Java: Uso de sockets

POO (Programación Orientada a Objetos). Clases. Objetos. Herencia. Cliente # Servidor. Thread

  • Enviado por: Nerón
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 14 páginas
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  • Enunciado de la práctica.

  • En esta práctica se pretende aumentar el conocimiento acerca del uso de sockets en Java, en este caso utilizando tanto conectores de tipo stream (TCP) como conectores datagrama (UDP), siendo capaz de construir sus propias estructuras Cliente-Servidor. A su vez se pretende que el alumno se familiarice con el uso de hebras (threads) en Java.

    El desarrollo de las aplicaciones se realizará utilizando el entorno de IBM VisualAge for Java 3.5, teniendo también así el alumno que familiarizarse con este potente entorno de programación.

  • Desarrollo de la practica.

  • La práctica consta de dos partes. En la primera debemos desarrollar una aplicación cliente-servidor que utilice sockets stream (TCP), mientras que en la segunda parte la aplicación deberá utilizar sockets datagrama (UDP). El funcionamiento de las aplicaciones se explica en los correspondientes apartados.

  • Aplicación con sockets stream (TCP).

  • Para esta aplicación usaremos las clases Socket y ServerSocket, ya que estas son las adecuadas para el manejo de este tipo de sockets. En la práctica anterior ya habíamos utilizado estas clases para crear otra aplicación, pero el programa resultante estaba muy limitado, ya que el servidor solo atendía una petición y finalizaba su ejecución, por lo que tan sólo se atiende al primer cliente que lo solicite. La nueva aplicación eliminar estas limitaciones, generando así un nuevo cliente y un nuevo servidor cuyo funcionamiento será:

    El cliente envía cadenas de caracteres procedentes del servidor, hasta que se teclee FIN, por su parte el servidor devuelve dichas cadenas junto a cierta información de estado, esta información es:

    • Nombre del sistema operativo donde se ejecuta el servidor.

    • Versión del sistema operativo

    • Arquitectura de la maquina donde se ejecuta el servidor.

    • Fecha y hora de la máquina

    • Nombre de la hebra encargada de atender las peticiones.

    Para llevar a cabo estos procesos se han creado nuevos paquetes que contienen las clases necesarias. Un paquete MISC que contiene la clase Estado y un paquete TCP que contiene las clases ClienteTCP, ServidorTCP y AtencionClienteThread. El funcionamiento de todas estas clases se explica en los siguientes apartados.

    Clase Estado.

    Los objetos de la clase Estado son los encargados de extraer información acerca de la máquina en la están. La información que recopilan es la citada anteriormente para ser enviada al cliente. Para ello usamos cinco variables de tipo string, además debemos especificar el nombre de la hebra desde la cual se hace referencia a este objeto. El código de esta clase es:

    import java.util.*;

    public class Estado {

    public Estado (String nameThread){

    Date fecha = new Date();

    NombreSO = System.getProperty("os.name");

    VerSO = System.getProperty("os.version");

    Arquitectura = System.getProperty("os.arch");

    Fecha = fecha.toString();

    NombreHebra = nameThread;

    }

    public String toString(){

    String Estado = new String("");

    Estado = NombreSO + " Version " + VerSO + "\nArquitectura: " + Arquitectura + "\n" + Fecha + " \n" + NombreHebra;

    return Estado;

    }

    String Arquitectura;

    String Fecha;

    String NombreHebra;

    String NombreSO;

    String VerSO;

    }

    Como podemos ver la clase consta del constructor y un método toString(). En el constructor se recopila toda la información utilizando llamadas al sistema propias de java para el tipo y versión del sistema operativo, y para la arquitectura del sistema, mientras que para la fecha y hora hacemos uso de la clase Date, que encontramos en el paquete java.util. El nombre de la hebra lo debemos pasar como argumento al crear el objeto. Por último el método toString() crea un nuevo string donde encadena toda la información recopilada. Es importante notar que introduce retornos de carro e incisos explicativos, por lo que a la hora de recibir la información debemos tener en cuenta que ocupa varias líneas.

