La programación en red siempre ha sido dificultosa , el programador debía de conocer la mayoría de los detalles de la red, incluyendo el hardware utilizado, los distintos niveles en que se divide la capa de red, las librerias necesarias para programar en cada capa, etc...

Pero , la idea simplemente consiste en obtener información desde otra maquina , aportada por otra aplicación software. Por lo tanto , de cierto modo se puede reducir al mero hecho de leer y escribir archivos , con ciertas salvedades.

El sistema de Entrada/Salida de Unix sigue el paradigma que normalmente se designa como Abrir-Leer-Escribir-Cerrar. Antes de que un proceso de usuario pueda realizar operaciones de entrada/salida, debe hacer una llamada a Abrir (open) para indicar, y obtener los permisos del fichero o dispositivo que se desea utilizar.

Una vez que el fichero o dispositivo se encuentra abierto, el proceso de usuario realiza una o varias llamadas a Leer (read) y Escribir (write), para la lectura y escritura de los datos.

El proceso de lectura toma los datos desde el objeto y los transfiere al proceso de usuario, mientras que el de escritura los transfiere desde el proceso de usuario al objeto. Una vez concluido el intercambio de información, el proceso de usuario llamará a Cerrar (close) para informar al sistema operativo que ha finalizado la utilización del fichero o dispositivo.

En Unix, un proceso tiene un conjunto de descriptores de entrada/salida desde donde leer y por donde escribir. Estos descriptores pueden estar referidos a ficheros, dispositivos, o canales de comunicaciones sockets.

El ciclo de vida de un descriptor, aplicado a un canal de comunicación (socket), está determinado por tres fases :

- Creación, apertura del socket

- Lectura y Escritura, recepción y envío de datos por el socket

- Destrucción, cierre del socket

La interface IPC en Unix-BSD está implementada sobre los protocolos de red TCP y UDP. Los destinatarios de los mensajes se especifican como direcciones de socket; cada dirección de socket es un identificador de comunicación que consiste en una dirección Internet y un número de puerto.

Las operaciones IPC se basan en pares de sockets. Se intercambian información transmitiendo datos a través de mensajes que circulan entre un socket en un proceso y otro socket en otro proceso. Cuando los mensajes son enviados, se encolan en el socket hasta que el protocolo de red los haya transmitido. Cuando llegan, los mensajes son encolados en el socket de recepción hasta que el proceso que tiene que recibirlos haga las llamadas necesarias para recoger esos datos.

El lenguaje Java fue desarrollado por la empresa Sun MicroSystems hacia el año 1990, mediante la creación de un grupo de trabajo en cuya cabeza estaba James Gosling. Este grupo de trabajo fue ideado para desarrollar un sistema de control de electrodomésticos y de PDAs o asistentes personales (pequeños ordenadores) y que además tuviese la posibilidad de interconexión a redes de ordenadores. Todo ello implicaba la creación de un hardware polivalente, un sistema operativo eficiente (SunOS) y un lenguaje de desarrollo (Oak). El proyecto concluyó dos años más tarde con un completo fracaso que condujo a la disolución del grupo.

Pero el desarrollo del proyecto relativo al lenguaje oak siguió adelante gracias entre otras cosas a la distribución libre del lenguaje por Internet mediante la incipiente por aquellos años World Wide Web. De esta forma el lenguaje alcanzó cierto auge y un gran número de programadores se encargaron de su depuración así como de perfilar la forma y usos del mismo.

El nombre de Java , surgió durante una de las sesiones de brainstorming que se celebraban por el equipo de desarrollo del lenguaje. Hubo que cambiar el nombre debido a que ya existía otro lenguaje con el nombre de oak.

Sun MicroSystems lanzó las primeras versiones de Java a principios de 1995 , y se han ido sucediendo las nuevas versiones durante estos últimos años , fomentando su uso y extendiendo las especificaciones y su funcionalidad.

