Когда число компьютеров в учреждении переваливает за десяток и сотрудникам надоедает бегать с дискетами друг к другу для обмена файлами, тогда в компьютеры вставляются сетевые карты, протягиваются кабели и компьютеры объединяются в сеть. Сначала все компьютеры в сети равноправны, они делают одно и то же — это одноранговая (peer-to-peer) сеть. Потом покупается компьютер с большими и быстрыми жесткими дисками, и все файлы учреждения начинают храниться на данных дисках — этот компьютер становится файл-сервером, предоставляющим услуги хранения, поиска, архивирования файлов. Затем покупается дорогой и быстрый принтер. Компьютер, связанный с ним, становится принт-сервером, предоставляющим услуги печати. Потом появляются графический сервер, вычислительный сервер, сервер базы данных. Остальные компьютеры становятся клиентами этих серверов. Такая архитектура сети называется архитектурой клиент-сервер (client-server).
Сервер постоянно находится в состоянии ожидания, он прослушивает (listen) сеть, ожидая запросов от клиентов. Клиент связывается с сервером и посылает ему запрос (request) с описанием услуги, например, имя нужного файла. Сервер обрабатывает запрос и отправляет ответ (response), в нашем примере, файл, или сообщение о невозможности оказать услугу. После этого связь может быть разорвана или продолжиться, организуя сеанс связи, называемый сессией (session).
Запросы клиента и ответы сервера формируются по строгим правилам, совокупность которых образует протокол (protocol) связи. Всякий протокол должен, прежде всего, содержать правила соединения компьютеров. Клиент перед посылкой запроса должен удостовериться, что сервер в рабочем состоянии, прослушивает сеть, и услышал клиента. Послав запрос, клиент должен быть уверен, что запрос дошел до сервера, сервер понял запрос и готов ответить на него. Сервер обязан убедиться, что ответ дошел до клиента. Окончание сессии должно быть четко зафиксировано, чтобы сервер мог освободить ресурсы, занятые обработкой запросов клиента.
Все правила, образующие протокол, должны быть понятными, однозначными и короткими, чтобы не загружать сеть. Поэтому сообщения, пересылаемые по сети, напоминают шифровки, в них имеет значение каждый бит.
Итак, все сетевые соединения основаны на трех основных понятиях: клиент, сервер и протокол. Клиент и сервер — понятия относительные. В одной сессии компьютер может быть сервером, а в другой — клиентом. Например, файл-сервер может послать принт-серверу файл на печать, становясь его клиентом.
Для обслуживания протокола: формирования запросов и ответов, проверок их соответствия протоколу, расшифровки сообщений, связи с сетевыми устройствами создается программа, состоящая из двух частей. Одна часть программы работает на сервере, другая — на клиенте. Эти части так и называются серверной частью программы и клиентской частью программы, или, короче, сервером и клиентом.
Очень часто клиентская и серверная части программы пишутся отдельно, разными фирмами, поскольку от этих программ требуется только, чтобы они соблюдали протокол. Более того, по каждому протоколу работают десятки клиентов и серверов, отличающихся разными удобствами.
Обычно на одном компьютере-сервере работают несколько программ-серверов. Одна программа занимается электронной почтой, другая — пересылкой файлов, третья предоставляет Web-страницы. Для того чтобы их различать, каждой программе-серверу придается номер порта (port). Это просто целое положительное число, которое указывает клиент, обращаясь к определенной программе-серверу. Число, вообще говоря, может быть любым, но наиболее распространенным протоколам даются стандартные номера, чтобы клиенты были твердо уверены, что обращаются к нужному серверу. Так, стандартный номер порта электронной почты 25, пересылки файлов — 21, Web-сервера — 80. Стандартные номера простираются от 0 до 1023. Числа, начиная с 1024 до 65 535, можно использовать для своих собственных номеров портов.
Все это похоже на телевизионные каналы. Клиент-телевизор обращается посредством антенны к серверу-телецентру и выбирает номер канала. Он уверен, что на первом канале ОРТ, на втором — РТР и т. д.
