Aula 02 - CS e sockets

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Linguagem e Técnica de Programação II
Ana Patrícia F. Magalhães Mascarenhas
anapatriciamagalhaes@gmail.com
2014.2
Aula 2 – Desenvolvimento cliente/servidor - sockets
Agenda
Arquitetura Cliente Servidor
Sockets
Exercícios
2
Arquitetura Cliente-Servidor 
193.14.145.01
10.5.0.1
Cliente
Servidor
Sobre os servidores
Entram em execução antes do cliente
Utilizam uma porta específica para comunicação, onde recebe solicitações
Precisam atender a várias solicitações concomintantes
Normalmente possuem um programa mestre e um conjunto de escravos responsáveis por solicitações individuais
4
4
Funcionamento
5
1. Servidor entra em execução, abre porta
2. Servidor aguarda algum cliente
5. Servidor inicia escravo e executa processamento
6 . Servidor retorna ao ponto 2.
3. Cliente entra em execução
4. Cliente faz solicitação
5. Cliente recebe o retorno
6. Cliente finaliza
5
Ainda sobre servidores
6
Solicitações rápidas podem terminar mais cedo independente da ordem que começaram
Ex.:
Transferência de arquivo
Cliente 1: solicita transferência de um arquivo longo
Cliente 2: solicita transferência de um arquivo pequeno
Cada cliente será executado por um escravo, portanto o cliente 2 pode finalizar antes do 1.
6
Conclusão
7
Servidores são mais complexos que clientes
7
Sockets
Dois processos comunicam-se escrevendo dados em sockets e/ou lendo dados de sockets
Objeto de software que conecta uma aplicação a um protocolo da camada de rede. 
Simplifica o desenvolvimento do programa, liberando o desenvolvedor das tarefas realizadas pela camada de transporte (usa ex. protocolo TCP ou UDP)
Para identificar um processo numa rede é necessário:
Endereço IP – do host que executa o outro processo
Número da porta – identifica qual o processo local do host para o qual a mensagem será despachada
8
Programação com sockets
API Sockets 
são explicitamente criados, usados e liberados por apls
paradigma cliente/servidor
dois tipos de serviço de transporte via API Sockets
datagrama não confiável 
fluxo de bytes, confiável
9
uma interface (uma “porta”), local ao hospedeiro, criada por e pertencente à aplicação, e controlado pelo SO, através da qual um processo de aplicação pode tanto enviar como receber mensagens para/de outro processo de aplicação 
(remoto ou local)
socket
Meta: aprender a construir aplicações cliente/servidor que se comunicam usando sockets
Programação com sockets usando TCP
Cliente deve contactar servidor
processo servidor deve antes estar em execução
servidor deve antes ter criado socket (porta) que aguarda contato do cliente
Quando cliente cria socket: TCP do cliente estabelece conexão com TCP do servidor
Quando contatado pelo cliente, o TCP do servidor cria socket novo para que o processo servidor possa se comunicar com o cliente
permite que o servidor converse com múltiplos clientes
10
TCP provê transferência 
confiável, ordenada de bytes 
(“tubo”) entre cliente e servidor
ponto de vista da aplicação
Comunicação entre sockets
11
Conectando-se a um Servidor com TCP
Para se conectar a um servidor usa-se um socket.
Para se criar um socket usa-se o construtor da classe Socket(String host, int porta).
Para ler de um socket usa-se a stream de entrada do socket obtida por getInputStream()
Para escrever em um socket usa-se a stream de saída do socket obtida por getOutputStream()
12
Esquema do Cliente TCP
Abre-se uma conexão:
Socket s = new Socket(“www”, 80);
Escreve-se a requisição no socket:
s.getOutputStream().writeln(“GET / HTTP1.1”)
Consome-se a resposta do servidor
s.getInputStream().readln()
Fecha-se a conexão
s.close()
13
A Classe InetAddress
A classe InetAddress representa um endereço IP em Java.
Ela faz as chamadas necessárias ao DNS e realiza as conversões necessárias de nome para endereço IP e vice-versa.
static InetAddress getByName(String host)
static InetAddress[] getAllByName(String host)
14
A Classe InetAddress
A classe fornece um conjunto de métodos para:
Retornar o array de bytes com os quatro bytes de um endereço IP
byte[] getAddress()
Retornar o endereço IP como uma string de números decimais separados por pontos
String getHostAddress()
Retornar o nome do servidor
String getHostName()
15
Exemplo de aplicação cliente-servidor
cliente lê linha da entrada padrão (fluxo doUsuário), envia para servidor via socket (fluxo paraServidor)
servidor lê linha do socket
servidor converte linha para letras maiúsculas, devolve para o cliente
cliente lê linha modificada do socket (fluxo doServidor), imprime-a
16
Interações cliente/servidor usando o TCP
17
aguarda chegada de 
pedido de conexão
socketConexão =
socketRecepção.accept()
cria socket,
porta=x, para
receber pedido:
socketRecepção = 
ServerSocket ()
cria socket,
abre conexão a nomeHosp, porta=x
socketCliente = 
Socket()
fecha
socketConexão
lê resposta de
socketCliente
fecha
socketCliente
Servidor (executa em nomeHosp)
Cliente
Envia pedido usando
socketCliente
lê pedido de
socketConexão
escreve resposta 
para socketConexão
TCP 
setup da conexão
Exemplo: cliente Java (TCP)
18
import java.io.*; 
import java.net.*; 
class ClienteTCP { 
 public static void main(String argv[]) throws Exception 
 { 
 String frase; 
 String fraseModificada; 
 BufferedReader doUsuario = 
 new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); 
 Socket socketCliente = new Socket(”nomeHosp", 6789); 
 DataOutputStream paraServidor = 
 new DataOutputStream(socketCliente.getOutputStream()); 
 
