Giáo trình Lập trình mạng với ngôn ngữ java: Phần 2

Chương 6<br /> <br /> Lập trình Socket cho giao thức TCP<br /> 1. Mô hình client/server<br /> Mô hình được phổ biến nhất và được chấp nhận rộng rãi trong các hệ thống phân tán<br /> là mô hình client/server. Trong mô hình này sẽ có một tập các tiến trình mà mỗi tiến trình<br /> đóng vai trò như là một trình quản lý tài nguyên cho một tập hợp các tài nguyên cho trước và<br /> một tập hợp các tiến trình client trong đó mỗi tiến trình thực hiện một tác vụ nào đó cần truy<br /> xuất tới tài nguyên phần cứng hoặc phần mềm dùng chung. Bản thân các trình quản lý tài<br /> nguyên cần phải truy xuất tới các tài nguyên dùng chung được quản lý bởi một tiến trình<br /> khác, vì vậy một số tiến trình vừa là tiến trình client vừa là tiến trình server. Các tiến trình<br /> phát ra các yêu cầu tới các server bất kỳ khi nào chúng cần truy xuất tới một trong các tài<br /> nguyên của các server. Nếu yêu cầu là đúng đắn thì server sẽ thực hiện hành động được<br /> yêu cầu và gửi một đáp ứng trả lời tới tiến trình client.<br /> Mô hình client/server cung cấp một cách tiếp cận tổng quát để chia sẻ tài nguyên<br /> trong các hệ thống phân tán. Mô hình này có thể được cài đặt bằng rất nhiều môi trường<br /> phần cứng và phần mềm khác nhau. Các máy tính được sử dụng để chạy các tiến trình<br /> client/server có nhiều kiểu khác nhau và không cần thiết phải phân biệt giữa chúng; cả tiến<br /> trình client và tiến trình server đều có thể chạy trên cùng một máy tính. Một tiến trình server<br /> có thể sử dụng dịch vụ của một server khác.<br /> Mô hình truyền tin client/server hướng tới việc cung cấp dịch vụ. Quá trình trao đổi dữ<br /> liệu bao gồm:<br /> 1. Truyền một yêu cầu từ tiến trình client tới tiến trình server<br /> 2. Yêu cầu được server xử lý<br /> 3. Truyền đáp ứng cho client<br /> Mô hình truyền tin này liên quan đến việc truyền hai thông điệp và một dạng đồng bộ<br /> hóa cụ thể giữa client và server. Tiến trình server phải nhận thức được thông điệp được yêu<br /> cầu ở bước một ngay khi nó đến và hành động phát ra yêu cầu trong client phải được tạm<br /> dừng (bị phong tỏa) và buộc tiến trình client ở trạng thái chờ cho tớ khi nó nhận được đáp<br /> ứng do server gửi về ở bước ba.<br /> Mô hình client/server thường được cài đặt dựa trên các thao tác cơ bản là gửi (send)<br /> và nhận (receive).<br /> <br /> 119<br /> <br /> Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn<br /> <br /> Client<br /> Server<br /> <br /> Request message<br /> <br /> Wait<br /> <br /> Reply Execution<br /> <br /> Request message<br /> <br /> Tiến trình đang xử lý<br /> <br /> Tiến trình đang phong tỏa<br /> Hình 4.1<br /> Quá trình giao tiếp client và server có thể diễn ra theo một t rong hai chế độ: bị phong<br /> tỏa (blocked) và không bị phong tỏa (non-blocked).<br /> Chế độ bị phong tỏa (blocked):<br /> Trong chế độ bị phong tỏa, khi tiến trình client hoặc server phát ra lệnh gửi dữ liệu<br /> (send), việc thực thi của tiến trình sẽ bị tạm ngừng cho tới khi tiến trình nhận phát ra lệnh<br /> nhận dữ liệu (receive).<br /> Tương tự đối với tiến trình nhận dữ liệu, nếu tiến trình nào đó (client hoặc server) phát<br /> ra lệnh nhận dữ liệu, mà tại thời điểm đó chưa có dữ liệu gửi tới thì việc thực thi của tiến<br /> trình cũng sẽ bị tạm ngừng cho tới khi có dữ liệu gửi tới.<br /> Chế độ không bị phong tỏa (non-blocked)<br /> Trong chế độ này, khi tiến trình client hay server phát ra lệnh gửi dữ liệu thực sự, việc<br /> thực thi của tiến trình vẫn được tiến hành mà không quan tâm đến việc có tiến trình nào phát<br /> ra lệnh nhận dữ liệu đó hay không.<br /> Tương tự cho trường hợp nhận dữ liệu, khi tiến trình phát ra lệnh nhận dữ liệu, nó sẽ<br /> nhận dữ liệu hiện có, việc thực thi của tiến trình vẫn được tiến hành mà không quan tâm đến<br /> việc có tiến trình nào phát ra lệnh gửi dữ liệu tiếp theo hay không.