11.6 Mit dem Socket zum Server

Die URL-Verbindungen sind schon High-Level-Verbindungen, und wir müssen uns nicht erst um Übertragungsprotokolle wie HTTP oder – noch tiefer – TCP/IP kümmern. Aber alle höheren Verbindungen bauen auf Sockets auf, und auch die Verbindung zu einem Rechner über eine URL ist mit Sockets realisiert. Beschäftigen wir uns also nun etwas mit dem Hintergrund.

11.6.1 Das Netzwerk ist der Computer

Die Rechner, die im Internet verbunden sind, kommunizieren über Protokolle, wobei TCP/IP das wichtigste Protokoll geworden ist. Die Entwicklung von TCP/IP reicht in die 1980er-Jahre zurück. Die ARPA (Advanced Research Projects Agency) gab der Universität von Berkeley (Kalifornien) den Auftrag, unter Unix das TCP/IP-Protokoll zu implementieren, um dort im Netzwerk zu kommunizieren.[88](Dass das Internet nur entwickelt wurde, um bei Rechnerausfällen infolge kriegerischer Aktivitäten weiterhin die Kommunikation zu ermöglichen, trifft nicht zu. Larry Roberts bemerkt dazu, dass die Entwickler dem Ministerium die Vorteile des Internets mit diesem Argument verkauften, um mehr Forschungsgelder zu bekommen.) Was sich die Kalifornier ausgedacht hatten, fand auch in der Berkeley Software Distribution (BSD), einer Unix-Variante, Verwendung: die Berkeley-Sockets. Mittlerweile hat sich das Berkeley-Socket-Interface über alle Betriebssystemgrenzen hinweg verbreitet und ist der De-facto-Standard für TCP/IP-Kommunikation, so auch unter Windows.

11.6.2 Sockets

Ein Socket dient zur Abstraktion und ist ein Verbindungspunkt in einem TCP/IP-Netzwerk. Werden mehrere Computer verbunden, so implementiert jeder Rechner einen Socket: Derjenige, der die Verbindung initiiert und Daten sendet, implementiert einen Client-Socket, und derjenige, der auf eingehende Verbindungen horcht, implementiert einen Server-Socket. Es lässt sich in der Realität nicht immer ganz trennen, wer Client und wer Server ist, da Server zum Datenaustausch ebenfalls Verbindungen aufbauen können. Doch für den Betrachter von außen ist der Server der Wartende und der Client derjenige, der die Verbindung initiiert.

Serveradresse und Port

Damit der Empfänger den Sender auch hören kann, muss Letzterer durch eine eindeutige Adresse als Server ausgemacht werden. Er bekommt also eine IP-Adresse im Netz und eine ebenso eindeutige Port-Adresse. Der Port ist so etwas wie eine Zimmernummer im Hotel. Die Adresse bleibt dieselbe, aber in jedem Zimmer sitzt jemand und erledigt seine Aufgaben. Jeder Dienst (Service), den ein Server zur Verfügung stellt, läuft auf einem anderen Port. Eine Port-Nummer ist eine Ganzzahl und in die Gruppen »System« und »Benutzer« eingeteilt. Die sogenannten Well-known System Ports (auch Contact Ports genannt) liegen im Bereich von 0 bis 1023. Die User-Ports umfassen den restlichen Bereich von 1024 bis 65535. Wichtige Port-Nummern sind zum Beispiel 80 für Webserver und 20 für FTP.

Stream-Sockets/Datagram-Sockets

Ein Stream-Socket baut eine feste Verbindung zu einem Rechner auf. Das Besondere daran: Die Verbindung bleibt für die Dauer der Übertragung bestehen. Dies ist bei der anderen Form der Sockets, den Datagram-Sockets, nicht der Fall. Wir behandeln die Stream-Sockets zuerst.