Cria
fluxo de entrada
Cria
socket de cliente, 
conexão ao servidor
Cria
fluxo de saída
ligado ao socket
Exemplo: cliente Java (TCP), cont.
19
 BufferedReader doServidor = 
 new BufferedReader(new
 InputStreamReader(socketCliente.getInputStream())); 
 frase = doUsuario.readLine(); 
 paraServidor.writeBytes(frase + '\n'); 
 fraseModificada = doServidor.readLine(); 
 System.out.println(”Do Servidor: " + fraseModificada); 
 socketCliente.close(); 
 
 } 
} 
Cria
fluxo de entrada
ligado ao socket
Envia linha
ao servidor
Lê linha
do servidor
Implementando Servidores
Para implementar servidores, o Java possui uma classe chamada ServerSocket.
Para criar um ServerSocket, é preciso indicar, no construtor, qual a porta que o servidor estará escutando
ServerSocket(int porta) throws IOException
20
Implementando Servidores
O servidor deve ficar monitorando a porta até que chegue uma requisição de comunicação.
O método a seguir bloqueia a execução e aguarda uma requisição de comunicação. Então ele retorna um novo socket para a conexão estabelecida.
 Socket accept() throws IOException
21
Implementando Servidores
De posse do novo socket, a comunicação se dá como no caso da aplicação cliente.
Eventualmente pode-se querer fechar o socket servidor:
void close() throws IOException
22
Esquema do Servidor
Cria-se um ServerSocket
ServerSocket server = new ServerSocket(80);
Aguarda-se por uma requisição cliente
Socket s = server.accept();
Opera-se como um socket normal
s.getOutputStream().write(); s.close();
Fecha-se o serviço
server.close();
23
Exemplo: servidor Java (TCP)
24
import java.io.*; 
import java.net.*; 
class servidorTCP { 
 public static void main(String argv[]) throws Exception 
 { 
 String fraseCliente; 
 StringfFraseMaiusculas; 
 ServerSocket socketRecepcao = new ServerSocket(6789); 
 
 while(true) { 
 
 Socket socketConexao = socketRecepcao.accept(); 
 BufferedReader doCliente = 
 new BufferedReader(new
 InputStreamReader(socketConexao.getInputStream())); 
 