Una de las características más importantes de Java es su capacidad y a la vez facilidad para realizar aplicaciones que funcionen en red. La mayoría de los detalles de implementación a bajo nivel están ocultos y son tratados de forma transparente por la J.V.M (Maquina Virtual de Java). Los programas son independientes de la arquitectura y se ejecutan indistintamente en una gran variedad de equipos con diferentes tipos de microprocesadores y sistemas operativos.

En las aplicaciones en red, como ya hemos visto siempre tenemos un cliente y un servidor. El servidor es el que espera las conexiones del cliente en un lugar claramente definido y el cliente es el que lanza las peticiones a la maquina donde se está ejecutando el servidor, y al lugar donde está esperando el servidor , los puertos. Una vez establecida la conexión , esta es tratada como un stream (flujo) típico de entrada/salida.

Cuando se escriben programas Java que se comunican a través de la red, se está programando en la capa de aplicación. Típicamente, no se necesita trabajar con las capas TCP y UDP , en su lugar se puede utilizar las clases del paquete java.net. Estas clases porporcionan comunicación de red independiente del sistema.

A través de las clases del paquete java.net, los programas Java pueden utilizar TCP o UDP para comunicarse a través de Internet. Las clases URL, URLConnection, Socket, y SocketServer utilizan TCP para comunicarse a través de la Red. Las clases DatagramPacket y DatagramServer utilizan UDP.

TCP proporciona un canal de comunicación fiable punto a punto, lo que utilizan para comunicarse las aplicaciones cliente-servidor en Internet. Las clases Socket y ServerSocket del paquete java.net proporcionan un canal de comunicación independiente del sistema utilizando TCP, cada una de las cuales implementa el lado del cliente y el servidor respectivamente.

Así el paquete java.net proporciona, entre otras, las siguientes clases , que son las que veremos con detalle:

- Socket : Implementa un extremo de la conexión TCP.

- ServerSocket : Se encarga de implementar el extremo Servidor de la conexión en la que se esperarán las conexiones de los clientes.

- DatagramSocket : Implementa tanto el servidor como el cliente cuando se utiliza UDP.

- DatagramPacket : Implementa un datagram packet, que se utiliza para la creación de servicios de reparto de paquetes sin conexión.

- InetAddress : Se encarga de implementar la dirección IP.

La clase Socket del paquete java.net es una implementación independiente de la plataforma de un cliente para un enlace de comunicación de dos vías entre un cliente y un servidor. Utilizando la clase java.net.Socket en lugar de tratar con código nativo, los programas Java pueden comunicarse a través de la red de una forma independiente de la plataforma.

El entorno de desarrollo de Java incluye un paquete, java.io, que contiene un juego de canales de entrada y salida que los programas pueden utilizar para leer y escribir datos. Las clases InputStream y OutputStream del paquete java.io son superclases abstractas que definen el comportamiento de los canales de I/O secuenciales de Java. java.io también incluye muchas subclases de InputStream y OtputStream que implementan tipos especificos de canales de I/O.

Es el más simple , lo único que hacemos es enviar los datos , mediante la creación de un socket y utilizando los métodos de envio y recepción apropiados.

Se trata de un servicio de transporte sin conexión. Son más eficientes que TCP, pero no está garantizada la fiabilidad. Los datos se envían y reciben en paquetes, cuya entrega no está garantizada. Los paquetes pueden ser duplicados, perdidos o llegar en un orden diferente al que se envió.

El protocolo de comunicaciones con datagramas UDP, es un protocolo sin conexión, es decir, cada vez que se envíen datagramas es necesario enviar el descriptor del socket local y la dirección del socket que debe recibir el datagrama. Como se puede ver, hay que enviar datos adicionales cada vez que se realice una comunicación.

public class java.net.DatagramSocket extends java.lang.Object

- public DatagramSocket ( ) throws SocketException : Se encarga de construir un Socket para datagramas y de conectarlo al primer puerto disponible.

- public DatagramSocket (int port) throws SocketException : Idem , pero con la salvedad de que nos permite especificar el número de puerto asociado.

