Communication inter-processus - LIPN

Communication inter-processus : une introduction
(Programation en java)
Rushed Kanawati
LIPN, CNRS UMR 7030
Université Paris 13
http://lipn.fr/∼kanawati
[email protected]
January 31, 2017
R. Kanawati (LIPN)
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Plan
1
Introduction
2
Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
La classe InetAddress
Classes pour communication UDP
Serveur UDP multi-threads
Communication Multicast
Communication TCP
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Introduction
Objectifs
Communication inter-processus par tube
Programmation de clients/serveurs : UDP et TCP
Programmation de clients/Serveur réseaux multi-threads
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Introduction
Communication inter-processus
Les tubes :
communication unidirectionnelle
entrée processus pèere/fils ou processus frères.
Les sockets
communication bidirectionnelle
gestion similaire aux sockets interUnix.
Communiquer = écrire dans un fichier
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Introduction
Communication par tube en Java
// créer une sortie puis une entrée
// reliée à cette sortie ou l ’ inverse !
PipedWriter tubout = new PipedWriter ();
PipedReader tubin = new PipedReader ( tubout );
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Introduction
Ecriture dans un tube
// Dans thread producteur ( écrit message m )
String m = " bonjour " ;
// Conversion de m : String en buf : char []
buf = new char [ m . length ()];
m . getChars (0 , m . length () , buf ,0);
// ecrit dans le tube
out . write ( cbuf ,0 , mes . length ());
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Introduction
Lecture d’un tube
char cbuf []= new char [20];
int charLu =0;
do {
try {
charLu = in . read ( cbuf ,0 ,20);
// le consommateur se suicide au besoin !
if ( charLu == 1){
System . out . println ( " fin " );
System . exit (0);
}
String s = new String ( cbuf ,0 , charLu );
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Introduction
Rappel : Architecture Logicielle TCP/IP
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Introduction
Communication TCP/TP : Caractérisation
Adresses IP source et destination
Numéro de ports source et destination.
Protocole de transport utilisé : UDP ou TCP
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Introduction
Numéro de Port
Un port désigne le SAP (Service Access Point) de la couche
application.
L’adresse d’une application sur le réseau est donc définie par le couple
: @IP d la machine : numéro de port.
L’IANA1 répartit les numéros de ports en trois catégories :
Les ports systèmes : 0 - 1023. Sous Linux l’utilisation de ces ports
nécessite d’avoir les privilèges d’administrateur.
Les ports déposés : 1024 - 49151 sont disponibles pour les utilisateurs
et peuvent eux aussi être déposés auprès de l’ IANA
Les ports privés : 49152 à 65535.
1
Internet Assigned Numbers Authority, http://www.iana.org
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Introduction
Le concept de socket
Un socket est une interface entre une application et un service de la
couche de transport.
Plusieurs types de socket : socket UDP et socket TCP.
Il est représenté comme un fichier : l’écriture dans ce fichier
corresponds à l’envoie d’un message selon le protocole associé (UDP
ou TCP). La réception d’un message se fait par une opération de
lecture.
Un socket est associé alors à un protocole de transport et à un
numéro de port.
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
TCP/IP : Programmation en Java
Le paquetage java.net offre les classes de base :
InetAddress : pour la manipulation d’adresses IP.
DatagramSocket : pour la manipulation de sockets UDP.
DatagramPacket : pour la manipulation de paquets UDP.
ServerSocket : pour la manipulation de socket de serveurs TCP
Socket : pour la manipulation de socket TCP d’échange de données.
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
La classe InetAddress
La classe InetAddress
Cette classe n’offre pas de constructeurs. La création d’un objet passe
par l’appel d’une des méthodes statiques suivantes :
static InetAddress getLocalHost() throws
UnknownHostException
Retourne un objet InetAddress représentant la machine locale
public static InetAddress getByName(String host) throws
UnknownHostException
Retourne un objet InetAddress qui corresponds ) la résolution par le
système DNS de nom host.
public static InetAddress[] getAllByName(String host)
throws UnknownHostException
Retourne toutes les adresses retrouvées de host.
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
La classe InetAddress
La classe InetAddress : Exemples
InetAddress a ,b , c ;
...
try {
a = InetAddress . getLocalHost ();
b = InetAddress . getByName ( " iutv . univ - paris13 . fr " );
c = InetAddress . getByName ( " 127.0.0.1 " );
} catch ( U n k n o w n H o s t E x c e p t i o n e ) { ... }
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
La classe InetAddress
La classe InetAddress : méthodes de services
public String getHostName()
Retourne le nom complet correspondant à l’adresse IP
public String getHostAddress()
Retourne l’adresse IP sous forme numérique.
public byte[] getAddress()
Retourne l’adresse IP sous forme d’une suite d’octets.
