Интернет Програмиране - Основи

Теория

Основи на Мрежовото Програмиране: Преглед на TCP/IP, Протоколи и Технологии

TCP/IP Протоколи

TCP/IP е основният комуникационен протокол в Интернет, разделяйки се на два основни компонента:

• TCP (Transmission Control Protocol): Гарантира доставянето на пакети от източника до крайната дестинация, осигурявайки надеждност и последователност.
• IP (Internet Protocol): Отговаря за маршрутизацията на пакетите, като използва уникални IP адреси за идентификация на устройства в мрежата.

OSI Модел

OSI (Open Systems Interconnection) моделът е концептуална рамка, която се използва за разбиране и проектиране на мрежови системи. Той се състои от седем слоя:

1. Физически Слой: Управлява преноса на сурови битове по физическата среда.
2. Data Link Слой: Отговаря за мрежовата комуникация и корекция на грешки на физическия слой.
3. Мрежови Слой: Маршрутизира пакети, включително IP адресация и маршрутизация.
4. Транспортен Слой: Управлява край-до-край доставката на данни (TCP, UDP).
5. Сесиен Слой: Управлява сесии между комуникиращи се устройства.
6. Презентационен Слой: Конвертира данните във формат, който приложният слой може да използва.
7. Приложен Слой: Интерфейсът между мрежовата услуга и крайния потребител.

Други Важни Протоколи и Технологии

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Основен протокол за трансфер на данни в World Wide Web.
• HTTPS (HTTP Secure): Версия на HTTP с добавено криптиране чрез SSL/TLS.
• SSL/TLS (Secure Sockets Layer / Transport Layer Security): Протоколи за криптиране на мрежови комуникации.
• WebSocket: Технология, която осигурява двупосочна комуникация по една единствена TCP връзка.
• FTP (File Transfer Protocol): Протокол за трансфер на файлове между клиент и сървър.
• SSH (Secure Shell): Протокол за сигурен достъп до отдалечени системи.

Примерен Java Код за Създаване на TCP Сървър и Клиент

TCP Сървър

import java.io.IOException;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // Създаване на ServerSocket на порт 1211
        ServerSocket server = new ServerSocket(1211);

        // Сървърът "слуша" за входящи връзки
        Socket socket = server.accept();

        // Създаване на Scanner обект за четене на данни от клиента
        Scanner scan = new Scanner(socket.getInputStream());

        // Прочитане на числото, изпратено от клиента
        int number = scan.nextInt();

        // Изпращане на отговор обратно към клиента
        PrintStream printout = new PrintStream(socket.getOutputStream());
        printout.println((number % 2 == 0) ? "Your number is even" : "Your number is odd");

        // Затваряне на сървъра
        server.close();
    }
}

TCP Клиент

import java.io.IOException;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;

public class ClientDemo {
    public static void main(String args[]) throws IOException {
        // Създаване на сокет към сървъра
        Socket s = new Socket("127.0.0.1", 1211);

        // Създаване на Scanner за четене от конзолата
        Scanner scan = new Scanner(System.in);

        // Създаване на Scanner за четене на отговор от сървъра
        Scanner scan2 = new Scanner(s.getInputStream());

        // Изпращане на число към сървъра
        PrintStream printout = new PrintStream(s.getOutputStream());
        System.out.println("Enter some value:");
        try {
            int number = scan.nextInt();
            printout.println(number);

            // Четене на отговора от сървъра и извеждане на конзолата
            String input = scan2.nextLine();
            System.out.println(input);
        } catch (InputMismatchException e) {
            System.out.println("Enter a correct value");
        } finally {
            // Затваряне на ресурсите
            if (s != null) s.close();
            if (scan != null) scan.close();
            if (scan2 != null) scan2.close();
        }
    }
}

В тези примери, сървърът приема число от клиента, проверява дали е четно или нечетно и изпраща отговор обратно. Клиентът изпраща числото и чака отговор от сървъра.

Код

Теория в Код: Реализация на TCP и UDP Сървъри и Клиенти в Java

В тази секция, ще разгледаме няколко различни примера, показващи как се реализират TCP и UDP сървъри и клиенти в Java.

TCP Сървър и Клиент

TCP Сървър

TCP сървърът използва ServerSocket за "слушане" на входящи връзки. След като приеме връзка, използва Socket за комуникация с клиента.

import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(5000);

        while (true) {
            Socket clientSocket = serverSocket.accept(); // Приемане на клиент
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
            PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);

            String inputLine;
            while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
                System.out.println("Server received: " + inputLine);
                out.println("Echo: " + inputLine); // Отговаряне на клиента
            }
        }
    }
}

TCP Клиент

TCP клиентът използва Socket за свързване със сървъра и изпращане/получаване на съобщения.

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
        Socket socket = new Socket("localhost", 5000);
        PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String userInput;

        while ((userInput = scanner.nextLine()) != null) {
            out.println(userInput); // Изпращане на съобщение към сървъра
            System.out.println("Server replied: " + in.readLine()); // Получаване на отговор от сървъра
        }

        socket.close();
    }
}

UDP Сървър и Клиент

За разлика от TCP, UDP е безконекционен протокол, който не изисква установяване на връзка между сървъра и клиента. Вместо това, клиентът изпраща пакети до сървъра, а сървърът изпраща пакети до клиента. Пакетите се изпращат чрез DatagramSocket и DatagramPacket. Ако пакетът е прекалено голям, той се разделя на по-малки пакети, които се изпращат поотделно, а след това се сглобяват отново. Възможно е пакетите да се загубят по пътя, поради което UDP не е подходящ за изпращане на големи файлове.

UDP Сървър

UDP сървърът използва DatagramSocket за получаване и изпращане на DatagramPacket.

import java.io.*;
import java.net.*;

public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(5000);

        byte[] buffer = new byte[256];
        while (true) {
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
            socket.receive(packet); // Получаване на пакет

            String received = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
            System.out.println("UDP server received: " + received);

            InetAddress address = packet.getAddress();
            int port = packet.getPort();
            packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, address, port);
            socket.send(packet); // Изпращане на отговор
        }
    }
}

UDP Клиент

UDP клиентът използва DatagramSocket за изпращане и получаване на DatagramPacket до сървъра.

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

        InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
        byte[] buffer;

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String userInput;

        while ((userInput = scanner.nextLine()) != null) {
            buffer = userInput.getBytes();
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, address, 5000);
            socket.send(packet); // Изпращане на пакет към сървъра

            packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
            socket.receive(packet); // Получаване на отговор
            String received = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
            System.out.println("Server replied: " + received);
        }

        socket.close();
    }


}

Забележки

• В TCP сървъра и клиента, комуникацията се осъществява чрез потоци (streams), което позволява по-лесно четене и писане на данни.
• В UDP сървъра и клиента, комуникацията става чрез изпращане и получаване на пакети (packets), което е по-непостоянно, но по-бързо.