Socket程式设计以JAVA为范例答辩课件

1、Socket 程式設計:以JAVA為範例Jen-Chu Liuikiyama.tw第1页，共75页。教學主旨讓各位了解網際網路程式運作方式與設計方法了解socket programming熟悉Client/Server程式設計架構利用Java作為範例程式第2页，共75页。大綱TCP/IP 與 PortSocket介紹BSD socketMicrosoft Windows socketJava SocketServer端Socket程式架構Client端Socket程式架構第3页，共75页。TCP/IP與Port第4页，共75页。TCP/IPTCP Transport Control Proto

2、col是一種連線型(connection oriented)和可靠性(reliable)的傳輸通訊協定。IP-Internet Protocol可以用來代表主機位址HOSTHOSTsendreceivesendreceiveIP1IP2第5页，共75页。Port (通訊埠)通訊協定通常是以port來區隔Internet各個應用服務的.通常有16bits代表216=65536種編號11023是保留號(公認)所以programming時要注意第6页，共75页。Port (通訊埠)(續)PortServiceProtocol說明20FTP-DataTCPFile Transport Protocol

3、-Data21FTPTCPFile Transport Protocol23TelnetTCPTelnet Service25SMTPTCPSimple Mail Transfer Protocol80HTTPTCPHyperText Transfer Protocol110POP3TCPPost Office Protocol-version 3第7页，共75页。Port (通訊埠)(續)Client端要和Server端連線的時候,同樣需要使用通訊埠與Server端連結,但是所使用的意義不同.埠號也不一定要相同.會用一個隨機暫時的號碼,用完後釋放.在win2000下可以用 “netstat

4、an”指令查看.第8页，共75页。Port (通訊埠)(續)Linux/Unix:/etc/servicesWin2000: C:WINNTSystem32DriversetcServices第9页，共75页。SocketBerkeley SocketMicrosoft Windows SocketJava Socket第10页，共75页。什麼是Socket?是一種應用程式介面(Interface).介於應用程式與硬體之間,並提供標準的函式以符合不同的網路硬體規格.不同的作業系統或應用程式所使用的Socket會有一些差異.第11页，共75页。Berkeley Socket是最早的Socket

5、Interface由加州的柏克萊大學所發展出來的是一組介面函式,介於應用程式與硬體之間.提供標準的函式,應用程式透過呼叫Socket Interface,以發展具備有TCP/IP網路功能之應用.第12页，共75页。Berkeley Socket (續)ApplicationSocket APITCPUDPNetwork第13页，共75页。Berkeley Socket (續)所提供的Server端的API函式:ServerBSD Socket說明socket建立socketbind設定socket所使用的local端IP位址與通訊埠listen設定socket等候(listen)Client端

6、連結請求(connection request)accept接受來自Client端的連結請求,並且建立socket連結recvread(TCP)接收來自Client端所傳來的資料recvfrom(UDP)接收來自Client端所傳來的資料sendwrite(TCP)傳送資料至Client端sendto(UDP)傳送資料至Client端closesocket關閉通訊連結及socket,並且釋放系統資源shutdown關閉socket的傳送與接收的功能第14页，共75页。Berkeley Socket (續)所提供的Client端的API函式:ClientBSD Socket說明socket建立s

7、ocketconnect建立與Server端的socket連線recvread(TCP)接收來自Server端所傳來的資料recvfrom(UDP)接收來自Server端所傳來的資料sendwrite(TCP)傳送資料至Server端sendto(UDP)傳送資料至Server端closesocket關閉通訊連結及socket,並且釋放系統資源shutdown關閉socket的傳送與接收的功能第15页，共75页。Berkeley Socket (續)Berkeley Socket在網路應用程式開發上,大致有下列兩大類:Stream Socket (Connection-Oriented Pro

8、tocol)Datagram Socket (connectionless Protocol)第16页，共75页。Berkeley Socket (續)Stream Socket在Server端的開發流程Socket()Bind()Listen()Accept()Closesocket()Clientrecv() / read()send() / write()第17页，共75页。Berkeley Socket (續)Stream Socket在Client端的開發流程Socket()Connect()Closesocket()Serverrecv() / read()send() / wri