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Classes pour communication UDP
Rappel : Protocole UDP
UDP opère en mode non connecté : échange de datagramms
(paquets)
L’entête d’un paquet UDP contient les numéros de ports source et
destination.
Les adresses IP sont dans l’entête IP encapsulé dans le paquet.
Un paquet UDP contient donc : Les adresses IP source et destination,
les ports source et destination et le message à envoyer (suite d’octets)
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Classes pour communication UDP
La classe DatagramPacket
Classe de manipulation de paquets UDP.
Constructeur pour encapsuler un paquet UDP à recevoir :
DatagramPacket(byte[] buf, int length)
où buf est le message à recevoir et length la taille du message.
Constructeur pour encapsuler un paquet UDP à envoyer :
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress
address, int port)
où buf est le message à envoyer, length la taille du message,
address est l’adresse IP destination et port est le port destination.
Attention le message buf doit être initialisé avant la construction du
paquet.
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Classes pour communication UDP
La classe DatagramPacket : méthodes de services
InetAddress getAddress()
Retourne l’adresse IP de la machine distante.
int getPort()
Retourne le numéro de port distant.
byte[] getData()
Retourne la partie donnée du paquet.
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Classes pour communication UDP
Classe DatagramSocket
Constructeurs :
public DatagramSocket() throws SocketException
Création d’un socket UDP associé à un port libre (privé)
public DatagramSocket(int port) throws SocketException
Création d’un socket UDP associé au port port
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Classes pour communication UDP
DatagramSocket : Méthodes de service
public void send(DatagramPacket p) throws IOException
Envoyer le paquet p
public void receive(DatagramPacket p) throws
IOException
recevoir un paquet p. L’appel ce cette méthode est bloquante.
public void setSoTimeout(int timeout) throws
SocketException
Permet de débloquer le thread exécutant une méthode recieve au
bout de timeout seconds.
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Classes pour communication UDP
Exemple : Envoie de message UDP (1)
/* Initialisation d ’ un socket UDP */
DatagramSocket socket = new DatgramSocket ()
/* identification de l ’ application destination : @IP ; por
InetAddress address =
InetAddress . getByName ( " iutv . univ - paris13 . fr " );
int port = 8888;
/* Le message à envoyer */
String s = new String ( " Bonjour Paris 13 " );
byte [] message = new byte [1024];
/* transformation du message en suite d ’ octets */
message = s . getBytes ();
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Classes pour communication UDP
Exemple : Envoie de message UDP (2)
/* Formation du paquet UDP à envoyer */
DatagramPacket paquet =
new DatagramPacket ( message , longueur , address , port );
/* envoi du paquet */
socket . send ( paquet );
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Classes pour communication UDP
Exemple : Réception de message UDP (1)
try {
DatagramSocket socket = new DatagramSocket (8888);
byte [] buffer = new byte [1024];
// On associe un paquet à un buffer vide pour la réception
DatagramPacket paquet = new
DatagramPacket ( buffer , buffer . length );
/* attente de réception */
socket . receive ( paquet );
/* affichage du paquet reçu */
String s = new String ( buffer );
System . out . println ( " message reçu : " + s );
} catch ( Exception e ) {}
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Serveur UDP multi-threads
Serveur UDP multi-threads
Pourquoi ? Réduire le temps d’attente de traitement de requêtes en
permettant le traitement parallèle.
Comment ? Pour chaque paquet UDP reçu par le serveur, un thread
de traitement se charge du traitement du paquet.
Optimisation : Un serveur peut anticiper la création de threads de
traitement afin de réduire le temps d’attente de traitement d’une
requête.
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Serveur UDP multi-threads
Serveur UDP multi-threads : Exemple
DatagramSocket socket = new DatagramSocket (8888);
while ( true ) {
byte [] buffer = new byte [1024];
DatagramPacket paquet =
newDatagr amPack et ( buffer , buffer . length );
socket . receive ( paquet );
/* Lancement d ’ un thread de traitement
à la réception d ’ un paquet */
new Handler ( paquet ). start ();
/* se mettre à nouveau à attendre d ’ autres requ^
e tes */
}
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Serveur UDP multi-threads
Serveur UDP multi-threads : Exemple
class Handler extends Thread {
private DatagramPacket p ;
public Handler ( DatagramPacket p ) throws Exception {
if ( p != null } {
this . p = p ;
} else {
throw new Exception ();
}
public void run () {
/* traitement du paquet */
}
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication Multicast
Communication Multicast
Communication Multicast : Diffusion restreinte de messages au sein
d’un groupe.
Un groupe multicarte est identifié par une adresse IP de classe D.
Plage d’adresses de classe D (IPv4) : 224.0.0.1 - 239.255.255.255.
224.0.0.0 - 224.0.0.255 : adresses réservées pour des services systèmes.
224.0.0 - 238.255.255.255 : adresses publiques
239.0.0.0 - 239.255.255.255 : adresses privées.