    Clase ClienteTCP.

    La clase ClienteTCP tiene un sencillo funcionamiento. Consta de un único método main(), por tanto es ejecutable por si sola. Su funcionamiento es muy similar al de la práctica anterior:

    Al iniciar el cliente éste abre una conexión tipo stream con la maquina donde se encuentra el servidor y en el puerto donde se oferta el servicio. La máquina y el puerto se introducen por la línea de comandos, de modo que cuando no se especifican se utilizan unos valores por defecto. La diferencia con el anterior es que en esta ocasión cuando recibe la repuesta del servidor espera una nueva introducción de datos para volver a enviarlos al servidor (algo parecido al funcionamiento de un chat si éste fuese semi-duplex). El cliente finaliza su ejecución cuando se introduce por teclado la palabra FIN (previo envío al servidor). El código del cliente es:

    import java.net.*;

    import java.io.*;

    public class ClienteTCP {

    public static void main (String[] argumentos)throws IOException{

    Socket cliente = null;

    PrintWriter escritor = null;

    BufferedReader lector = null;

    String DatosEnviados = null;

    String maquina;

    int puerto;

    BufferedReader DatosTeclado = new BufferedReader ( new InputStreamReader (System.in));

    if (argumentos.length !=2){

    maquina = "localhost";

    puerto = 12345;

    System.out.println ("Establecidos valores por defecto:\nEQUIPO = localhost\nPORT = 12345");

    }

    else{

    maquina = argumentos [0];

    Integer pasarela = new Integer (argumentos[1]);

    puerto = pasarela.parseInt(pasarela.toString());

    System.out.println ("Conectado a " + maquina + " en puerto: " + puerto);

    }

    try{

    cliente = new Socket (maquina,puerto);

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo : "+ e.toString());

    System.exit (0);

    }

    try{

    escritor = new PrintWriter(cliente.getOutputStream(), true);

    lector = new BufferedReader(new InputStreamReader(cliente.GetInputStream (

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo : "+ e.toString());

    cliente.close();

    System.exit (0);

    }

    do{

    DatosEnviados = DatosTeclado.readLine();

    escritor.println (DatosEnviados);

    if (!DatosEnviados.equals("FIN")){

    System.out.println (lector.readLine());

    System.out.println (lector.readLine());

    System.out.println (lector.readLine());

    System.out.println (lector.readLine());

    System.out.println (lector.readLine());

    }

    }while (!DatosEnviados.equals("FIN"));

    System.out.println ("Finalizada conexión con el servidor");

    try{

    escritor.close();

    }catch (Exception e){}

    }

    La mayor diferencia que podemos encontrar con el código del cliente anterior es la introducción de las estructura de repetición do/while, usada para reiterar el envió y lectura de datos con el servidor hasta que el usuario indique el final de la ejecución. La lectura de datos se hace en varias líneas porque los datos devueltos por el servidor contienen retornos de carro. También podemos apreciar que cuando se indica la finalización del proceso evitamos hacer lectura del servidor ya que este no enviara nada.

    Los comentarios han sido eliminados en este código por motivos de estética, el código comentado de todas las clases se puede encontrar al final e este dossier.

    Clase Servidor TCP.

    En este caso el servidor diseñado es un servidor concurrente, es decir, sólo se encarga de aceptar peticiones de servicio, una vez aceptada se genera un proceso hijo (hebra en Java) que se encargará de facilitar dicho servicio al cliente. De modo que la función del servidor es escuchar peticiones de clientes y crear procesos hijos que las atiendan. El código de servidor es:

    import java.net.*;

    import java.io.*;

    import misc.*;

    public class ServidorTCP{

    public static void main (String[] argumentos)throws IOException{

    ServerSocket socketServidor = null;

    Socket socketCliente = null;

    try{

    socketServidor = new ServerSocket (12345);

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo : "+ e.toString());

    System.exit (0);

