocket (1) Classe che modella un estremo di una conversazione non connessa Offre metodi per l invio e la ricezione di pacchetti singoli Nell implementazione base, basata su UDP, la dimensione massima del pacchetto è 64KByte Il protocollo applicativo deve farsi carico di aspetti di trasporto Suddividere informazioni troppo grosse in pacchetti differenti Numerare i pacchetti Verificarne la consegna 26 13

14 DatagramSocket (2) Metodi fondamentali: public DatagramSocket(int port) throws SocketException, SecurityException; public void send(datagrampacket p) throws IOException; public void receive(datagrampacket p) throws IOException; public void close(); 27 DatagramPacket Modella un singolo pacchetto scambiato all interno di una comunicazione non connessa Metodi fondamentali: public DatagramPacket(byte[ ] buf, int length); public DatagramPacket(byte[ ] buf, int length, InetAddress address, int port); public byte[ ] getdata(); public int getoffset(); public InetAddress getaddress(); public int getport(); 28 14

15 Invio di informazioni int LOCAL_PORT= ; int remote_port= ; InetAddress remote_address= new InetAddres( ); byte[] buf= new byte[64000]; // buf viene riempito socket = new DatagramSocket(LOCAL_PORT); packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, remote_address, remote_port); socket.send(packet); // socket.close(); 29 Ricezione di informazioni int LOCAL_PORT= ; int remote_port; byte[] buf= new byte[64000]; InetAddress remote_address; socket = new DatagramSocket(LOCAL_PORT); packet = new DatagramPacket(buf, buf.length); socket.receive(packet); remote_port= packet.getport(); remote_address= packet.getaddress(); //Si accede al contenuto di buf socket.close(); 30 15

16 Multicast È possibile inviare pacchetti datagram a destinazioni multiple SI utilizza la class MulticastSocket, sottoclasse di DatagramSocket L indirizzo del destinatario, specificato nel pacchetto deve essere un indirizzo di gruppo Nel caso UDP/IP, il destinatario avrà un indirizzo compreso tra Occorre registrarsi come membri dell indirizzo di gruppo tramite il metodo joingroup(inetaddress) Occorre anche indicare il raggio (in numero di router attraversati) del gruppo tramite settimetolive(int) 31 16