16 Netværkskommunikation

Indhold:

• At koble til en tjeneste på en fjernmaskine

• At udbyde tjenester på netværket

• URL-klassen og dens muligheder

• Eksempler: Hente en hjemmeside og en webserver

Kapitlet forudsættes ikke i resten af bogen.

Forudsætter Fejl: Henvisningskilde ikke fundet, Fejl: Henvisningskilde ikke fundet.

Alle maskiner på et TCP-IP-netværk, f.eks. internettet, har et IP-nummer. Det er en talrække på fire byte¹, der unikt identificerer en maskine på nettet, f.eks. 195.215.15.20.

Normalt bruger man en navnetjeneste (eng.: Domain Name Service – DNS), der sammenholder alle numre med navne, der er nemmere at huske, f.eks. javabog.dk eller www.esperanto.dk. Adressen localhost (IP-nummer 127.0.0.1) er speciel ved altid at pege på den maskine, man selv sidder ved.

Kommunikation mellem to maskiner sker ved, at værtsmaskinen (eng.: host) gør en tjeneste (eng.: service) tilgængelig på en bestemt port, hvorefter klienter kan åbne en forbindelse til tjenesten.

Websider (HTTP-tjenesten) er tilgængelige på port 80. Filoverførsel (FTP-tjenesten) er på port 21 og hvis man vil logge ind på maskinen (telnet-tjenesten), er det port 23.

I det følgende vil vi vise, hvordan man bruger og udbyder HTTP-tjenesten til hjemmesider, men andre former for netværkskommunikation foregår på lignende måder.

16.1 At forbinde til en port

Man opretter en forbindelse ved at oprette et Socket-objekt² og angive værtsmaskinen og porten i konstruktøren. Vil man f.eks. kontakte webserveren på www.esperanto.dk, skriver man:

  Socket forbindelse = new Socket("www.esperanto.dk",80);

Hvis alt gik godt, har Socket-objektet (forbindelsen) nu kontakt med værtsmaskinen (eller er der opstået en exception).

Nu skal vi have fat i datastrømmene fra os til serveren og fra serveren til os:

  OutputStream os  = forbindelse.getOutputStream();
  InputStream  is = forbindelse.getInputStream();

Hvis vi vil sende/modtage binære data, kan vi nu bare gå i gang: os.write() sender en byte eller en række af byte til værten og is.read() modtager en eller flere byte.

Hvis det er tekstkommunikation, er PrintWriter og BufferedReader (der arbejder med tegn og strenge som beskrevet i kapitel Fejl: Henvisningskilde ikke fundet) dog nemmere at bruge:

  PrintWriter    ud  = new PrintWriter(os);
  BufferedReader ind = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));

Nu kan vi f.eks. bede om startsiden (svarende til http://www.esperanto.dk/index.html) ved at sende "GET /index.html HTTP/0.9", "Host: www.esperanto.dk" og en blank linje:

  ud.println("GET /index.html HTTP/0.9");
  ud.println("Host: www.esperanto.dk");
  ud.println();
  ud.flush();

Kaldet til flush() sikrer, at alle data er sendt til værten, ved at tømme eventuelle buffere.

Nu sender værten svaret, der kan læses fra inddatastrømmen³:

  String s = ind.readLine();
  while (s != null) {
    System.out.println("modt: "+s);
    s = ind.readLine();
  }

While-løkken bliver ved med at læse linjer. Når der ikke er flere data (serveren har sendt alle data og lukket forbindelsen), returnerer ind.readLine() null og løkken afbrydes.

