Sockets – Theorie und Implementierung

Vortrag in Netztechnik I
Andreas Roth

 Ein Software-Modul, das den Austausch
von Daten zwischen Applikationen und
Rechnern in einem Netzwerk ermöglicht.
 Austausch von Daten zwischen Prozessen auf
verschiedenen Rechnern.
 Austausch von Daten zwischen Prozessen auf
demselben Rechner
(Interprozesskommunikation).
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 Sockets können als Endepunkte einer
Netzwerkverbindung verstanden werden.
 Die Kommunikation über Sockets ist
bidirektional (es können also sowohl Daten
empfangen als auch gesendet werden).
 Sockets bilden eine plattformunabhängige,
standardisierte Schnittstelle (Implementierung
des Netzwerkprotokoll Applikation).
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 Winsocks (Windows Socket Library):
Socket API für die Windows-Systeme.
 BSD-Sockets (Berkeley Sockets):
Socket API für Unix und unixartige Systeme .
 Unix Domain Sockets:
Socket API für Interprozesskommunikation.
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 Stream Sockets:
◦ Kommunikation über Zeichen-Datenstrom.
◦ Verwendung von TCP-Protokoll.
 Datagram Sockets:
◦ Kommunikation über einzelne Nachrichten/Pakete.
◦ Verwendung von UDP-Protokoll.
 Raw Sockets:
◦ Spezielle Sockets, welche die Erstellung von eigenen
TCP- und UDP-Header zulassen.
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 Stream Sockets:
◦ Zuverlässige, verbindungsorientierte
Kommunikation (Datenübertragung, Remote).
 Datagram Sockets:
◦ Verbindungslose Kommunikation (Elektronische
„Wurfsendungen“).
 Raw Sockets:
◦ Netzwerknahe Applikationen wie Router.
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Server
„hört“
auf Host
und Port
Client
verbindet
sich gegen
den Server
Server und Client
senden/empfangen
Daten Streams
Server und Client
implementieren ein
Protocol.
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 Prinzip: Open-Read-Write-Close
 Clientseitig:
◦ Client Socket erstellen.
◦ Client Socket an Server-Adresse binden.
◦ Senden/ Empfangen von Daten.
◦ Socket des Clients herunterfahren.
◦ Verbindung trennen/ Socket schließen.
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 Serverseitig:
◦ Server Socket erstellen.
◦ Server Socket an einen Port binden.
◦ Auf Anfragen von Clients warten.
◦ Anfrage akzeptieren/ Socket-Paar erstellen.
◦ Bearbeiten der Anfragen des Clients.
◦ Socket des Clients schließen.
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import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
public class MeinServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// Server Socket wird erstellt und an einen Port gebunden
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
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// Auf (mehrfache) Anfragen von Clients warten...
while (true) {
// Anfrage akzeptieren/zulassen und NEUES Socket-Paar erstellen
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
DataOutputStream outputStream = new DataOutputStream
(clientSocket.getOutputStream());
DataInputStream inputStream = new DataInputStream
(clientSocket.getInputStream());
// Implementierung des Protokolls und Verarbeitung der Daten…
// Client Socket schließen
clientSocket.close();
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import java.net.Socket;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
public class MeinClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// Client Socket wird erzeugt und an Host und Port gebunden
Socket clientSocket = new Socket(host, port);
// Analog zum Server…
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 http://de.wikipedia.org/wiki/Socket_%28Software%29
[Stand: 14.10.2012].
 http://de.wikipedia.org/wiki/Interprozesskommunikation
[Stand: 14.10.2012].
 http://docs.oracle.com/javase/tutorial/networking/sockets/
index.html [Stand: 14.10.2012].
 Kersken, Sascha (2009): IT-Handbuch für Fachinformatiker –
Der Ausbildungsbegleiter, 4. aktualisierte und erweiterte
Ausgabe, Bonn 2009.
 Menze, Michael (2012): Programmieren 2, Studiengang
Angewandte Informatik an der DHBW Stuttgart (B.Sc.)
2. Semester, Stuttgart 2011.
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 Ableitung von „listening“ Server zu einem
„connected“ Server-Socket (Wichtig: Es wird
ein NEUER Socket erstellt!).
 Ableitung von „requesting“ Client zu einem
„accepted“ Client-Socket.
 Socket als Endpunkt einer Netzwerkverbindung
Endpunkt = Kombination aus IP und Port-Nr.
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 Standardisierung der Socket-Programmierung
durch die University of California (Berkeley).
 Verbindung zwischen Client- und Server-
Socket auf bestimmten Port wird auch
„Rendezvous“ genannt.
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 Alternativen zu Sockets:
◦ Pipes: gepufferter uni- oder bidirektionaler
Datenstrom nach dem FIFO-Prinzip.
◦ Shared Memory: Hier nutzen zwei oder mehrere
Prozesse einen bestimmten Teil des
Hintergrundspeichers (RAM) gemeinsam.
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 Wildcard-Adresse: ein oder mehrere Teile der
Adresse nicht spezifisch ist (z.B. Port-
Nummer mit spezifisch ungültigen IP).
 Ports: 2 Byte/16 Bit, also 2^16 (0-65535)
◦ System Ports: 0-1023
◦ User Ports: 1024-49151
◦ Dynamic Ports: 49152-65535
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