Чтобы равномерно распределить нагрузку на сервер, часто несколько портов прослушиваются программами-серверами одного типа. Web-сервер, кроме порта с номером 80, может прослушивать порт 8080, 8001 и еще какой-нибудь другой.
В процессе передачи сообщения используется несколько протоколов. Даже когда мы отправляем письмо, мы сначала пишем сообщение, начиная его: "Глубокоуважаемый Иван Петрович!" и заканчивая: "Искренне преданный Вам". Это один протокол. Можно начать письмо словами: "Вася, привет!" и закончить: "Ну, пока". Это другой протокол. Потом мы помещаем письмо в конверт и пишем на нем адрес по протоколу, предложенному Министерством связи. Затем письмо попадает на почту, упаковывается в мешок, на котором пишется адрес по протоколу почтовой связи. Мешок загружается в самолет, который перемещается по своему протоколу. Заметьте, что каждый протокол только добавляет к сообщению свою информацию, не меняя его, ничего не зная о том, что сделано по предыдущему протоколу и что будет сделано по правилам следующего протокола. Это очень удобно — можно программировать один протокол, ничего не зная о других протоколах.
Прежде чем дойти до адресата, письмо проходит обратный путь: вынимается из самолета, затем из мешка, потом из конверта. Поэтому говорят о стеке (stack) протоколов: "Первым пришел, последним ушел".
В современных глобальных сетях принят стек из четырех протоколов, называемый стеком протоколов TCP/IP.
Сначала мы пишем сообщение, пользуясь программой, реализующей прикладной (application) протокол: HTTP (80), SMTP (25), TELNET (23), FTP (21), РОРЗ (100) или другой протокол. В скобках записан стандартный номер порта.
Затем сообщение обрабатывается по транспортному (transport) протоколу. К нему добавляются, в частности, номера портов отправителя и получателя, контрольная сумма и длина сообщения. Наиболее распространены транспортные протоколы TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol). В результате работы протокола TCP получается TCP-пакет (packet), а протокола UDP — дейтаграмма (datagram).
Дейтаграмма невелика — всего около килобайта, поэтому сообщение делится на прикладном уровне на части, из которых создаются отдельные дейтаграммы. Дейтаграммы посылаются одна за другой. Они могут идти к получателю разными маршрутами, прийти совсем в другом порядке, некоторые дейтаграммы могут потеряться. Прикладная программа получателя должна сама позаботиться о том, чтобы собрать из полученных дейтаграмм исходное сообщение. Для этого обычно перед посылкой части сообщения нумеруются, как страницы в книге. Таким образом, протокол UDP работает как почтовая служба. Посылая книгу, мы разрезаем ее на страницы, каждую страницу отправляем в своем конверте, и никогда не уверены, что все письма дойдут до адресата.
ТСР-пакет тоже невелик, и пересылка также идет отдельными пакетами, но протокол TCP обеспечивает надежную связь. Сначала устанавливается соединение с получателем. Только после этого посылаются пакеты. Получение каждого пакета подтверждается получателем, при ошибке посылка пакета повторяется. Сообщение аккуратно собирается получателем. Для отправителя и получателя создается впечатление, что пересылаются не пакеты, а сплошной поток байтов, поэтому передачу сообщений по протоколу TCP часто называют передачей потоком. Связь по протоколу TCP больше напоминает телефонный разговор, чем почтовую связь.
Далее сообщением занимается программа, реализующая сетевой (network) протокол. Чаще всего это протокол IP (Internet Protocol). Он добавляет к сообщению адрес отправителя и адрес получателя, и другие сведения. В результате получается IP-пакет.
Наконец, IP-пакет поступает к программе, работающей по канальному (link) протоколу ENET, SLIP, PPP, и сообщение принимает вид, пригодный для передачи по сети.
На стороне получателя сообщение проходит через эти четыре уровня протоколов в обратном порядке, освобождаясь от служебной информации, и доходит до программы, реализующей прикладной протокол.
Какой же адрес заносится в IP-пакет? Каждый компьютер или другое устройство, подключенное к объединению сетей Internet, так называемый хост (host), получает уникальный номер — четырехбайтовое целое число, называемое IP-адресом (IP-address). По традиции содержимое каждого байта записывается десятичным числом от 0 до 255, называемым октетом (octet), и эти числа пишутся через точку: 138.2.45.12 или 17.056.215.38.