Her er hele programmet:

import java.io.*;
import java.net.*;
public class HentHjemmeside
{
  public static void main(String[] arg)
  {
    try {
      Socket forbindelse = new Socket("www.esperanto.dk",80);
      OutputStream os = forbindelse.getOutputStream();
      InputStream  is = forbindelse.getInputStream();
      PrintWriter    ud  = new PrintWriter(os);
      BufferedReader ind = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
      ud.println("GET /index.html HTTP/1.1");
      ud.println("Host: www.esperanto.dk");
      ud.println();
      ud.flush();              // send anmodning afsted til værten
      String s = ind.readLine();
      while (s != null) {      // readLine() giver null når datastrømmen lukkes
        System.out.println("modt: "+s);
        s = ind.readLine();
      }
      forbindelse.close();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

modt: HTTP/1.1 200 OK
modt: Date: Tue, 17 Apr 2013 13:06:06 GMT
modt: Server: Apache/1.3.12 (Unix)  (Red Hat/Linux) PHP/4.0.2 mod_perl/1.24
modt: Last-Modified: Thu, 05 Mar 2012 17:28:16 GMT
modt: Content-Length: 896
modt: Content-Type: text/html
modt:
modt: <HTML><HEAD><TITLE>Esperanto.dk</TITLE>
modt: <META name="description" content="Den officielle danske hjemmeside om plansproget esperanto. Oficiala dana hejmpagxo pri la planlingvo Esperanto.">
modt: <META name="keywords" content="Esperanto, Danmark, Danio, Esperanto-nyt, Zamenhof, bogsalg, plansprog, lingvistik, libroservo, planlingvo, lingvistiko">
modt: </HEAD>
modt: <FRAMESET cols="22%,*">
modt: <FRAME NAME="menu"    SRC="da/menu.htm"     MARGINWIDTH=0>
modt: <FRAME NAME="indhold" SRC="da/velkomst.htm">
modt: <NOFRAMES>
modt: Velkommen til Esperanto.dk!<p>
modt: Gå til <a href="da/velkomst.htm">velkomst-siden</a>,
modt: eller til <a href="da/menu.htm">indholdsfortegnelsen</a>.
modt: </NOFRAMES>
modt: </FRAMESET>
modt: </HTML>

Det ses, at svaret starter med et hoved (eng.: header) med metadata, der beskriver indholdet (dato, serverens styresystem, hvornår dokumentet sidst blev ændret, længde, type).

Derefter kommer en blank linje og så selve indholdet (HTML-kode).

Dette er i overensstemmelse med måden, som data skal sendes på ifølge HTTP-protokollen. Protokollen er løbende blevet udbygget. En af de tidligste (og simpleste) var HTTP/0.9, mens moderne programmer bruger HTTP/1.1.

16.2 At lytte på en port

For at lave et program, der fungerer som server (dvs. som andre maskiner/programmer kan forbinde sig til), opretter man et ServerSocket-objekt, der accepterer anmodninger på en bestemt port:

      ServerSocket serversocket = new ServerSocket(8001);

Nu lytter vi på port 8001. Så er det bare at vente på, at der kommer en anmodning:

      Socket forbindelse = serversocket.accept();

Kaldet af accept() venter på, at en klient forbinder sig og når det sker, returnerer kaldet med en forbindelse til klienten i et Socket-objekt.

Derefter kan vi arbejde med forbindelsen ligesom før. Ligesom når to mennesker snakker sammen, har det ikke den store betydning, hvem der startede samtalen, når den først er kommet i gang.

I tilfældet med HTTP-protokollen er det defineret, at klienten først skal spørge og webserveren derefter svare, så vi læser først anmodningen

      String anmodning = ind.readLine();
      System.out.println("Anmodning: "+anmodning);

... og sender derefter et svar, tømmer databufferen og lukker forbindelsen:

        ud.println("HTTP/0.9 200 OK");
        ud.println();
        ud.println("<html><head><title>Svar</title></head>");
        ud.println("<body><h1>Kære bruger</h1>");
        ud.println("Du har spurgt om "+anmodning+", men der er intet her.");
        ud.println("</body></html>");
        ud.flush();
        forbindelse.close();

Bemærk, at ud.flush() skal ske, før vi lukker forbindelsen, ellers går svaret helt eller delvist tabt; Socket-objektet ved ikke, at datastrømmen har nogle data liggende, der ikke er blevet sendt endnu.