- public DatagramSocket (int, InetAddress) throws SocketException : Nos permite especificar , además del puerto , la dirección a la que se va a conectar.

• public void close( ) : Cierra el socket.
• protected void finalize( ) : Asegura el cierre del socket si no existen más referencias al mismo.
• public int getLocalPort( ) : Retorna el número de puerto en el host local al que está conectado el socket.
• public void receive (DatagramPacket p) throws IOException : Recibe un datagram packet del socket , y llena el buffer con los datos que recibe.
• public void send (DatagramPacket p) throws IOException : Envía un datagram packet a través del socket.

Un DatagramSocket envía y recibe los paquetes y un DatagramPacket contiene la información relevante. Cuando quisieramos recibir un datagrama, tendremos que situarlo en algún sitio, que suele ser un bufer o array de bytes. Y cuando preparamos un datagrama para ser enviado, el DatagramPacket no sólo debe tener la información, sino que además debe tener la dirección IP y el puerto de destino, que puede coincidir con un puerto TCP.

1. Constructores :

• public DatagramPacket(byte ibuf[] , int ilength) : Implementa un DatagramPacket para la recepción de paquetes de longitud ilength , siendo el valor de este parámetro menor o igual que ibuf.length.
• public DatagramPacket(byte ibuf[], int ilength, InetAddress iaddr, int iport) : Implementa un DatagramPacket para el envio de paquetes de longitud ilength al número de puerto especificado en el parámetro iport , del host especificado en la dirección de destino que se le pasa por medio del parámetro iaddr.

• public InetAddress getAddress ( ) : Retorna la dirección IP del host al cual se le envia el datagrama o del que el datagrama se recibió.
• public byte[] getData( ) : Retorna los datos a recibir o a enviar.
• public int getLength( ) : Retorna la longitud de los datos a enviar o a recibir.
• public int getPort( ) : Retorna el número de puerto de la máquina remota a la que se le va a enviar el datagrama o del que se recibió.

Es un servicio orientado a conexión donde los datos se transfieren sin encuadrarlos en registros o bloques. Si se rompe la conexión entre los procesos, éstos serán informados. El protocolo de comunicaciones con streams es un protocolo orientado a conexión, ya que para establecer una comunicación utilizando el protocolo TCP, hay que establecer en primer lugar una conexión entre un par de sockets. Mientras uno de los sockets atiende peticiones de conexión (servidor), el otro solicita una conexión (cliente). Una vez que los dos sockets estén conectados, se pueden utilizar para transmitir datos en ambas direcciones.

Permite a las aplicaciones Cliente y Servidor , disponer de un stream que facilita la comunicación entre ambos , obteniendose una mayor fiabilidad.

El funcionamiento es diferente al anterior ya que cada extremo se comportará de forma diferente , el servidor adopta un papel pasivo y espera conexiones de los clientes. Mientras que el cliente adoptará un papel activo , solicitando conexiones al servidor.

1. Constructores :

• public ServerSocket (int port) throws IOException : Se crea un socket local al que se enlaza el puerto especificado en el parámetro port, si especificamos un 0 en dicho parámetro creará el socket en cualquier puerto disponible. Puede aceptar hasta 50 peticiones en cola pendientes de conexión por parte de los clientes.

• public ServerSocket (int port , int count) throws IOException : Aquí , el parámetro count nos sirve para que podamos especificar , el número máximo de peticiones de conexión que se pueden mantener en cola.

Hay que recordar , que es fundamental que el puerto escogido sea conocido por el cliente, en caso contrario , no se podría establecer la conexión.

1. MÉTODOS :

• public Socket accept ( ) throws IOException : Sobre un ServerSocket se puede realizar una espera de conexión por parte del cliente mediante el método accept ( ). Hay que decir, que este método es de bloqueo , el proceso espera a que se realice una conexión por parte del cliente para seguir su ejecución. Una vez que se ha establecido una conexión por el cliente, este método devolverá un objeto tipo Socket , a través del cual se establecerá la comunicación con el cliente.