<br /> <br /> 2. Các kiến trúc Client/Server<br /> 2.1. Client/Server hai tầng (two-tier client/server)<br /> Kiến trúc client/server đơn giản nhất là kiến trúc hai tầng. Trong thực tế hầu hết các<br /> kiến trúc client/server là kiến trúc hai tầng. Một ứng dụng hai tầng cung cấp nhiều trạm làm<br /> việc với một tầng trình diễn thống nhất, tầng này truyền tin với tầng lưu trữ dữ liệu tập trung.<br /> Tầng trình diễn thông thường là client, và tầng lưu trữ dữ liệu là server.<br /> Hầu hết các ứng dụng Internet như là email, telnet, ftp thậm chí là cả Web là các ứng<br /> dụng hai tầng. Phần lớn các lập trình viên trình ứng dụng viết các ứng dụng client/server có<br /> xu thế sử dụng kiến trúc này.<br /> <br /> 120<br /> <br /> Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn<br /> <br /> Trong ứng dụng hai tầng truyền thống, khối lượng công việc xử lý được dành cho<br /> phía client trong khi server chỉ đơn giản đóng vai trò như là chương trình kiểm soát luồng<br /> vào ra giữa ứng dụng và dữ liệu. Kết quả là không chỉ hiệu năng của ứng dụng bị giảm đi do<br /> tài nguyên hạn chế của PC, mà khối lượng dữ liệu truyền đi trên mạng cũng tăng theo. Khi<br /> toàn bộ ứng dụng được xử lý trên một PC, ứng dụng bắt buộc phải yêu cầu nhiều dữ liệu<br /> trước khi đưa ra bất kỳ kết quả xử lý nào cho người dùng. Nhiều yêu cầu dữ liệu cũng làm<br /> giảm hiệu năng của mạng. Một vấn đề thường gặp khác đối với ứng dụng hai tầng là vấn đề<br /> bảo trì. Chỉ cần một thay đổi nhỏ đối với ứng dụng cũng cần phải thay đổi lại toàn bộ ứng<br /> dụng client và server.<br /> <br /> Hình 4.2<br /> 2.2. Client/Server ba tầng<br /> Ta có thể tránh được các vấn đề của kiến trúc client/server hai tầng bằng cách mở<br /> rộng kiến trúc thành ba tầng. Một kiến trúc ba tầng có thêm một tầng mới tác biệt việc xử lý<br /> dữ liệu ở vị trí trung tâm.<br /> <br /> Hình 4.3<br /> <br /> 121<br /> <br /> Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn<br /> <br /> Theo kiến trúc ba tầng, một ứng dụng được chia thành ba tầng tách biệt nhau về mặt<br /> logic. Tầng đầu tiên là tầng trình diễn thường bao gồm các giao diện đồ họa. Tầng thứ hai,<br /> còn được gọi là tầng trung gian hay tầng tác nghiệp. Tầng thứ ba chứa dữ liệu cần cho ứng<br /> dụng. Tầng thứ ba về cơ bản là chương trình thực hiện các lời gọi hàm để tìm kiếm dữ liệu<br /> cần thiết. Tầng trình diễn nhận dữ liệu và định dạng nó để hiển thị. Sự tách biệt giữa chức<br /> năng xử lý với giao diện đã tạo nên sự linh hoạt cho việc thiết kế ứng dụng. Nhiều giao diện<br /> người dùng được xây dựng và triển khai mà không làm thay đổi logic ứng dụng.<br /> Tầng thứ ba chứa dữ liệu cần thiết cho ứng dụng. Dữ liệu này có thể bao gồm bất kỳ<br /> nguồn thông tin nào, bao gồm cơ sở dữ liệu như Oracale, SQL Server hoặc tài liệu XML.<br /> 2.3. Kiến trúc n-tầng<br /> Kiến trúc n-tầng được chia thành các tầng như sau:<br />  Tầng giao diện người dùng: quản lý tương tác của người dùng với ứng dụng<br /> <br /> <br /> Tầng logic trình diễn: Xác định cách thức hiển thị giao diện người dùng và các yêu<br /> cầu của người dùng được quản lý như thế nào.<br /> <br /> <br /> <br /> Tầng logic tác nghiệp: Mô hình hóa các quy tắc tác nghiệp,<br /> <br /> <br /> <br /> Tầng các dịch vụ hạ tầng: Cung cấp một chức năng bổ trợ cần thiết cho ứng dụng<br /> như các thành phần (truyền thông điệp, hỗ trợ giao tác).<br /> <br /> 3. Mô hình truyền tin socket<br /> Server<br /> <br /> Client<br /> <br /> Socket()<br /> <br /> 1<br /> <br /> Socket()<br /> <br /> Bind()<br /> <br /> 2<br /> <br /> Bind()<br /> <br /> Listen()<br /> <br /> 3<br /> 4<br /> <br /> Connect()<br /> <br /> Accept()<br /> <br /> 5<br /> <br /> Các chức<br /> năng gửi<br /> và nhận<br /> <br /> 6<br /> <br /> Các chức<br /> năng gửi<br /> và nhận<br /> <br /> Close()<br /> <br /> 7<br /> <br /> Close()<br /> <br /> Hình 4.4<br /> <br /> 122<br /> <br /> Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn<br /> <br /> Khi lập trình, ta cần quan tâm đến chế độ bị phong tỏa, vì nó có thể dẫn đến tình<br /> huống một tiến trình nào đó sẽ rơi vào vòng lặp vô hạn của quá trình gửi hoặc nhận.