Herunder ses det fulde program.

import java.io.*;
import java.net.*;
public class SimpelWebserver
{
  public static void main(String[] arg)
  {
    try {
      ServerSocket serversocket = new ServerSocket(8001);
      while (true)
      {
        Socket forbindelse = serversocket.accept();
        PrintWriter ud = new PrintWriter(forbindelse.getOutputStream());

        BufferedReader ind = new BufferedReader(
          new InputStreamReader(forbindelse.getInputStream()));

        String anmodning = ind.readLine();
        System.out.println("Anmodning: "+anmodning);

        ud.println("HTTP/0.9 200 OK");
        ud.println();
        ud.println("<html><head><title>Svar</title></head>");
        ud.println("<body><h1>Kære bruger</h1>");
        ud.println("Du har spurgt om "+anmodning+", men der er intet her.");
        ud.println("</body></html>");
        ud.flush();
        forbindelse.close();
      }
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

Anmodning: GET / HTTP/0.9
Anmodning: GET / HTTP/1.1
Anmodning: GET /xx.html HTTP/1.1

Du kan afprøve programmet ved at ændre på HentHjemmeside.java til at spørge 'localhost' på port 8001 eller ved i en browser at åbne adressen http://localhost:8001/xx.html

16.3 URL-klassen

HTTP-forespørgsler kan egentligt klares nemmere ved, at man bruger URL-klassen, der er indrettet til netop dette (og som tager højde for eventuelle brandmure og proxyer) og som tillader at arbejde på et mere overordnet niveau, uden at kende til detaljerne i HTTP-protokollen. Herunder er HentHjemmeside igen, men hvor URL-klassen bruges i stedet.

import java.io.*;
import java.net.*;
public class HentHjemmesideMedURL
{
  public static void main(String[] arg) throws IOException
  {
    URL url = new URL("http://www.esperanto.dk");
    InputStream is = url.openStream();
    BufferedReader ind = new BufferedReader(new InputStreamReader(is, "UTF-8"));
    String s = ind.readLine();
    while (s != null)
    {
      System.out.println("modt: "+s);
      s = ind.readLine();
    }
  }
}

modt: <HTML><HEAD><TITLE>Esperanto.dk</TITLE>
modt: <META name="description" content="Den officielle danske hjemmeside om plansproget esperanto. Oficiala dana hejmpagxo pri la planlingvo Esperanto.">
...

Faktisk er URL-klassen meget kapabel og understøtter mere end HTTP-protokollen.

Man kan åbne en fil på filsystemet med f.eks.:

new URL("file:sti/filnavn.txt")

Man kan endda åbne et jar- eller zip-arkiv (her arkiv.jar) og læse en fil fra det:

new URL("jar:file:arkiv.jar!/fil_i_arkivet.txt")

Man kan også bruge anonym FTP til at hente filer og liste mapper:

new URL("ftp://sunsite.dk/")

... eller logge ind med brugernavn og adgangskode:

new URL("ftp://brugernavn:adgangskode@ftp.vært.dk/fil.txt")

URL-klassen understøtter ikke at gemme filer (hverken på disk eller over FTP/HTTP).

16.4 Opgaver

1. Lav SimpelWebserver om, så den, afhængig af anmodningen, kan give tre forskellige svar.

2. Skriv HentHjemmeside om, så den spørger den lokale maskine ('localhost') port 8001 og brug den til at teste SimpelWebserver (der køres i en separat proces).

3. Lav en virtuel opslagstavle. Den skal bestå af klasserne Opslagstavletjeneste, som udbyder tjenesten (brugport 8002) og Opslagstavleklient, som forbinder sig til tjenesten. Opslagstavletjeneste skal understøtte to former for anmodninger: 1) TILFØJ, der føjer en besked til opslagstavlen og 2) HENTALLE, der sender alle opslag til klienten. Afprøv begge slags anmodninger fra Opslagstavleklient.

4. Lav din egen mellemvært (eng.: proxy – betyder egentlig 'stråmand'), der modtager en HTTP-forespørgsel og spørger videre for klienten.

5. Prøv hver af de andre eksempler på URL-adresser i HentHjemmesideMedURL.

16.5 Avanceret

16.5.1 FTP-kommunikation

16.5.2 Brug af FTP fra en applet