9、te()第18页，共75页。Berkeley Socket (續)Datagram Socket程式開發流程Socket()Bind()Closesocket()Sendto()Recvfrom()第19页，共75页。Microsoft Windows Socket是Microsoft以BSD socket API為基礎所發展出來的,又稱為Winsock可以分成四大部分BSD socket APIWinsock延伸(extended)函數轉換(conversion)函數資料庫(Database)函數第20页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Applicatio

10、nWindows Socket APIWinsock.dllWsock32.dllWs2_32.dllTCPUDPNetwork第21页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock API版本相容性Winsock應用程式Winsock.dll (16bit)Wsock32.dll (32bit)Ws2_32.DLL (32bit)TCP/IPNetworkWinsock應用程式Winsock 2.0Winsock 1.1第22页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)BSD Socket API:這部分的功能已經慢慢被Winso

11、ck延伸函數所取代BSD Socket API說明socket建立socketbind設定socket所使用的local端IP位址與通訊埠listen設定socket等候(listen)Client端連結請求(connection request)accept接受來自Client端的連結請求,並且建立socket連結recv接收來自另一socket所傳來的資料recvfrom接收來自另一socket所傳來的資料,並且回傳此socket的資訊send傳送資料至另一socketSendto傳送資料至指定IP位址及通訊埠closesocket關閉通訊連結及socket,並且釋放系統資源shutdow

12、n關閉socket的傳送與接收的功能第23页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)BSD Socket API(續):BSD Socket API說明connect建立socket之間的連線getpeername回傳socket所連結的remote端IP位址與通訊埠getsockname回傳socket所連結的local端IP位址與通訊埠getsockopt回傳socket的選項值ioctlsocket設定或回傳socket參數值select設定socket的讀寫狀態並且執行同步的I/O傳輸setsockopt設定socket的選項值第24页，共75页。Micro

13、soft Windows Socket (續)Winsock延伸函數因應多工(multi-task),事件導向(event-driven)與訊息導向(message-driven)所發展的API函數函數名稱均以WSA開頭第25页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock延伸函數Winsock Extended API說明WSAAcceptaccept的延伸winsock API,接受來自Client端的連結請求,並且建立socket連結WSARecvrecv的延伸winsock API,接收來自另一socket所傳來的資料WSARecvfromrecvf

14、rom的延伸winsock API,接收來自另一socket所傳來的資料,並且回傳此socket的資訊WSASendsend的延伸winsock API,傳送資料至另一socketWSASendtosendto的延伸winsock API,傳送資料至指定IP位址及通訊埠WSAConnectconnect的延伸winsock API,建立socket之間的連線WSASelectselect的延伸winsock API,設定socket的讀寫狀態並且執行同步的I/O傳輸第26页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock延伸函數: 與Event有關的APIWi

15、nsock Extended API說明WSACloseEvent關閉winsock事件WSACreatEvent建立winsock事件WSAEnumNetworkEvents回傳目前所有的winsock事件WSAResetEvent更新winsock事件WSASetEvent設定winsock事件WSAWaitForMultipleEvents等待正在blocking的winsock事件第27页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock延伸函數: 新增的socket APIWinsock Extended API說明WSACleanup釋放所使用的wi

16、nsockWSADuplicateSocket建立虛擬(virtual)的winsockWSAEnumProtocols回傳所有的通訊協定之資訊WSAGetLastError回傳Windows所產生的最新的winsock錯誤代碼WSASetLastError設定winsock錯誤代碼WSAStartup建立Socket第28页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock轉換 (Conversion)函數主要用來做不同位元間的位元順序轉換Host Byte Order (主機位元順序)Network Byte Order (網路位元順序) address A

17、+1 address Alittle-endian byte order:high-order bytelow-order bytebig-endian byte order:high-order bytelow-order byte(for a 16-bit integer) address A address A+1第29页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock轉換函數Winsock Extended APIBSD Socket API說明WSAHtonlHtonl將32位元長整數(long integer)從host byte order轉成n