• public void close ( ) throws IOException : Se encarga de cerrar el socket.

• public InetAddress getInetAddress ( ) : Retorna la dirección IP remota a la cual está conectado el socket. Si no lo está retornará null .

• public int getLocalPort ( ) : Retorna el puerto en el que está escuchando el socket.

• public static void setSocketImplFactory (SocketImplFactory fac) throws IOException : Este método establece la compañía de implementación del socket para la aplicación. Debido a que cuando una aplicación crea un nuevo socket , se realiza una llamada al método createSocketImpl( ) de la compañía que implementa al socket. Es por tanto en el parámetro fac , donde especificaremos la citada compañía.

• public String toString( ) : Retorna un string representando el socket.

1. Constructores :

• public Socket (InetAddress address, int port) throws IOException : Crea un stream socket y lo conecta al puerto y dirección IP especificada.

• public Socket (InetAddress address, int port , boolean stream) throws IOException: Idem a la anterior incluyendo el parámetro booleano stream que si es true creará un stream socket y si es false un datagram socket.
• public Socket (String host, int port) throws UnKnownHostException, IOException : Crea un stream socket y lo conecta al número de puerto y al nombre de host especificados.

• public Socket (String host , int port , boolean stream) throws IOException : Idem al anterior incluyendo el parámetro booleano stream que si es true creará un stream socket y si es false un datagram socket.

1. MÉTODOS :

• public void close( ) throws IOException : Se encarga de cerrar el socket.

• public InetAddress getInetAddress ( ) : Retorna la dirección IP remota a la que se conecta el socket.

• public InputStream getInputStream ( ) throws IOException : Retorna un input stream para la lectura de bytes desde el socket.

• public int getLocalPort( ) : Retorna el puerto local al que está conectado el socket.

• public OutputStream getOutputStream ( ) throws IOException : Retorna un output stream para la escritura de bytes hacia el socket.

• public int getPort ( ) : Retorna el puerto remoto al que está conectado el socket.

• public static void setSocketImplFactory (SocketImplFactory fac) throws IOException : Este método establece la compañía de implementación del socket para la aplicación. Debido a que cuando una aplicación crea un nuevo socket , se realiza una llamada al método createSocketImpl( ) de la compañía que implementa al socket. Es por tanto en el parámetro fac , donde especificaremos la citada compañía.

1. Constructores :

Para crear una nueva instancia de esta clase se debe de llamar a los métodos getLocalHost( ) , getByname ( ) o getAllByName ( ) .

 

2. Métodos :

• public boolean equals (Object obj) : Devuelve un booleano a true si el parámetro que se la pasa no es null e implementa la misma dirección IP que el objeto. Dos instancias de InetAddress implementan la misma direción IP si la longitud del vector de bytes que nos devuelve el método getAddress ( ) es la misma para ambas y cada uno de los componentes del vector de componentes es el mismo que el vector de bytes.

• public byte[] getAddress ( ) : Retorna la dirección raw IP del objeto InetAddress.

• public static InetAddress[] getAllByName(String host)

• public static InetAddress getByName (String host)

• public String getHostName( ) : Retorna el nombre del host para esta dirección IP.

• public static InetAddress getLocalHost( ) throws UnknownHostException : Retorna la dirección IP para el host local.

• public int hashCode ( ) : Retorna un código hash para esta dirección IP.

• public String toString ( ) : Retrona un String reperesentando la dirección IP.

Un ejemplo de utilización muy sencillo de esta clase es el siguiente , que se encarga de devolvernos la direccion IP de la máquina.

El servidor creará un socket , utilizando ServerSocket, le asignará un puerto y una dirección, una vez haga el accept para esperar llamadas ,se quedará bloqueado a la espera de las mismas. Una vez llegue una llamada el accept creará un Socket para procesarla.