<br /> Trong chương 1 chúng ta đã biết hai giao thức TCP và UDP là các giao thức tầng<br /> giao vận để truyền dữ liệu. Mỗi giao thức có những ưu và nhược điểm riêng. Chẳng hạn,<br /> giao thức TCP có độ tin cậy truyền tin cao, nhưng tốc độ truyền tin bị hạn chế do phải có giai<br /> đoạn thiết lập và giải phóng liên kết khi truyền tin, khi gói tin có lỗi hay bị thất lạc thì giao<br /> thức TCP phải có trách nhiệm truyền lại,…Ngược lại, giao thức UDP có tốc độ truyền tin rất<br /> nhanh vì nó chỉ có một cơ chế truyền tin rất đơn giản: không cần phải thiết lập và giải phóng<br /> liên kết. Khi lập trình cho TCP ta sử dụng các socket luồng, còn đối với giao thức UDP ta<br /> sẽ sử dụng lớp DatagramSocket và DatagramPacket.<br /> Truyền tin hướng liên kết nghĩa là cần có giai đoạn thiết lập liên kết và giải phóng liên<br /> kết trước khi truyền tin. Dữ liệu được truyền trên mạng Internet dưới dạng các gói (packet)<br /> có kích thước hữu hạn được gọi là datagram. Mỗi datagram chứa một header và một<br /> payload. Header chứa địa chỉ và cổng cần truyền gói tin đến, cũng như địa chỉ và cổng xuất<br /> phát của gói tin, và các thông tin khác được sử dụng để đảm bảo độ tin cậy truyền tin,<br /> payload chứa dữ liệu. Tuy nhiên do các datagram có chiều dài hữu hạn nên thường phải<br /> phân chia dữ liệu thành nhiều gói và khôi phục lại dữ liệu ban đầu từ các gói ở nơi nhận.<br /> Trong quá trình truyền tin có thể có thể có một hay nhiều gói bị mất hay bị hỏng và cần phải<br /> truyền lại hoặc các gói tin đến không theo đúng trình tự. Để tránh những điều này, việc phân<br /> chia dữ liệu thành các gói, tạo các header, phân tích header của các gói đến, quản lý danh<br /> sách các gói đã nhận được và các gói chưa nhận được, ... rất nhiều công việc cần phải thực<br /> hiện, và đòi hỏi rất nhiều phần mềm phức tạp.<br /> Thật may mắn, ta không cần phải tự thực hiện công việc này. Socket là một cuộc cách<br /> mạng của Berkeley UNIX. Chúng cho phép người lập trình xem một liên kết mạng như là<br /> một luồng mà có thể đọc dữ liệu ra hay ghi dữ liệu vào từ luồng này.<br /> Về mặt lịch sử Socket là một sự mở rộng của một trong những ý tưởng quan trọng<br /> nhất của UNIX: tất cả các thao tác vào/ra giống như vào ra tệp tin đối với người lập trình,<br /> cho dù ta đang làm việc với bàn phím, màn hình đồ họa, một file thông thường, hay một liên<br /> kết mạng. Các Socket che dấu người lập trình khỏi các chi tiết mức thấp của mạng như môi<br /> kiểu đường truyền, các kích thước gói, yêu cầu truyền lại gói, các địa chỉ mạng...<br /> Một socket có thể thực hiện bảy thao tác cơ bản:<br /> <br /> <br /> Kết nối với một máy ở xa (ví dụ, chuẩn bị để gửi và nhận dữ liệu)<br /> <br /> <br /> <br /> Gửi dữ liệu<br /> <br /> <br /> <br /> Nhận dữ liệu<br /> <br /> <br /> <br /> Ngắt liên kêt<br /> <br /> <br /> <br /> Gán cổng<br /> <br /> <br /> <br /> Nghe dữ liệu đến<br /> <br /> <br /> <br /> Chấp nhận liên kết từ các máy ở xa trên cổng đã được gán<br /> <br /> Lớp Socket của Java được sử dụng bởi cả client và server, có các phương thức<br /> tương ứng với bốn thao tác đầu tiên. Ba thao tác cuối chỉ cần cho server để chờ các client<br /> liên kết với chúng. Các thao tác này được cài đặt bởi lớp ServerSocket. Các socket cho<br /> client thường được sử dụng theo mô hình sau:<br /> <br /> <br /> Một socket mới được tạo ra bằng cách sử dụng hàm Socket().<br /> <br /> <br /> <br /> Socket cố gắng liên kết với một host ở xa.<br /> <br /> <br /> <br /> Mỗi khi liên kết được thiết lập, các host ở xa nhận các luồng vào và luồng ra từ<br /> socket, và sử dụng các luồng này để gửi dữ liệu cho nhau. Kiểu liên kết này được gọi<br /> <br /> 123<br /> <br /> Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn<br /> <br />