18、etwork byte orderWSAHtonsHtons將16位元長整數(long integer)從host byte order轉成network byte orderWSANtohlNtohl將32位元長整數(long integer)從network byte order轉成host byte orderWSANtohsNtohs將16位元長整數(long integer)從network byte order轉成host byte orderInet_addr將IP位址字串轉換為32位元IP位址Inet_ntoa將32位元IP位址轉換為IP位址字串第30页，共75页。Micros

19、oft Windows Socket (續)Winsock資料庫函數其實與實際資料庫無關主要在處理IP Address與主機名稱(domain name)間的轉換也可以用來取得通訊協定(protocol)或通訊埠(port)的相關資訊第31页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock資料庫函數BSD Socket API說明gethostbyaddr以主機IP位址取得主機的相關資訊gethostbyname以主機名稱取得主機的相關資訊gethostname取得local主機名稱getprotobyname以通訊協定的名稱取得通訊協定的相關資訊getpro

20、tobynumber以通訊協定的號碼取得通訊協定的相關資訊getservbyname以服務的名稱取得服務的相關資訊getservbyport以服務的通訊埠及通訊協定取得服務的相關資訊第32页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock資料庫函數Winsock Extended API說明WSAAsyncGethostbyaddr以主機IP位址取得主機的相關資訊WSAAsyncGethostbyname以主機名稱取得主機的相關資訊WSAAsyncgethostname取得local主機名稱WSAAsyncGetprotobyname以通訊協定的名稱取得通訊協

21、定的相關資訊WSAAsyncGetprotobynumber以通訊協定的號碼取得通訊協定的相關資訊WSAAsyncGetservbyname以服務的名稱取得服務的相關資訊WSAAsyncGetservbyport以服務的通訊埠及通訊協定取得服務的相關資訊第33页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock在網路應用程式開發上,一樣可以分成:Stream Socket (Connection-Oriented Protocol)Datagram Socket (connectionless Protocol)第34页，共75页。Microsoft Windo

22、ws Socket (續)Winsock Stream Socket Client/ServerWSAStartupBindListenWSAAcceptWSACleanupWSARecv / WSASendWSASend / WSARecvConnect()WSACleanupWSAStartupServerClient第35页，共75页。Microsoft Windows Socket (續)Winsock Datagram SocketWSAStartupBindWSACleanupWSASendtoWSARecvfrom第36页，共75页。JAVA SocketJava最初設計的目的有

23、下列考量:與OS及Platform無關的程式語言跨平台(Cross Platform)物件導向(Object Oriented)增強WWW與使用者互動的模式支援Internet Programming第37页，共75页。JAVA Socket (續)Java API:J (Networking)J.ssl (Networking with Secure Socket Layer)Java.rmi (Remote Method Invocation)Javax.rmi (Remote Method Invocation for IIOP)PS: IIOP (Internet Inter-ORB

24、Protocol) ORB (Object Request Broker) 第38页，共75页。JAVA Socket (續)以J而言,其API可以分成以下幾類:處理URL處理主機名稱及IP Address處理TCP與UDP通訊協定處理網路認證(Authentication)與權限(permission)內容處理器(ContentHandler)第39页，共75页。JAVA Socket (續)處理URL的類別:InterfaceURLStreamHandlerFactoryClassJ.HttpURLConnectionJ.JarURLConnectionJ.URLJ.URLClassLoa

25、derJ.URLConnectionJ.URLDecoderJ.URLEncoderJ.URLStreamHandlerExceptionJ.MalformedURLExceptionJ.UnknownServiceException第40页，共75页。JAVA Socket (續)處理主機名稱及IP Address的類別與方法有:ClassJ.InetAddressMethodPublic byte get address()Public static InetAddress getAllByName(string host) throws UnknownHostExceptionPubli

26、c static InetAddress getByName(string host) throws UnknownHostExceptionPublic String getHostAddress()Public String getHostName()Public static InetAddress getLoaclHost() throws UnknownHostExceptionExceptionJ.UnknownHostException第41页，共75页。JAVA Socket (續)處理UDP通訊協定InterfaceDatagramSocketImplFactoryClass