IP-адрес удобен для машины, но неудобен для человека. Представьте себе рекламный призыв: "Заходите на наш сайт 154.223.145.26!" Поэтому IP-адрес хоста дублируется доменным именем (domain name).
В доменном имени присутствует краткое обозначение страны: ru — Россия, su — Советский Союз, ua — Украина, de — ФРГ и т. д., или обозначение типа учреждения: com — коммерческая структура, org — общественная организация, edu — образовательное учреждение. Далее указывается регион: msc.ru — Москва, spb.ru — Санкт-Петербург, kcn.ru — Казань, или учреждение: bhv.ru — "БХВ-Петербург", ksu.ru — Казанский госуниверситет, sun.com — SUN Microsystems. Потом подразделение: www.bhv.ru, java.sun.com. Такую цепочку кратких обозначений можно продолжать и дальше.
В Java IP-адрес и доменное имя объединяются в один класс inetAddress пакета java.net. Экземпляр этого класса создается статическим методом getByName (string host) данного же класса, в котором аргумент host— это доменное имя или IP-адрес.
Среди программного обеспечения Internet большое распространение получила информационная система WWW (World Wide Web), основанная на прикладном протоколе HTTP (Hypertext Transfer Protocol). В ней используется расширенная адресация, называемая URL (Uniform Resource Locator). Эта адресация имеет такие схемы:
protocol://authority@host:port/path/file#ref
protocol://authority@host:port/path/file/extra_path?info
Здесь необязательная часть authority — это пара имя:пароль для доступа к хосту, host — это IP-адрес или доменное имя хоста. Например:
http://132.192.5.10:8080/public/some.html
ftp://guest:password@lenta.ru/users/local/pub
ffle:///C:/text/html/index.htm
Если какой-то элемент URL отсутствует, то берется стандартное значение. Например, в первом примере номер порта port равен 80, а имя файла path — какой-то головной файл, определяемый хостом, чаще всего это файл с именем index.html. В третьем примере номер порта равен 21. В последнем примере в форме URL просто записано имя файла index.htm, расположенного на разделе С: жесткого диска той же самой машины.
В Java для работы с URL есть класс URL пакета java.net. Объект этого класса создается одним из шести конструкторов. В основном конструкторе
URL(String url)
задается расширенный адрес url в виде строки. Кроме методов доступа getxxxo, позволяющих получить элементы URL, в этом классе есть два интересных метода:
- openConnection () — определяет связь с URL и возвращает объект класса URLConnection;
- openStream() — устанавливает связь с URL и открывает входной поток в виде возвращаемого объекта класса inputstream.
Листинг 19.1 показывает, как легко можно получить файл из Internet, пользуясь методом openStream().
Листинг 19.1. Получение Web-страницы
import java.net.*;
import j ava.io.*;
class SimpleURL{
public static void main(String[] args){
try{
URL bhv = new URL("http://www.bhv.ru/");
BufferedReader br = new BufferedReader(
new InputStreamReader(bhv.openStream()));
String line;
while ((line = br.readLine()) != null)
System.out.println(line);
br.close();
}catch(MalformedURLException me){
System.err.println("Unknown host: " + me);
System.exit(0);
}catch(IOException ioe){
System.err.println("Input error: " + ioe);
}
}
}
Если вам надо не только получить информацию с хоста, но и узнать ее тип: текст, гипертекст, архивный файл, изображение, звук, или выяснить длину файла, или передать информацию на хост, то необходимо сначала методом openConnection () создать объект класса URLConnection или его подкласса HttpURLConnection.
После создания объекта соединение еще не установлено, и можно задать параметры связи. Это делается следующими методами:
- setDoOutput (boolean out) — если аргумент out равен true, то передача пойдет от клиента на хост; значение по умолчанию false;
- setDoinput (boolean in) — если аргумент in равен true, то передача пойдет с хоста к клиенту; значение по умолчанию true, но если уже выполнено setDoOutput(true), то значение по умолчанию равно false;
- setUseCaches (boolean cache) — если аргумент cache равен false, то передача пойдет без кэширования, если true, то принимается режим по умолчанию;
- setDefaultUseCaches(boolean default) — если аргумент default равен true, то принимается режим кэширования, предусмотренный протоколом;
- setRequestProperty(String name, String value) — добавляет параметр name со значением value к заголовку посылаемого сообщения.
