Softwarepraktikum Sommersemester 2007

Computer Science, Informatik 4
Communication and Distributed Systems
Softwarepraktikum Sommersemester 2007
Netzwerkprogrammierung in Java
Ralf Wienzek
Ulrich Loup
wienzek@i4.informatik.rwth-aachen.de
ulrich@i4.informatik.rwth-aachen.de
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Communication and Distributed Systems
Grundlagen – Netzwerkprogrammierung
TCP/IP - Referenzmodell
ƒ Internet Layer: Internet Protocol (IP)
Application
Layer
HTTP
DNS
ƒ Transport Layer
Transport
Layer
TCP
UDP
Internet
Layer
IP
Host-to-Network Layer
¾ Kommunikation zwischen 2 Rechnern
¾ Identifizierung: IP-Adresse
¾ Kommunikation zwischen 2 Anwendungen
¾ Identifizierung: Port-Nummern
¾ User Datagram Protocol (UDP)
Î verbindungslos
¾ Transport Control Protocol (TCP)
Î verbindungsorientiert, bidirektional
ƒ Socket
¾ Kombination aus IP-Adresse und Port-Nummer
¾ Endpunkt eines Transport-Layer-Protokolls
¾ Beispiel: 137.226.12.194:80
ƒ TCP-Verbindung
¾ Besteht zwischen 2 Sockets
¾ Server hört auf einem definierten Port
¾ Client baut Verbindung zu Socket auf
Netzwerkprogrammierung in Java, 2007
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Grundlagen – Java-Klassen
java.net.InetAddress
ƒ
ƒ
Repräsentiert eine IP-Adresse
Eigene IP-Adresse: InetAddress.getLocalHost();
java.net.DatagramSocket
ƒ
ƒ
Endpunkt einer UDP-Kommunikation
Sendet und empfängt java.net.DatagramPacket-Objekte
UDP
java.net.Socket
ƒ
ƒ
Repräsentiert den Endpunkt einer TCP-Verbindung
Unterstützt das Aufbauen von Verbindungen zu TCP-Servern
java.net.ServerSocket
ƒ
ƒ
Repräsentiert den Server-seitigen Endpunkt einer Verbindung
Unterstützt das Warten auf Verbindungsanfragen
TCP
java.io.OutputStream, java.io.InputStream
ƒ
Senden und Empfangen von Daten, z.B. einer TCP-Verbindung
java.lang.Thread
ƒ
Unterstützung von Nebenläufigkeit
java.nio.ByteBuffer
ƒ
Hilfreich beim Versand und Empfang von Daten
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Grundlagen – UDP-Nachrichten
Server
Client
DatagramSocket udpSocket;
DatagramPacket udpMsg;
DatagramSocket udpSocket;
DatagramPacket udpMsg;
try {
udpMsg = new DatagramPacket(
new byte[maxMsgLen], maxMsgLen );
udpSocket = new DatagramSocket(
localUdpPort );
udpSocket.receive( udpMsg );
try {
byte[] msgBytes = new byte[someLength];
compileMessage( msgBytes );
byte[] msgBytes = udpMsg.getData();
udpSocket.close();
}
catch (Exception e)
{
// Reaktion auf Fehler
}
Netzwerkprogrammierung in Java, 2007
udpMsg = new DatagramPacket(
msgBytes, msgBytes.length,
server, port );
udpSocket = new DatagramSocket();
udpSocket.send( udpMsg );
udpSocket.close();
}
catch (Exception e)
{
// Reaktion auf Fehler
}
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Grundlagen – TCP-Verbindung
Server (137.226.12.194)
Client
ServerSocket serverSocket;
Socket socket;
InputStream in;
OutputStream out;
Socket socket;
InputStream in;
OutputStream out;
try {
serverSocket = new ServerSocket( 80 );
while ( someCondition ) {
socket = serverSocket.accept();
try {
in = socket.getInputStream();
out = socket.getOutputStream();
in.read();
computeResult;
out.write( ... );
socket.close();
}
serverSocket.close();
}
catch (Exception e) {
// Reaktion auf Fehler
}
Netzwerkprogrammierung in Java, 2007
socket = new Socket(
"137.226.12.194", 80 );
in = socket.getInputStream();
out = socket.getOutputStream();
out.write( ... );
in.read();
doSomethingWithResult;
socket.close();
}
catch (Exception e) {
// Reaktion auf Fehler
}
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Grundlagen – Netzwerkprogrammierung
Server: Mehrere Verbindungen gleichzeitig bearbeiten Î Worker Threads
ServerSocket serverSocket;
Socket socket;
WorkerThread wt;
class WorkerThread extends Thread {
private Socket socket;
public WorkerThread( Socket socket ) {
this.socket = socket;
}
try {
serverSocket = new ServerSocket( 80 );
while ( someCondition ) {
socket = serverSocket.accept();
public void run() {
try {
InputStream in =
socket.getInputStream();
OutputStream out =
socket.getOutputStream();
wt = new WorkerThread( socket );
wt.start();
}
serverSocket.close();
}
catch (Exception e)
{
// Fehlerbehandlung
}
in.read();
out.write( ... );
socket.close();
} catch (Exception e) { ... }
}
}
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Client-Server-Modell
Internet Casino – Zentraler Server
ƒ Anwender starten Spiel-Server
Spiel-Server
ƒ Spiel-Server müssen beim
Casino-Server registriert werden
ƒ Spiel-Clients stellen Suchanfragen
an den Casino-Server
Casino-Server
ƒ Probleme:
¾ Server ist Engpass
¾ Ausfall des Servers
Î Peer-to-Peer-Netze
Spiel-Client
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Overlay-Netze
Logisches
Netz
TCP-Verbindung
Physikalisches
Netz
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Aufgabenstellung
Internet Casino – Dezentral
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
€
Jeder Knoten verwaltet
seine Spiel-Server lokal.