27、J.DatagramPacketJ.DatagramSocketJ.DatagramSocketImplJ.MulticastSocketExceptionJ.SocketException第42页，共75页。JAVA Socket (續)處理TCP通訊協定InterfaceSocketImplFactorySocketOptionsClassJ.ServerSocketJ.SocketJ.SocketImplExceptionJ.BindExceptionJ.ConnectionExceptionJ.NoRouteToHostExceptionJ.ProtocolExceptionJ.Soc

28、ketException第43页，共75页。JAVA Socket (續)處理網路認證(Authentication)與權限(permission)ClassJ.AuthenticatorJ.NetPermissionJ.PasswordAuthenticationJ.SocketPermissionJ.SocketException第44页，共75页。JAVA Socket (續)內容處理器(ContentHandler)InterfaceContentHandlerFactoryClassJ.ContentHandlerJ.SocketException第45页，共75页。JAVA Soc

29、ket (續)J中支援Stream socket (TCP) Server端與Client端網路應用程式相關的API:Java API說明ServerJ.ServerSocket建立Server端socket及設定所使用的IP位址及通訊埠Accept等候及接受來自Client端連結請求,並且建立與Client端之連線Read(java.io.DataInputStream)接收來自Client端所傳送之資料Write(java.io.DataOutputStream)傳送資料到Clientclose關閉socket,同時也關閉與Client端連結ClientJ.Socket建立Client端s

30、ocket,並且嘗試建立與Server端的連結Read(java.io.DataInputStream)接收來自Server端所傳送之資料Write(java.io.DataOutputStream)傳送資料到Serverclose關閉socket,同時也關閉與Server端連結第46页，共75页。JAVA Socket (續)ServerSocketAcceptCloseread / sendsend / readSocketCloseServerClientJava Stream Socket第47页，共75页。JAVA Socket (續)J中支援Datagram Socket (UDP

31、) 應用程式相關的API:Java API說明J.DatagramSocket建立Datagram socketJ.DatagramPacket建立Datagram packet(資料封包)Receive (DatagramSocket)接收Datagram packet(資料封包)Send (DatagramSocket)傳送Datagram packet(資料封包)Close關閉Datagram socket第48页，共75页。JAVA Socket (續)Java Datagram SocketDatagramSocketDatagramPacketClosesendreceive第49

32、页，共75页。Server端Socket程式架構第50页，共75页。步驟建立Server端的socket,並且等候Client端的連結請求當Server端偵測到Client端的連結請求時,則接受並藉此建立Client端之socket處理來自Client端的資訊 (Request)回應給Client端 (Response)連線結束後關閉socketClientServer請求(Request)回應(Response)第51页，共75页。建立Server端socket欲建立Server端socket,可使用以下的建構子(constructor):Public ServerSocket(int po

33、rt) throws IOExceptionPublic ServerSocket(int port, int backlog) throws IOExceptionPublic ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException第52页，共75页。建立Server端socket (續)參數介紹:Port: 指定通訊端通訊埠,可為165535未被使用的號碼,若使用已使用的號碼,會產生IOException錯誤,若設為0,則會由ServerSocket自動尋找未被使用的號碼.Backlog: 表

34、示最大可以連結的Client數,預設值是50.bindAddr: 如果主機有一個以上的IP,才需要用這個參數來指定要bind的IP位址,格式為InetAddress形式.第53页，共75页。建立Server端socket (續)建立Server端socket的程式架構大致如下:Void startServer() ServerSocket serverSocket; int port = ; try serverSocket = new ServerSocket(port); catch (IOException ex) 第54页，共75页。取得Server端Socket資訊Server端so

35、cket以ServerSocket建立之後,可以使用以下方法取得Server端socket的相關資訊:Public InetAddress GetInetAddress()Public int getLocalPort()回傳所使用的通訊埠號第55页，共75页。取得Server端Socket資訊(續)GetInetAddress(): 取得Server端socket的IP及主機名稱等資訊,並以InetAddress類別形式回傳,因此可以使用InetAddress的下列方法取得Server端socket的相關資訊:Public byte getAddress()Public static Ine

