Лекции, Кокарева, TR_TKC / 7. Распределённые приложения. Архитектура клиент-сервер

Распределённые приложения. Архитектура клиент-сервер

Лекция 7 по дисциплине: Технологии разработки телекоммуникационных сервисов

ФГОБУ ВПО СибГУТИ

February 25, 2014

Автор: Е.В. Кокорева

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

   1. Распределённое приложение

Распределённое приложение – это программа, состоящая из нескольких взаимодействующих частей, каждая из которых, как правило, выполняется на отдельном компьютере (или другом устройстве) сети.

2. Распределённая система

Распределённая система – программно-аппаратное решение, состоящее из компонентов, функционирующих на физически удаленных и независимых друг от друга гетерогенных узлах, представляющееся пользователям единой объединенной системой.

Свойства Распределённых систем:

• управляемость - способность системы эффективно контролировать свои составные части;

• производительность - обеспечивается за счет возможности перераспределения нагрузки на серверы системы с помощью управляющего ПО;

• масштабируемость - при необходимости физического повышения производительности распределенная система может легко интегрировать в своей транспортной среде новые вычислительные ресурсы;

• расширяемость - к распределенным приложениям можно добавлять новые составные части (серверное ПО) с новыми функциями.

Недостатки распределённых систем:

• коммуникационная среда – слабое место распределённых систем, поэтому ошибки в таких системах возникают чаще, чем в монолитных;

• архитектура распределённого приложения сложнее, чем монолитного.

Требования к распределённым системам:

• использование открытых стандартов для обеспечения независимости от конкретной платформы и работы программных систем в гетерогенной среде;

• безопасность, включает в себя:

  • конфиденциальность,

  • целостность,

  • доступность;

• обеспечение качества обслуживания (QoS) в сети.

2. Архитектура клиент-сервер

3. РЕАЛИЗАЦИЯ КЛИЕНТ-СЕРВЕРНОЙ АРХИТЕКТУРЫ НА СОКЕТАХ

Со́кет (англ. socket — углубление, гнездо, разъём) — название программного интерфейса для обеспечения обмена данными между процессами на одном устройстве или на различных, связанных между собой сетью.

Следует различать клиентские и серверные сокеты.

Клиентское приложение (например, браузер) использует только клиентские сокеты, а серверное (например, веб-сервер, которому браузер посылает запросы) — как клиентские, так и серверные сокеты.

Для создания сокета необходимо, во-первых определить стиль взаимодействия сетевых объектов (процессов).

Стиль взаимодействия может быть основан на:

• TCP (Transmission Control Protocol) - надежное соединение;

• UDP (User Datagram Protocol) - ненадежное соединение (датаграммный метод передачи).

Во-вторых, необходимо задать адрес сокета, который идентифицирует один конец подключения сокета.

Адрес сокета состоит из:

• IP-адреса сервера,

• номера порта, который идентифицирует сокет (процесс) среди множества сокетов (процессов) на сервере (порты с 1 по 1024 зарезервированы операционной системой).

1. Организация обмена

В общих чертах последовательность действий:

• на стороне клиента:

  • создание клиентского сокета;

  • установка параметров сокета (IP-адрес и порт, к которым необходимо подключиться);

  • установка соединения между сокетом и удаленной конечной точкой;

  • отправка/получение информации;

  • разрыв соединения и освобождение сокета.

• на стороне сервера:

  • создание серверного сокета;

  • установка параметров серверного сокета (IP-адрес и порт, на которые ожидаются подключения);

  • перевод серверного сокета в режим отслеживания входящих соединений;

  • при наличии входящего соединения: получить отдельный сокет для работы с этим конкретным соединением;

  • отправка/получение информации;

  • по окончании работы с клиентом: разрыв соединения и освобождение сокета, привязанного к этому клиенту;

  • по окончании работы сервера: освобождение серверного сокета.

3.2. Использование API java.net

Для организации обмена информацией через сокеты в пакете java.net определены классы протокола UDP и TCP.

1. Сокет UDP

Для работы с UDP в пакете java.net определены следующие классы.

1. DatagramSocket  предназначен для посылки/приема UDP дейтаграмм.

Конструкторы класса:

• DatagramSocket()  создаваемый сокет присоединяется к любому свободному порту на хосте;

• DatagramSocket(int port)  создаваемый сокет присоединяется к порту port на хосте;

• DatagramSocket(int port, InetAddress addr)  создаваемый сокет присоединяется к порту port; аргумент addr – IP-адрес сервера.

Методы класса:

• send(DatagramPacket pack) — отправляет дейтаграмму, упакованную в пакет pack;

• receive(DatagramPacket pack) — дожидается получения дейтаграммы и заносит ее в пакет pack;

• setSoTimeout()  устанавливает тайм-аут для операций сокета;

• close() — закрывает сокет.