A su vez , cuando un cliente desee establecer una conexión , creará un socket y establecerá una conexión al puerto establecido. Es y sólo en este momento cuando se da una conexión real y se mantendrá hasta su liberación mediante close( ).

Para poder leer y escribir datos , los sockets disponen de unos stream asociados , uno de entrada (InputStream) y otro de salida (OutputStream) respectivamente.

Para obtener estos streams a partir del socket utilizaremos :

ObjetoDeTipoSocket.getInputStream ( ) : Nos devolverá un objeto de tipo InputStream.

ObjetoDeTipoSocket.getOutputStream ( ) : Nos devolverá un objeto de tipo OutputStream.

Para el envío de datos , podemos utilizar OutputStream directamente en el caso de que queramos enviar un flujo de bytes sin buffer o también podemos crear un objeto de tipo stream basado en el OutputStream que proporciona el socket.

En Java, crear una conexión socket TCP/IP se realiza directamente con el paquete java.net. A continuación mostramos un diagrama de lo que ocurre en el lado del cliente y del servidor:

El servidor establece un puerto y espera durante un cierto tiempo (timeout segundos), a que el cliente establezca la conexión. Cuando el cliente solicite una conexión, el servidor abrirá la conexión socket con el método accept().

El cliente establece una conexión con la máquina host a través del puerto que se designe en port#. El cliente y el servidor se comunican con manejadores InputStream y OutputStream .

Si estamos programando un cliente, el socket se abre de la forma:

Donde host es el nombre de la máquina en donde estamos intentando abrir la conexión y Puerto es el puerto (un número) del servidor que está corriendo sobre el cual nos queremos conectar.

Cuando se selecciona un número de puerto, se debe tener en cuenta que los puertos en el rango 0-1023 están reservados. Estos puertos son los que utilizan los servicios estándar del sistema como email, ftp, http, etc.... Por lo que para nuestras aplicaciones debemos asegurarnos de seleccionar un puerto por encima del 1023.

Hasta ahora no hemos utilizado excepciones; pero debemos tener en cuenta la captura de excepciones cuando se está trabajando con sockets. Así :

En el caso de que estemos implementando un servidor, la forma de apertura del socket sería como sigue :

Cuando implementamos un servidor necesitamos crear un objeto socket desde el ServerSocket para que esté atento a las conexiones que le puedan realizar clientes potenciales y poder aceptar esas conexiones:

En la parte cliente de la aplicación, se puede utilizar la clase DataInputStream para crear un stream de entrada que esté listo a recibir todas las respuestas que el servidor le envíe.

La clase DataInputStream permite la lectura de líneas de texto y tipos de datos primitivos de Java de un modo altamente portable; dispone de métodos para leer todos esos tipos como: read(), readChar(), readInt(), readDouble() y readLine().

Deberemos utilizar la función que creamos necesaria dependiendo del tipo de dato que esperemos recibir del servidor. En el lado del servidor, también usaremos DataInputStream, pero en este caso para recibir las entradas que se produzcan de los clientes que se hayan conectado:

7.3.2 Creación de Streams de Salida :

En el lado del cliente, podemos crear un stream de salida para enviar información al socket del servidor utilizando las clases PrintStream o DataOutputStream:

La clase PrintStream tiene métodos para la representación textual de todos los datos primitivos de Java. Sus métodos write y println() tienen una especial importancia en este aspecto. No obstante, para el envío de información al servidor también podemos utilizar DataOutputStream:

La clase DataOutputStream permite escribir cualquiera de los tipos primitivos de Java, muchos de sus métodos escriben un tipo de dato primitivo en el stream de salida. De todos esos métodos, el más útil quizás sea writeBytes(). En el lado del servidor, podemos utilizar la clase PrintStream para enviar información al cliente:

Pero también podemos utilizar la clase DataOutputStream como en el caso de envío de información desde el cliente.

Siempre debemos cerrar los canales de entrada y salida que se hayan abierto durante la ejecución de la aplicación.