После задания параметров нужно установить соединение методом connect (). После соединения задание параметров уже невозможно. Следует учесть, что некоторые методы доступа getxxxo, которым надо получить свои значения с хоста, автоматически устанавливают соединение, и обращение к методу connect () становится излишним.
Web-сервер возвращает информацию, запрошенную клиентом, вместе с заголовком, сведения из которого можно получить методами getxxxo, например:
- getcontentType () — возвращает строку типа string, показывающую тип пересланной информации, например, "text/html", или null, если сервер его не указал;
- getcontentLength () — возвращает длину полученной информации в байтах или — 1, если сервер ее не указал;
- getcontent () — возвращает полученную информацию в виде объекта типа Object;
- getContentEncoding () — возвращает строку типа string с кодировкой полученной информации, или null, если сервер ее не указал.
Два метода возвращают потоки ввода/вывода, созданные для данного соединения:
- getlnputStream() — возвращает входной поток типа InputStream;
- getOutputStream() — возвращает выходной поток типа OutputStream.
Прочие методы, а их около двадцати, возвращают различные параметры соединения.
Обращение к методу bhv.openstreamo, записанное в листинге 19.1, — это, на самом деле, сокращение записи
bhv.openConnection().getlnputStream()
В листинге 19.2 показано, как переслать строку текста по адресу URL.
Web-сервер, который получает эту строку, не знает, что делать с полученной информацией. Занести ее в файл? Но с каким именем, и есть ли у него право создавать файлы? Переслать на другую машину? Но куда?
Выход был найден в системе CGI (Common Gateway Interface), которая вкратце действует следующим образом. При посылке сообщения мы указываем URL исполнимого файла некоторой программы, размещенной на машине-сервере. Получив сообщение, Web-сервер запускает эту программу и передает сообщение на ее стандартный ввод. Вот программа-то и знает, что делать с полученным сообщением. Она обрабатывает сообщение и выводит результат обработки на свой стандартный вывод. Web-сервер подключается к стандартному выводу, принимает результат и отправляет его обратно клиенту.
CGI-программу можно написать на любом языке: С, C++, Pascal, Perl, PHP, лишь бы у нее был стандартный ввод и стандартный вывод. Можно написать ее и на Java, но в технологии Java есть более изящное решение этой задачи с помощью сервлетов (servlets). CGI-программы обычно лежат на сервере в каталоге cgi-bin.
Листинг 19.2. Посылка строки по адресу URL
import java.net.*;
import java.io.*;
class PostURL{
public static void main(String[] args){
String req = "This text is posting to URL";
try{
// Указываем URL нужной CGI-программы
URL url = new URL("http://www.bhv.ru/cgi-bin/some.pl");
// Создаем объект uc
URLConnection uc = url.openConnection();
// Собираемся отправлять
uc.setDoOutput(true);
// и получать сообщения
uc.setDoInput(true);
// без кэширования
uc.setUseCaches(false);
// Задаем тип
uc.setRequestProperty("content-type",
"application/octet-stream");
// и длину сообщения
uc.setRequestProperty("content-length", "" + req.length());
// Устанавливаем соединение
uc.connect();
// Открываем выходной поток
DataOutputStream dos = new DataOutputStream( uc.getOutputStreamO);
// и выводим в него сообщение, посылая его на адрес
URL dos.writeBytes(req);
// Закрываем выходной поток
dos.close();
// Открываем входной поток для ответа сервера
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(
uc.getlnputStream() )) ;
String res = null;
// Читаем ответ сервера и выводим его на консоль
while ((res = br.readLine()) != null)
System.out.println(res);
br.close () ;
}catch(MalformedURLException me){
System.err.println(me);
}catch(UnknownHostException he){
System.err.println(he);
}catch(UnknownServiceException se){
System.err.println(se);
}catch(IOException ioe){
System.err.println(ioe);
}
}
}