    }

    System.out.println ("Servidor iniciado... (Socket TCP)");

    while(true){

    try{

    socketCliente = socketServidor.accept();

    AtencionClienteThread miThread = new AtencionClienteThread(""Cliente: " + socketCliente.toString(), , socketCliente);

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo : " + e.toString());

    socketServidor.close();

    System.exit (0);

    }

    }

    }

    }

    Este tipo de servidor es mucho más sencillo que el interactivo, como podemos observar crea el socket para ofertar el servicio y se limita ha esperar peticiones que, una vez aceptadas, se las pasa a la hebra para que las atienda. Al crear la hebra la nombramos con la información del cliente y le pasamos el socket del cliente a través del cual devolverá la información requerida.

    Al utilizar el bucle while() con la opción true creamos un servidor que atiende peticiones constantemente, de manera que aunque ya se este procesando una petición de servicio se aceptarán otras nuevas. Esta es la principal característica de los servidores concurrentes. Esto es gracias al uso de threads en el diseño del programa.

    Clase AtencionClienteThread.

    Esta es la clase que realmente atiende las peticiones de los clientes, por tanto es la más compleja. Al ser una hebra es una clase derivada de Threads y contendrá, además de otros, un método run() donde se especifica los procesos a ejecutar cada vez que se crea una hebra de este tipo. El código de está clase se expone a continuación:

    import misc.*;

    import java.io.*;

    import java.net.*;

    public class AtencionClienteThread extends Thread{

    Socket SockCliente;

    String name;

    public void run(){

    String Entrada = "INICIO";

    try{

    PrintWriter escritor = new PrintWriter (SockCliente.getOutputStream(), true);

    BufferedReader lector = new BufferedReader (new InputStreamReader (SockCliente.getInputStream()));

    while (!Entrada.equals("FIN")){

    Entrada = leerDatos(lector);

    if (!Entrada.equals("FIN")){

    presentaAlCliente (SockCliente);

    System.out.println("\tMENSAJE: " + Entrada);

    enviarDatos (Entrada, escritor);

    }

    }

    SockCliente.close();

    escritor.close();

    lector.close();

    }catch (IOException e){

    System.out.println("Fallo: " + e.toString()");

    System.exit(0);

    }

    }

    public AtencionClienteThread(String nameThread, Socket Cliente){

    name = nameThread;

    SockCliente = Cliente;

    this.start();

    }

    public void enviarDatos(String Salida, PrintWriter escritor){

    Estado Conf = new Estado (name);

    escritor.println("Se recibió: " + Salida + "\nServidor:" + Conf.toString());

    }

    public String leerDatos(BufferedReader lector) throws IOException {

    String datos = null;

    try{datos = lector.readLine();

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo : "+ e.toString());

    System.exit (0);

    }

    return datos;

    }

    public static void presentaAlCliente(Socket s) {

    System.out.println("\nSe ha recibido un mensaje desde:\n\tPUERTO REMOTO: " + s.getPort()); //Puerto REMOTO del Cliente

    System.out.println("\tPUERTO LOCAL: " + s.getLocalPort());

    System.out.println("\tMAQUINA: " + s.getInetAddress());

    }

    }

    Tenemos cuatro métodos además de constructor, estos métodos son presentaAlCliente(), leerDatos(), enviarDatos() y, el ya nombrado, run(). La existencia de los método leerDatos() y enviarDatos() es para la mejor modulación y entendimiento del programa, pudiendo ser integrados en run(). Veamos a continuación uno a uno dichos métodos:

    • Constructor: Cuando creamos un objeto de esta clase debemos pasar como argumentos el nombre que queramos darle a la hebra y el socket del cliente donde debemos devolver los datos. Es también aquí donde comienza la ejecución de la hebra con la sentencia this.start().

    • presentaAlCliente(): Este método ha sido extraído de la práctica anterior y su función es la de devolver una cadena de caracteres con la información de procedencia de los datos a partir del socket del cliente. En este caso nos dice el puerto remoto al que debemos enviar la información, el puerto local donde se reciben las peticiones de servicio y la máquina de procedencia de la información.