Cria socket
para recepção
na porta 6789
Aguarda, no socket
para recepção, o
contato do cliente
Cria
fluxo de
entrada, ligado
ao socket
Exemplo: servidor Java (TCP), cont
25
 DataOutputStream paraCliente = 
 new DataOutputStream(socketConexão.getOutputStream()); 
 fraseCliente= doCliente.readLine(); 
 fraseEmMaiusculas= fraseCliente.toUpperCase() + '\n'; 
 paraClient.writeBytes(fraseEmMaiusculas); 
 } 
 } 
} 
 
Lê linha
do socket
Cria fluxo
de saída, ligado
ao socket
Escreve linha
ao socket
Final do elo while,
volta ao início e aguarda
conexão de outro cliente
Números de Porta
Números de porta permite endereçar processos distintos em uma mesma máquina.
Algumas portas de processos de aplicações mais populares para a Web são HTTP = 80, SMTP = 25
Para aplicações particulares procure usar portas com números entre 1024 e 65535
26
Programação com sockets usando UDP
UDP: não tem “conexão” entre cliente e servidor
não tem “handshaking”
remetente coloca explicitamente endereço IP e porta do destino
servidor deve extrair endereço IP, porta do remetente do datagrama recebido
UDP: dados transmitidos podem ser recebidos fora de ordem, ou perdidos
27
UDP provê transferência 
não confiável de grupos 
de bytes (“datagramas”) 
 entre cliente e servidor
ponto de vista da aplicação
Conectando-se a um Servidor com UDP
Para se conectar a um servidor UDP é necessário um socket para o protocolo UDP
Um socket UDP não estabelece conexão com o processo servidor na sua construção:
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
28
Conectando-se a um Servidor UDP
Para enviar dados para um servidor UDP você precisa usar um datagrama.
byte[] data = new byte[DATAGRAM_SIZE];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName(“DNS”), 1111);
Para enviar o datagrama usa-se:
socket.send(packet)
29
Conectando-se a um Servidor UDP
Para receber um datagrama, usa-se o método bloqueante:
socket.receive(new DatagramPacket(data, data.length))
Ao fim da comunicação deve-se fechar o socket:
socket.close()
30
Criando um Servidor UDP
Deve-se construir um DatagramSocket na porta desejada
DatagramSocket server = new DatagramSocket(1111);
Receber os dados na porta indicada 
packet = new DatagramPacket(data, data.length)
server.receivePacket(packet)
InetAddress clientAdd = packet.getAddress()
int clientPort = packet.getPort();
31
Criando um Servidor UDP
Enviar dados na mesma porta
server.sendPacket(packet, packet.length, clientAdd, clientPort)
Eventualmente fechar o servidor
server.close()
32
Interações cliente/servidor usando o UDP
33
fecha
socketCliente 
Servidor (executa em nomeHosp)
lê resposa do
socketCliente
cria socket,
socketCliente = 
DatagramSocket()
Cliente
cria, endereça (nomeHosp, porta=x,
envia pedido em datagrama
usando socketCliente
cria socket,
porta=x, para
pedido que chega:
socketServidor = 
DatagramSocket()
lê pedido do
socketServidor
escreve resposta 
ao socketServidor
especificando endereço
IP, número de porta 
do cliente
Exemplo: cliente Java (UDP)
34
import java.io.*; 
import java.net.*; 
 
class clienteUDP { 
 public static void main(String args[]) throws Exception 
 { 
 
 BufferedReader doUsuario= 
 new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); 
 
 DatagramSocket socketCliente = new DatagramSocket(); 
 