11.6.3 Eine Verbindung zum Server aufbauen

Um Daten von einer Stelle zur anderen zu schicken, muss zunächst eine Verbindung zum Server bestehen. Dieser wiederum beantwortet die eingehenden Fragen. Mit den Netzwerkklassen unter Java lassen sich sowohl client- als auch serverbasierte Programme schreiben. Da die Clientseite noch einfacher als die Serverseite ist – in Java ist Netzwerkprogrammierung ein Genuss –, beginnen wir mit dem Client. Dieser muss mit einem horchenden Server verbunden werden – eine Verbindung, die durch die java.net.Socket-Klasse aufgebaut wird. Dem Konstruktor wird dabei der Server mitgegeben. Die einfachste Variante ist der Socket(String host, int port)-Konstruktor.

Socket socket = new Socket( "die.weite.welt", 80 );

Der erste Parameter des Konstruktors erwartet den Namen des Servers (Host-Adresse), mit dem wir uns verbinden wollen. Der zweite Parameter steht für den Port.

Socket socket = new Socket( getCodeBase().getHost(), 80 );

Repräsentiert ein InetAddress-Objekt die Serveradresse, so kann auch dieses zum Aufbau der Verbindung genutzt werden.

Socket socket1 = new Socket( server, port );
Socket socket2 = new Socket( socket1.getInetAddress(), port );

Alternativ ermittelt die statische Methode InetAddress.getByName(String) die InetAddress eines Hosts. Ist der Server nicht erreichbar, so löst das System bei allen Socket-Konstruktionsversuchen eine UnknownHostException aus; dabei handelt es sich um eine Unterklasse von IOException, sodass grundsätzlich ein Auffangen/Weiterleiten einer IOException ausreicht.

class java.net.Socket

• Socket(String host, int port) throws IOException
  Erzeugt einen Stream-Socket und verbindet ihn mit der Port-Nummer am angegebenen Host.
• Socket(InetAddress address, int port) throws IOException
  Erzeugt einen Stream-Socket und verbindet ihn mit der Port-Nummer am Host mit der angegebenen IP-Nummer.
• Socket(String host, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
  throws IOException
  Erzeugt einen Socket für den Host host am Port port und bindet ihn an die lokale Adresse localAddr und an den lokalen Port localPort.
• Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort)
  throws IOException
  Erzeugt einen Socket für den durch address gegebenen Host am Port port und bindet ihn an die lokale Adresse localAddr und an den lokalen Port localPort.
• Socket() throws IOException
  Erzeugt einen nicht verbundenen Socket über die Standard-SocketImpl.
• protected Socket(SocketImpl impl) throws IOException
  Erzeugt einen unverbundenen Socket mit einer benutzerdefinierten SocketImpl. Nützlich für Unterklassen mit angepassten Verbindungen, die etwa den Datenstrom verschlüsseln oder komprimieren.

11.6.4 Server unter Spannung: die Ströme

Besteht erst einmal die Verbindung, so wird mit den Daten vom Server genauso verfahren wie mit den Daten aus einer Datei. Die Socket-Klasse liefert uns mit getInputStream() und getOutputStream() Kommunikationsströme, mit denen wir Daten vom Server lesen und Daten zum Server schreiben können. Oft werden die Ströme aufgewertet, etwa zu einem BufferedReader oder Scanner zum Lesen oder zu einem DataOutputStream oder PrintWriter zum Schreiben. Wir kennen das Aufwertungsprinzip schon von den URL-Verbindungen und von der Dateieingabe/-ausgabe.

class java.net.Socket

• InputStream getInputStream() throws IOException
  Liefert den Eingabestrom für den Socket.
• OutputStream getOutputStream() throws IOException
  Liefert den Ausgabestrom für den Socket.

11.6.5 Die Verbindung wieder abbauen

Die Methode close() leitet das Ende einer Verbindung ein und gibt dem Betriebssystem die reservierten Handles zurück. Ohne Freigabe könnte das Betriebssystem unter Umständen nach einer gewissen Zeit keine Handles mehr zurückgeben, und eine Fortsetzung der Arbeit wäre nicht möglich. Dies geht so weit, dass auch der Browser keine HTML-Seite mehr vom Server bekommt. Kommt es jedoch vor, dass sich zwar einige Verbindungen aufbauen lassen, danach aber Schluss ist, sollte diese Lücke untersucht werden.

class java.net.Socket

• void close() throws IOException
  Schließt den Socket.