    • leerDatos(): Su función es la de obtener los datos enviados por el cliente y devolverlos como un string. Para ello debemos pasarle el objeto BufferedReader que esta conectado al socket del cliente, devolviéndonos dicha información.

    • enviarDatos(): Realiza la función inversa, es decir, manda datos al cliente. Requiere la cadena de caracteres a enviar y el objeto PrintWriter conectado al socket del cliente al que debe enviar los datos. No devuelve ningún valor.

    • run(): Este método define la actividad principal de la hebra. Crea una variable String para manejar la entrada y salida de información y dos objetos, uno PrintWriter y otro BufferedReader, que se encargarán de leer y escribir en el socket del cliente. Una vez aquí entra en el bucle while (Iniciamos la variable String Entrada con cualquier valor menos “FIN”), donde espera datos procedentes del cliente, los muestra por pantalla, junto a la procedencia del mismo, y envía al servidor el mismo mensaje más toda la información especificada al comienzo de la práctica. Esta operación se estará ejecutando hasta que se reciba el mensaje FIN, entonces no se mostrará nada y se cerrará lector, escritor y el socket del cliente., finalizando así la ejecución de la hebra.

    Hasta aquí el funcionamiento de la aplicación cliente-servidor usando socket stream (TCP) con un servidor concurrente.

  • Aplicación con socket datagrama (UDP).

  • En este caso, a diferencia del anterior, usaremos las clases DatagramSocket y DatagramPacket que son las usadas para construir socket de tipo datagrama (UDP). Este tipo de sockets no requieren una conexión previa, sino que el servidor se sitúa en un puerto y espera llegada de paquetes, mientras que el cliente se coloca en otro y envía paquetes al puerto del servidor. El servidor, a su vez, devuelve los paquetes al puerto remoto de procedencia, es decir, al cliente.

    El funcionamiento de está aplicación es mucho más sencillo que en el apartado anterior. El cliente debe abrir un socket datagrama, por línea de comandos se especifica la maquina y el puerto el que se destinan los paquetes (La máquina y puerto donde se ubica el socket del cliente se hace de modo automático). A continuación envía un paquete, espera la respuesta y finaliza. El servidor por su parte espera la llegada de paquetes, cuando llega uno muestra en pantalla el contenido y se lo devuelve al cliente adjuntando la información aportada por un objeto de la clase Estado.

    En esta parte crearemos un nuevo paquete llamado UDP que contendrá dos clases nuevas ClienteUDP y ServidorUDP. Además también usaremos la clase Estado del paquete MISC.

    Clase ClienteUDP

    La clase ClienteUDP consta de un único método main(), lo cual la hace ejecutable. En este método se definen todas las variables, se generan todos los objetos y manejan todos los métodos necesarios para el envío y recepción de paquetes datagrama (DatagramPacket). El código es:

    import java.net.*;

    import java.io.*;

    public class ClienteUDP {

    public static void main(java.lang.String[] args) {

    final int TamBuffer = 1024;

    final int TimeOut = 15000;

    InetAddress Host = null;

    DatagramSocket cliente = null;

    String DatosString;

    String maquina;

    int puertoDestino;

    BufferedReader DatosTeclado = new BufferedReader ( new InputStreamReader (System.in));

    byte[] Datos = new byte[TamBuffer];

    byte[] DatosRecibidos = new byte[TamBuffer];

    if (args.length !=2){

    maquina = "localhost";

    puertoDestino = 12345;

    System.out.println ("Establecidos valores por defecto:\nEQUIPO DESTINO = localhost\nPUERTO DESTINO: = 12345");

    }

    else{

    maquina = args [0];

    Integer pasarela = new Integer (args[1]);

    puertoDestino = pasarela.parseInt(pasarela.toString());

    System.out.println ("Iniciado Socket UDP en " + maquina + " con destino: " + puertoDestino);