 InetAddress IPAddress = InetAddress.getByName(”nomeHosp"); 
 
 byte[] dadosEnvio = new byte[1024]; 
 byte[] dadosRecebidos = new byte[1024]; 
 
 String frase = doUsuario.readLine(); 
 dadosEnvio = frase.getBytes(); 
Cria
fluxo de entrada
Cria 
socket de cliente
Traduz nome de 
hospedeiro ao 
endereço IP 
usando DNS
Exemplo: cliente Java (UDP) cont.
35
 DatagramPacket pacoteEnviado = 
 new DatagramPacket(dadosEnvio, dadosEnvio.length,
	 IPAddress, 9876); 
 
 socketCliente.send(pacoteEnviado); 
 
 DatagramPacket pacoteRecebido = 
 new DatagramPacket(dadosRecebidos, dadosRecebidos.length); 
 
 socketCliente.receive(pacoteRecebido); 
 
 String fraseModificada = 
 new String(pacoteRecebido.getData()); 
 
 System.out.println(“Do Servidor:" + fraseModificada); 
 socketCliente.close(); 
 } 
} 
Cria datagrama com dados para enviar,
comprimento, endereço IP, porta
Envia datagrama
ao servidor
Lê datagrama
do servidor
Exemplo: servidor Java (UDP)
36
import java.io.*; 
import java.net.*; 
 
class servidorUDP { 
 public static void main(String args[]) throws Exception 
 { 
 
 DatagramSocket socketServidor = new DatagramSocket(9876); 
 
 byte[] dadosRecebidos = new byte[1024]; 
 byte[] dadosEnviados = new byte[1024]; 
 
 while(true) 
 { 
 DatagramPacket pacoteRecebido = 
 new DatagramPacket(dadosRecebidos, 
		dadosRecebidos.length); 
 socketServidor.receive(pacoteRecebido); 
Cria socket
para datagramas
na porta 9876
Aloca memória para
receber datagrama
Recebe
datagrama
Exemplo: servidor Java (UDP), cont
37
 String frase = new String(pacoteRecebido.getData()); 
 
 InetAddress IPAddress = pacoteRecebido.getAddress(); 
 
 int porta = pacoteRecebido.getPort(); 
 
 String fraseEmMaiusculas = frase.toUpperCase(); 
 dadosEnviados = fraseEmMaiusculas.getBytes(); 
 
 DatagramPacket pacoteEnviado = 
 new DatagramPacket(dadosEnviados, 
 dadosEnviados.length, IPAddress, porta); 
 
 socketServidor.send(pacoteEnviado); 
 } 
 } 
} 
Obtém endereço IP, no. de porta do remetente
Escreve
datagrama
no socket
Fim do elo while,
volta ao início e aguarda
chegar outro datagrama
Cria datagrama p/
 enviar ao cliente
Primeiro exercício para nota
Implemente um socket tcp cliente e um servidor que funcione da seguinte maneira:
O cliente deve solicitar dados de identificação de um aluno: ano de inclusão, primeiro nome, ultimo nome e data de nascimento
O servidor receberá os dados montará uma senha para o aluno e enviará como resposta para o cliente. A senha será montada concatenando o primeiro nome com “.” com ultimo nome com “.” com o ano de inclusão
O cliente recebe a mensagem e mostra na tela para o usuário
O servidor fica aguardando novas conexões
38
Programação com sockets: referências
Tutorial de linguagem C (áudio/slides): 
“Unix Network Programming” (J. Kurose),
http://manic.cs.umass.edu/~amldemo/courseware/intro.
Tutoriais Java:
“All About Sockets” (Tutorial da Sun), http://www.javaworld.com/javaworld/jw-12-1996/jw-12-sockets.html
“Socket Programming in Java: a tutorial,” http://www.javaworld.com/javaworld/jw-12-1996/jw-12-sockets.html
39