En la parte del cliente:

Y en la parte del servidor:

Ahora se nos presenta un problema, ¿qué protocolo, o tipo de sockets, debemos usar - UDP o TCP? La decisión depende de la aplicación cliente/servidor que estemos escribiendo. Vamos a ver algunas diferencias entre los protocolos para ayudar en la decisión.

En UDP, cada vez que se envía un datagrama, hay que enviar también el descriptor del socket local y la dirección del socket que va a recibir el datagrama, luego éstos son más grandes que los TCP. Como el protocolo TCP está orientado a conexión, tenemos que establecer esta conexión entre los dos sockets antes de nada, lo que implica un cierto tiempo empleado en el establecimiento de la conexión, que no existe en UDP.

En UDP hay un límite de tamaño de los datagramas, establecido en 64 kilobytes, que se pueden enviar a una localización determinada, mientras que TCP no tiene límite; una vez que se ha establecido la conexión, el par de sockets funciona como los streams: todos los datos se leen inmediatamente, en el mismo orden en que se van recibiendo.

UDP es un protocolo desordenado, no garantiza que los datagramas que se hayan enviado sean recibidos en el mismo orden por el socket de recepción. Al contrario, TCP es un protocolo ordenado, garantiza que todos los paquetes que se envíen serán recibidos en el socket destino en el mismo orden en que se han enviado.

Los datagramas son bloques de información del tipo lanzar y olvidar. Para la mayoría de los programas que utilicen la red, el usar un flujo TCP en vez de un datagrama UDP es más sencillo y hay menos posibilidades de tener problemas. Sin embargo, cuando se requiere un rendimiento óptimo, y está justificado el tiempo adicional que supone realizar la verificación de los datos, los datagramas son un mecanismo realmente útil.

En resumen, TCP parece más indicado para la implementación de servicios de red como un control remoto (rlogin, telnet) y transmisión de ficheros (ftp), que necesitan transmitir datos de longitud indefinida. UDP es menos complejo y tiene una menor sobrecarga sobre la conexión, esto hace que sea el indicado en la implementación de aplicaciones cliente/servidor en sistemas distribuidos montados sobre redes de área local.

Vamos a exponer en resumen otras clases que resultan útiles cuando estamos desarrollando programas de comunicaciones, aparte de las que ya se han visto. El problema es que la mayoría de estas clases se prestan a discusión, porque se encuentran bajo el directorio sun. Esto quiere decir que son implementaciones Solaris y, por tanto, específicas del Unix Solaris. Además su API no está garantizada, pudiendo cambiar. Pero, a pesar de todo, resultan muy interesantes y vamos a comentar un grupo de ellas solamente que se encuentran en el paquete sun.net

• MulticastSocket : Clase utilizada para crear una versión multicast de las clase socket datagrama. Múltiples clientes/servidores pueden transmitir a un grupo multicast (un grupo de direcciones IP compartiendo el mismo número de puerto).

• NetworkServer: Una clase creada para implementar métodos y variables utilizadas en la creación de un servidor TCP/IP.

• NetworkClient : Una clase creada para implementar métodos y variables utilizadas en la creación de un cliente TCP/IP.

• SocketImpl : Es un Interface que nos permite crearnos nuestro propio modelo de comunicación. Tendremos que implementar sus métodos cuando la usemos. Si vamos a desarrollar una aplicación con requerimientos especiales de comunicaciones, como pueden se la implementación de un cortafuegos (TCP es un protocolo no seguro), o acceder a equipos especiales (como un lector de código de barras o un GPS diferencial), necesitaremos nuestra propia clase Socket.

Sea el programa cliente, PruebaEco, conecta con el Echo del servidor (en el puerto 7) mediante un socket. El cliente lee y escribe a través del socket. PruebaEco envía todo el texto tecleado en su entrada estandar al Echo del servidor, escribiéndole el texto al socket. El servidor repite todos los caracteres recibidos en su entrada desde el cliente de vuelta a través del socket al cliente. El programa cliente lee y muestra los datos pasados de vuelta desde el servidor.