36、tAddress getAllByName(String host) throws UnknownHostExceptionPublic static InetAddress GetByName(String host) throws UnknownHostExceptionPublic String getHostAddressPublic String getHostName()Public static InetAddress getLocalHost() throws UnknownHostException傳回的格式是 “ Host name / IP address”第56页，共7

37、5页。取得Server端Socket資訊(續)如果主機有一個以上的IP,可先使用getAllByName方法取得主機的所有IP,再以getHostAddress及getHostName方法分別取得個別對應的名稱位址ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();InetAddress addrs = serverSocket.getInetAddress().getAllByName(“”);For (int i=0; i addrs.length; i+) System.out.println(addrsi.getHostName(); Syst

38、em.out.println(addrsi.getHostAddress();第57页，共75页。取得Server端Socket資訊(續)範例實作: 請利用前述的方法試寫出一個小程式可以擷取本身電腦的IP, host name資訊.第58页，共75页。接受Client端連結以ServerSocket建立Server端的socket之後,基本上Server的雛型已經具備了,接著便是等候及接受來自Client端的連線.處理Client端連線,可以使用ServerSocket類別的accept方法:Public Socket accept() throws IOException第59页，共75页。

39、接受Client端連結(續)用thread的方式為每一個Client端建立各自的執行緒ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);Thread thread = new Thread(new listenClient(serverSocket);Thread.start();Class listenClient implements Runnable private ServerSocket serverSocket; private Socket clientSocket; public listenClient (ServerSoc

40、ket serverSocket) this.serverSocket = serverSocket; Public void run() try while (true) socket clientSocket = serverSocket.accept(); catch (IOException ex) 第60页，共75页。接受Client端連結(續)在建立Client端socket物件之後,同樣可以使用getInetAddress來取得所連結Client端的IP adress設計一個Server程式可以等候Client連線,並顯示Client的IP第61页，共75页。接收與傳送Serve

41、r端當Server端以accept方法建立Client端socket物件之後,便可以使用socket物件所提供的方法傳送與接收來自Client端的資料Public InputStream getInputStream() throws IOExceptionPublic OutputStream getOutputStream() throws IOException第62页，共75页。接收與傳送Server端 (續)getInputStream: 取得Client所輸入的資料流Java.io.DataInputStreamread, readBoolean, readByte, readCh

42、ar, readDoublereadFloat, readFully, readInt, readLong, readShortreadUnsignedByte, readUnsignedShort, readUTFJava.io.BufferedReaderread, readLineTry Socket clientSocket = serverSocket.accept(); BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader(cs.getInputStream(); String inData = in.readL

43、ine(); 第63页，共75页。接收與傳送Server端 (續)getOutputStream: 取得輸出到Client端的資料流Java.io.DataOutputStreamwrite, writeBoolean, writeByte, writeBytes, writeCharwriteDouble, writeFloat, writeInt, writeLong, writeShortwriteUTFJava.io.BufferedWriterwriteTry Socket clientSocket = serverSocket.accept(); DataOutputStream

44、out = null; out = new DataOutputStream(clientSocket, getOutputStream(); out.writeUTF(); 第64页，共75页。關閉連結Server端用ServerSocket類別的close方法關閉Server端socket並釋放資源Public void close() throws IOExceptionClient端也要作喔看範例第65页，共75页。Client端Socket程式架構第66页，共75页。步驟建立Client端Socket,再建立時需指定欲連結Server端的主機名稱(或IP)與Internet服務的po

45、rt傳送特定資訊或指令至Server端接收Server端回傳的執行結果或錯誤訊息當Client端不需Server端的處理時,便關閉Socket通訊連結此外,Clinet端程式常為一般使用者所使用,因此,使用者介面(user interface)也要好好設計.第67页，共75页。建立Client端Socket欲建立Client端socket,可使用以下的建構子(constructor):Public Socket(InetAddress address, int port) throws IOExceptionPublic Socket(InetAddress address, int port, InetAdd