    }

    try{

    cliente = new DatagramSocket ();

    cliente.setSoTimeout (TimeOut);

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo : "+ e.toString());

    System.exit (0);

    }

    try{

    DatosString = DatosTeclado.readLine();

    Datos = DatosString.getBytes();

    DatagramPacket PaqueteAEnviar = new DatagramPacket (Datos, Datos.length, Host.getByName(maquina), puertoDestino);

    cliente.send(PaqueteAEnviar);

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo: " + e.toString());

    System.exit(0);

    }

    System.out.println ("\nPaquete enviado");

    DatagramPacket PaqueteRecibido = new DatagramPacket (DatosRecibidos, DatosRecibidos.length);

    try{

    System.out.println ("\nEsperando respuesta del servidor...");

    cliente.receive (PaqueteRecibido);

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("\nAgotado Timeout! Finalizado");

    cliente.close();

    System.exit(0);

    }

    try{

    DatosString = new String (PaqueteRecibido.getData(), 0, PaqueteRecibido.getLength());

    System.out.println ("RESPUESTA DEL SERVIDOR:" + DatosString );

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo: " + e.toString());

    System.exit(0);

    }

    cliente.close();

    }

    }

    Tenemos dos constantes definidas, que son TimeOut y TamBuffer, la primera es el tiempo que el cliente esperará la recepción de paquetes, mientras que la segunda es el tamaño del array de bytes que contendrá la información que deseamos enviar, por tanto nunca podremos enviar mas de un 1Kb (1024 bytes) en cada paquete. Este valor se puede modificar según las necesidades.

    A continuación creamos una variable Host tipo InetAddress que contendrá la dirección de la máquina de destino, un DatagramSocket para ubicar el socket del cliente, dos String; StringDatos donde se introducirán los datos que deseamos enviar y posteriormente los recibidos, y maquina donde metemos el destinatario del paquete. También tenemos puertoDestino, un entero con el puerto que escucha en el servidor.

    Los objetos que necesitamos son un BufferedReader para la obtención de datos desde el teclado y dos arays de bytes, uno para los datos a enviar y otro para los datos que recibimos.

    En la secuencia de ejecución lo primero es comprobar si la entrada del destino desde el teclado ha sido correcta, si es así utilizamos los valores introducidos, sino usaremos los definidos por defecto.

    Ahora creamos el socket datagrama en el cliente, configurando el tiempo de espera como el definido en TimeOut. En el caso de socket datagrama no es necesario especificar una máquina y un puerto, ya que se abrirá en la máquina local utilizando cualquier puerto disponible. A continuación obtenemos los datos a enviar desde el teclado, los pasamos a bytes, por medio del método getBytes() de la clase String, y los introducimos en un paquete (DatagramPacket) que etiquetamos con la máquina y puerto de destino. A continuación enviamos el paquete a través de nuestro socket.

    El siguiente paso es crear un paquete donde introducir los datos recibidos del servidor y esperar la respuesta del servidor, estando este tiempo de espera limitado por el TimeOut. Una vez recibido el paquete mostramos la información contenida por pantalla y cerramos el socket del cliente, finalizando así la ejecución del programa del cliente.

    Clase ServidorUDP.

    Esta clase, al igual que la anterior, consta de un único método main() en que se especifican todos los procesos necesarios para llevar a cabo el procedimiento requerido. Hay que tener en cuenta que, a diferencia de la clase ClienteUDP, el puerto local donde se creará el DatagramSocket si debe ser especificado, ya que será hay donde de oferte el servicio y, por tanto, donde se deben enviar los paquetes desde el cliente. El código usado es:

    import misc.*;

    import java.net.*;

    import java.io.*;

    public class ServidorUDP {

    public static void main(java.lang.String[] args) {

    final int TimeOut = 15000;

    final int TamDatos = 1024;

    final int puertoLocal = 12345;

    String DatosString = "";