Utilisation d’un socket spécial : MulticastSocket
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication Multicast
La classe MulticastSocket
Sous-classe de DatagramSocket
Constructeurs :
public MulticastSocket () throws IOException
/* Création d ’ un socket multicast associé
à un port UDP libre */
public MulticastSocket ( int port ) throws IOException
/* Création d ’ un socket multicast associé
au port UDP port */
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication Multicast
La classe MulticastSocket
Quelques méthodes de services :
public void joinGroup ( InetAddress mcastaddr )
throws IOException
/* rejoindre un groupe de multicast */
public void leaveGroup ( InetAddress mcastaddr )
throws IOException
/* Quitter un groupe de multicast */
public void setTimeToLive ( int ttl )
throws IOException
/* Fixer le TTL associé aux paquets UDP */
public int getTimeToLive ()
throws IOException
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication Multicast
Multicast : exemple
public class Multicast {
public static void main ( String [] args ){
MulticastSocket soc ;
InetAddress adr ;
DatagramPacket p ;
byte [] msg ;
try {
adr = InetAddress . getByName ( " 228.5.6.7 " );
soc = new MulticastSocket ();
soc . joinGroup ( adr );
msg = new String ( " Salut !! " ). getBytes ();
p = new DatagramPacket ( msg , msg . length , ad
soc . send ( p );
} catch ( Exception ex ){}
}
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication Multicast
Multicast : exemple
public class MCClient {
public static void main ( String [] args ){
MulticastSocket soc ;
InetAddress adr ;
DatagramPacket p ;
byte [] msg ;
try {
adr = InetAddress . getByName ( " 228.5.6.7 " );
soc = new MulticastSocket (8888);
soc . joinGroup ( adr );
msg = new byte [1024];
p = new DatagramPacket ( msg , msg . length );
soc . receive ( p );
System . out . println ( " Message reçu " +
new String ( p . getDat
} catch ( Exception ex ){}
}}
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication TCP
Communication TCP
Communication en mode connecté
Communication en trois phases : connexion, échange, déconnexion.
Contrôle d’erreurs et de perte de messages : mécanismes
d’acquittements.
La phase de connexion est asymétrique. On parle alors de serveur et
de client.
Le serveur TCP utilise un socket de la classe ServerSocket.
L’échange de messages se fait à travers de sockets de la classe Socket
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication TCP
La classe ServerSocket
Rôle : attendre la réception de demande de connexion. Puis création
d’un socket d’échange sur acceptation.
Constructeur :
public ServerSocket ( int port )
throws IOException ;
/* Création d ’ un socket de connexion TCP associé
au port port */
Métode d’acceptation de demande de connexion:
public Socket accept ()
throws IOException ;
/* Attente de demande de connexion ,
création s ’ un socket d ’ échange après acceptation */
l’appel de la méthode accept() est bloquant
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication TCP
La classe Socket
Constructeur :
public Socket ( InetAddress server , int port )
throws IOException ;
/* Demande de connexion au serveur TCP
dont l ’ adresse est server et qui est
à l ’ écoute sur port */
Méthode d’échange de données :
public InputStream getInputStream ();
/* renvoyer un flus d ’ entrée pour lire les messages *
public OutputStream getOutputStream ();
/* renvoyer un flus d ’ entrée pour l ’ envoi de
messages */
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication TCP
Serveur TCP : exemple
public class EchoServer {
public static void main ( String [] args ) {
ServerSocket serSoc ;
DataInputStream in ;
PrintStream out ;
Socket soc ;
try {
serSoc = new ServerSocket ( Integer . parseInt ( args [0]));
while ( true ) {
soc = serSoc . accept ();
in = new DataInputStream ( soc . getInputStream ());
out = new
PrintStream ( soc . getOutputStream ());
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication TCP
Serveur TCP : exemple
while ( true ) {
String ligne = in . readLine ();
out . println ( " ECHO : " + ligne );
}
}
} catch ( Exception e ) { }
} }
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication TCP
Client TCP : exemple
public class EchoClient {
public static void main ( String [] args ) {
Socket soc ;
DataInputStream in ;
DataInputStream userInput ;
PrintStream out ;
String ligne ;
try
soc
in =
out
{
= new Socket ( args [0] , Integer . parseInt ( args [1]));
new DataInputStream ( soc . getInputStream ());
= new PrintStream ( soc . getOutputStream ());
userInput = new DataInputStream ( System . in );
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Classes Java pour la programmation réseaux: TCP/IP
Communication TCP
Client TCP : exemple
while ( true ) {
ligne = userInput . readLine ();
if ( ligne . equals ( " . " ))
break ;
out . println ( lingo );
System . out . println ( in . readLine ());
}
}
catch ( Un k n o w n H o s t E x c e p t i o n e ) { }
catch ( IOException e ) { } } }
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