2. DatagramPacket  предназначен для представления единичной дейтаграммы.

функция приема (receive()) возвращает экземпляр этого класса.

Конструкторы класса:

• DatagramPacket(byte[] buf, int length)  служит для получения пакета длиной length, buf  буфер для получения дейтаграммы;

• DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress addr, int port)  создаёт пакет дейтаграммы длиной length, чтобы отправить его к указанному номеру порта (port) на указанном узле (address), buf  буфер, содержащий данные для передачи.

Вспомогательные методы:

• connect(InetAddress addr, int port)  установить соединение;

• disconnect()  разъединить;

• InetAddress.getByName(host)  получить IP-адрес хоста;

Пример:

InetAddress aHost =

InetAddress.getByName("www.dom.ru");

Если клиент и сервер запущены на одном хосте используется адрес "127.0.0.1" или "localhost"

2. Пример UDP клиента:

Приведённая в примере программа создает сокет, соединяется с сервером (порт 2100), пересылает ему сообщение и ждет ответа:

import java.net.*; // подключение библиотек

import java.io.*;

public class UDPClient{

public static void main(String args[]){

try {

// создаём сокет

DatagramSocket aSocket = new DatagramSocket();

// задаём строку для передачи

String str = "Hello";

// и преобразуем её в поток байт

byte [] message = str.getBytes();

// получаем IP-адрес компьютера в формате Java

InetAddress aHost =

InetAddress.getByName("localhost");

// задаём порт

int sPort = 2100;

// создаём дейтаграмму, длина которой

// определяется длиной сообщения

DatagramPacket request =

new DatagramPacket(message, message.length, aHost, sPort);

// передаём серверу

aSocket.send(request);

// определяем буфер под ответ сервера

byte [] buffer = new byte[1000];

// создаём дейтаграмму под ответ сервера

DatagramPacket reply = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

// принимаем ответ

aSocket.receive(reply);

// выводим ответ на консоль

System.out.println("Reply: " + new String(reply.getData()));

// после чего закрываем сокет

aSocket.close();

// если не получилось создать сокет

} catch (SocketException e){

System.out.println("Socket: " + e.getMessage());

// ошибка при приеме

} catch (IOException e){System.out.println("IO: " + e.getMessage());

} // конец try…catch

} // конец метода

} // конец класса

Пример UDP сервера:

Метод main() класса UDPServer создает сокет, принимает запрос клиента и возвращает клиенту полученное от него текстовое сообщение

import java.net.*;

import java.io.*;

public class UDPServer{

public static void main(String args[]) {

DatagramSocket aSocket = null;

try{

// создаём сокет: порт 2100

aSocket = new DatagramSocket(2100);

// резервируем буфер под клиентское сообщение

byte [] buffer = new byte[1000];

while(true){ // бесконечный цикл

// резервируем дейтаграмму под пакет клиента

DatagramPacket request =

new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

// принимаем пакет клиента

aSocket.receive(request);

// создаём ответную дейтаграмму

DatagramPacket reply =

new DatagramPacket(request.getData(),

request.getLength(), request.getAddress(), request.getPort());

// отправляем ответ клиенту

aSocket.send(reply);

}

// обрабатываем ошибку создания сокета

} catch (SocketException e) {

System.out.println("Socket: " +

e.getMessage());

// обрабатываем ошибку передачи пакета

} catch (IOException e) {

System.out.println("IO: " + e.getMessage());

} finally {

// закрываем сокет

if(aSocket != null) aSocket.close();

}

} // конец метода

} // конец класса

3. Сокет TCP

Классы:

1. Socket

Конструктор:

Socket(InetAddress host, int serverPort) – создаёт клиентский сокет, аргументы IP-адрес сервера и порт;

Пример:

InetAddress ipAddress =

InetAddress.getByName("127.0.0.1");

Socket socket = new Socket(ipAddress,2222);

2. ServerSocket

Конструктор:

ServerSocket(int serverPort) – служит для создания «слушающего» сокета на сервере.

Метод:

accept() – ожидание сервером нового соединения.

Пример (на стороне сервера):

ServerSocket servsock = new ServerSocket(7896);

Socket sock = servsock.accept();

Первая строка примера создаёт «слушающий» сокет сервера (ожидающий клиента). Во второй строке метод accept() серверного сокета (servsock) возвращает соответствующий сокет (sock) для общения с клиентом.

После сеанса связи сокеты следует закрыть, используя метод close().

Для передачи данных используются методы потокового ввода/вывода и сериализации, рассмотренные в лекции №5.