    DatagramSocket servidor = null;

    byte[] Datos = new byte[TamDatos];

    try{

    servidor = new DatagramSocket (puertoLocal);

    servidor.setSoTimeout(TimeOut);

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo : "+ e.toString());

    System.exit (0);

    }

    System.out.println ("Servidor iniciado... (Socket UDP)");

    DatagramPacket PaqueteRecibido = new DatagramPacket(Datos, Datos.length);

    try{

    System.out.println ("\nEsperando llegada de paquetes...");

    servidor.receive(PaqueteRecibido);

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("\nAgotado Timeout! Finalizado");

    servidor.close();

    System.exit(0);

    }

    try{

    DatosString = new String (PaqueteRecibido.getData(), 0, PaqueteRecibido.getLength());

    System.out.println ("\nMENSAJE RECIBIDO:\n" + DatosString );

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo: " + e.toString());

    System.exit(0);

    }

    try{

    Estado info = new Estado ("Info-server");

    DatosString = DatosString + "\n" + info.toString();

    Datos = DatosString.getBytes();

    DatagramPacket DatosAEnviar = new DatagramPacket(Datos, Datos.length, PaqueteRecibido.getAddress(), PaqueteRecibido.getPort());

    servidor.send(DatosAEnviar);

    }catch (Exception e){

    System.out.println ("Fallo: " + e.toString());

    System.exit(0);

    }

    System.out.println ("\nRespuesta Enviada.\nServidor finalizado.");

    servidor.close();

    }

    }

    Su funcionamiento es muy parecido al de la clase ClienteUDP, salvo alguna salvedad como la comentada anteriormente.

    En este caso tenemos tres constantes: TimeOut, TamDatos, que tienen la misma función que en la clase anterior, y además puertoLocal. Esta última sirve para identificar en que puerto de la máquina se oferta el servicio. Además tenemos un String para mostrar la información por pantalla, el DatagramSocket del servidor y un array de bytes para almacenar los datos a enviar y los recibidos. La razón que en el servidor usemos un solo array para almacenar los datos (recordemos que en el cliente usamos dos, uno para la salida y otro para la entrada) es por que en el cliente una vez que enviamos el primer paquete el tamaño del array de bytes queda definido, por tanto no podemos volver a usarlo para recibir cadenas de bytes más largas. Mientras que en el servidor el tamaño de bytes no cambia, sino que siempre es el máximo indicado por TamDatos.

    Primero creamos el socket del servidor en el puerto y con un tiempo de espera (TimeOut) especificados, a continuación generamos un objeto DatagramPacket (Paquete datagrama) donde almacenar los datos que se reciban y esperamos la llegada de un paquete. Cuando llega el primero imprimimos en pantalla su contenido utilizando la clase String.

    Una vez tenemos los datos recibidos como un String, utilizamos la clase toString() de la clase Estado para añadir la información del servidor requerida, lo encapsulamos todos en un nuevo paquete cuyo destino es el remitente el primero. Para hacer esto utilizamos los métodos getAddress() y getPort() de la clase DatagramPacket. Con el paquete construido y etiquetado con el destino lo enviamos a través de nuestro socket y cerramos el proceso servidor.

  • Código fuente del programa.

  • En las siguientes páginas puedes encontrar el mismo código que en los apartados anteriores pero con los comentarios necesarios para su correcto entendimiento. Además se incluye un disquete con los paquetes que contienen las clases para probar su funcionamiento.

    Todo el código ha sido implementado utilizando IBM VisualAge for Java 3.5 con ayuda de los siguientes documentos:

    • Manual de usuario de VisualAge for Java (Universidad Politécnica de Cartagena). Fernando Cerdán Cartagena y Cristina López Bravo.

    • Documentación de JavaTM 2 SDK, Standard Edition Version 1.3.

    • Aprenda Java como si estuviera en primero (Universidad de Navarra). Javier Garcia de Jalón, José Ignacio Rodríguez, Iñigo Mingo, Aitor Imaz, Alfonso Brazales, Alberto Larzabal, Jesús Calleja, Ion García.

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