Ist Server und Client
Î Servent
Gleichberechtigte Knoten
bilden ein Overlay-Netzwerk
Î Finden von Servents
Î Finden von Spiel-Servern
Anfragen werden im Netzwerk
von den Knoten weitergeleitet
Ping
Query
Query
Pong
Query
Ping
Pong
Hit
Pong
Ping
Pong
Query
Spieldurchführung über
separate Verbindung
Pong
Hit
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Aufgabenstellung
Spieldurchführung
ƒ
Kommunikation außerhalb des P2P-Netzwerk
ƒ
Client baut Verbindung zum Server auf
ƒ
Spielen um virtuelle Geldeinsätze
€
¾ Spieler haben Konten bei Banken
¾ Spieler zahlen Einsätze auf Treuhandkonto
bei vertrauenswürdiger Bank ein
¾ Nach Beendigung des Spiels erhält
Gewinner die Einsätze auf sein Konto
€
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Aufgabenstellung – Komponenten + Protokolle
Bank
Spiel 2
(Server)
Spiel 1
(Client)
THK
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CasinoServent
BankServer
Udp-PingDienst
CasinoServent
Bank
Spiel 2
ƒ Normale Konten
ƒ Treuhandkonten
Spiel 2
(Client)
Spiel 1
Bank-Server
Spiel 1
(Server)
Bank
Konto
UdpPing
THK
ƒ Startpunkt
ƒ Verwaltet mehrere
Konten
ƒ Startet Spiele
ƒ Startet Ping-Server
P2P
Casino-Servent
Udp-PingDienst
Konto
Bank
BankServer
Bank
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Aufgabenstellung
Aufgabenpakete
1. Einführung in die Netzwerkprogrammierung
ƒ TCP-Proxy für späteres Debugging
ƒ Udp-Ping-Server und –Client
ƒ Chat-Anwendung
2. Projektplan und Servent-Architektur
ƒ Zeit- und Ressourcenplanung für Projektdurchführung
ƒ Klassenstruktur für Servent
3. Servent: GUI-Gerüst und Kontenverwaltung
ƒ Programmierung der Benutzeroberfläche
ƒ Verwaltung (mehrerer) Konten innerhalb des Servents
ƒ Auf-/Abbau von P2P-Verbindungen
4. Entwicklung der fehlenden Spielprotokolle
ƒ Black-Jack vollständig vorgeben
ƒ Vier-Gewinnt nicht spezifiziert
ƒ Noch unbekanntes drittes Spiel
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Aufgabenstellung
Aufgabenpakete
5. Servent: P2P-Protokoll
ƒ
ƒ
Senden und Verarbeiten von P2P-Ping/Pong
Senden und Verarbeiten von P2P-Query/QueryHit
6. Spiele programmieren
ƒ
ƒ
ƒ
Spiel-Server starten
Spiel-Client für Suchergebnis starten
Plugin-Mechanismus
7. Abschlusspräsentation
ƒ
Vorstellen des Servents
8. Crosstesten
ƒ
Gemeinsames Testen der Servents aller Gruppen
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Organisatorisches
Termine
ƒ Arbeiten zu Hause oder im Rechnerpool
ƒ Pool-Reservierungen: lila Raum
Dienstags:
14:00 – 18:00 Uhr
Donnerstags: 9:00 – 12:00 Uhr
ƒ Abnahmen der Implementierungsaufgaben
¾ Individuelle Terminabsprache
¾ Informatik-Rechnerpool
ƒ 3 Gruppenpräsentationen
¾ KW 18: Zwischenpräsentation
¾ KW 20: Diskussion der Spielprotokolle
¾ KW 27: Abschlusspräsentation
ƒ KW 28: Crosstesten
ƒ Zusätzliche Betreuung und Abnahme nach Absprache
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Organisatorisches
Abnahme von Implementierungsaufgaben
ƒ Bis zum angegebenen spätesten Termin (frühere Abgabe ist möglich)
ƒ Terminreservierung bis spätestens einen Tag vorher
ƒ Anwesenheit aller Gruppenmitglieder
ƒ Ablauf
¾ Vorführen des Programms
¾ Erklären des Programmdesigns anhand des Klassendiagramms
¾ Erklären des Quellcodes durch jeweiligen Programmierer
¾ Ausreichende Dokumentation der Lösung (Æ Javadoc)
¾ Beantwortung von Fragen zur Implementierung
ƒ Danach: Elektronische Abgabe im Potions-System
Scheinbedingung
ƒ Ausreichende Beteiligung an der Lösung der Aufgaben
ƒ Anwesenheit bei allen Terminen
ƒ Erfolgreiche Abgabe aller Aufgaben durch eigenen Programmcode
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Organisatorisches
Online Ressourcen
ƒ Homepage: www-i4.informatik.rwth-aachen.de -> Teaching
ƒ Interner Bereich
ƒ Forum
¾ Diskussion, Ankündigungen
¾ Vorschläge für drittes Spiel
¾ Abstimmung über drittes Spiel
ƒ Anmeldung zur Abnahme
ƒ Subversion-Server
ƒ Potions-Abgabesystem
ƒ Referenzimplementierungen
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