11.6.6 Informationen über den Socket *

Wie beim URL-Objekt lässt auch die Klasse Socket keine grundsätzlich wichtigen Änderungen zu. Die Port-Adresse wie auch das Ziel müssen beim Erzeugen bekannt sein, doch lassen sich wie bei einer URL Informationen über das Socket-Objekt einholen.

class java.net.Socket

• InetAddress getInetAddress()
  Liefert die Adresse, mit der der Socket verbunden ist.
• InetAddress getLocalAddress()
  Liefert die lokale Adresse, an die der Socket gebunden ist.
• int getPort()
  Gibt den Remote-Port zurück, mit dem der Socket verbunden ist.
• int getLocalPort()
  Gibt den lokalen Port des Sockets zurück.

Abbildung 11.8: Klassendiagramm für Socket

Weitere Methoden kommen noch hinzu, die allerdings an einem Beispiel demonstriert werden sollen:

Listing 11.12: com/tutego/insel/net/SocketProperties.java. main()

Socket s = new Socket( "www.tutego.com", 80 );
out.println( s.getKeepAlive() );           // false
out.println( s.getLocalAddress() );        // /192.168.2.138
out.println( s.getLocalPort() );           // 1456
out.println( s.getLocalSocketAddress() );  // /192.168.2.138:1202
out.println( s.getOOBInline() );           // false
out.println( s.getPort() );                // 80
out.println( s.getRemoteSocketAddress() ); // www.tutego.com/82.96.100.30:80
out.println( s.getReuseAddress() );        // false
out.println( s.getReceiveBufferSize() );   // 8192
out.println( s.getSendBufferSize() );      // 8192
out.println( s.getSoLinger() );            // –1
out.println( s.getTcpNoDelay() );          // false
out.println( s.getTrafficClass() );        // 0

11.6.7 Reine Verbindungsdaten über SocketAddress *

Die Socket-Klasse bietet neben der Beschreibung der Verbindungsparameter auch Methoden zum Aufbau der Verbindung und zum Erfragen und Setzen von Metadaten. Sind nur die Verbindungsdaten Adresse und Port nötig, so lassen sich diese auch durch InetSocketAddress-Objekte beschreiben. Alle InetSocketAddress-Objekte sind von der Klasse SocketAddress abgeleitet, wofür es bisher nur InetSocketAddress als Unterklasse gibt. Für den Aufbau von InetSocketAddress-Objekten stehen drei Konstruktoren bereit:

class java.net.InetSocketAddress
extends SocketAddress

• InetSocketAddress(String hostname, int port)
• InetSocketAddress(InetAddress addr, int port)
• InetSocketAddress(int port)

Natürlich stellt sich die Frage, warum ein Programm InetSocketAddress-Objekte nutzen sollte, wenn doch auch Socket-Objekte alle Verbindungsdaten enthalten. Ein Grund ist, dass Objekte vom Typ InetSocketAddress serialisierbar sind, und ein anderer ist, dass über SocketAddress-Objekte bei einer gewünschten Verbindung leicht ein Timeout gesetzt werden kann.

SocketAddress addr = new InetSocketAddress( host, port );
Socket socket = new Socket();
socket.connect( addr, 100 );

class java.net.Socket

• void connect(SocketAddress endpoint, int timeout) throws IOException
  Baue eine Socket-Verbindung auf. Die Verbindungsparameter kommen aus dem SocketAddress-Objekt.
• void connect(SocketAddress endpoint, int timeout) throws IOException
  Baue eine Socket-Verbindung auf. Wenn nach timeout Millisekunden keine Verbindung möglich ist, erfolgt eine SocketTimeoutException.

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