Lập trình mạng với java

Trong bài này, tôi sẽ giới thiệu về lập trình mạng trong Java và giới thiệu một số lớp quan trọng trong gói java.net. Trong bài viết tiếp theo tôi sẽ hướng dẫn các bạn cách xây dựng ứng dụng Client-Server sử dụng Socket theo cơ chế giao tiếp TCP và UDP.

Giới thiệu

Lập trình mạng là tạo ra các ứng dụng làm việc với nhau thông qua môi trường mạng, chẳng hạn như Web, Mail, Skype, Zalo, …

Lập trình socket Java cung cấp cách thức để chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị máy tính khác nhau.

Một số khái niệm cần nắm trong Java networking:

Socket

Socket là một giao diện lập trình ứng dụng (API-Application Programming Interface).

Socket cho phép thiết lập các kênh giao tiếp mà hai đầu kênh được đánh dấu bởi hai cổng (port). Thông qua các cổng này một quá trình có thể nhận và gởi dữ liệu với các quá trình khác.

Port Number

Để có thể thực hiện các cuộc giao tiếp, một trong hai quá trình phải công bố số hiệu cổng (port number) của socket mà mình sử dụng. Mỗi cổng giao tiếp thể hiện một địa chỉ xác định trong hệ thống. Khi quá trình được gán một số hiệu cổng, nó có thể nhận dữ liệu gởi đến cổng này từ các quá trình khác. Quá trình còn lại cũng được yêu cầu tạo ra một socket.

Số cổng (port number) được sử dụng để xác định duy nhất các ứng dụng khác nhau. Nó hoạt động như một điểm kết cuối giao tiếp giữa các ứng dụng.

Số cổng được kết hợp với địa chỉ IP để giao tiếp giữa hai ứng dụng.

Số hiệu cổng gán cho Socket phải duy nhất trên phạm vi máy tính đó, có giá trị trong khoảng từ 0 đến 65535 (16 bits). Trong đó, giá trị cổng:

• Từ 0-1023: là cổng hệ thống (common hay well-known ports), được dành riêng cho các quá trình của hệ thống.
• Từ 1024-49151: là cổng phải đăng ký (registered port). Các ứng dụng muốn sử dụng cổng này phải đăng ký với IANA (Internet Assigned Numbers Authority).
• Từ 49152-65535: là cổng dùng riêng hay cổng động (dynamic hay private port). Người sử dụng có thể dùng cho các ứng dụng của mình, không cần phải đăng ký.

Một số cổng thường được sử dụng:

• 21: dịch vụ FTP
• 23: dịch vụ Telnet
• 25: dịch vụ Email (SMTP)
• 80: dịch vụ Web (HTTP)
• 110: dịch vụ Email (POP)

IP Address

Ngoài số hiệu cổng, hai bên giao tiếp còn phải biết địa chỉ IP của nhau. Địa chỉ IP giúp phân biệt máy tính này với máy tính kia trên mạng TCP/IP. Trong khi số hiệu cổng dùng để phân biệt các quá trình khác nhau trên cùng một máy tính.

Địa chỉ IP (IP Address) là một số duy nhất được gán cho một nút của mạng, ví dụ: 192.168.0.1. Nó bao gồm các số thập phân trong khoảng từ 0 đến 255.

Tham khảo thêm về địa chỉ IP: http://echip.com.vn/tim-hieu-ve-dia-chi-ip-a20130406070715832-c1110.html

IP Address là một địa chỉ luận lý (logical address) có thể được thay đổi.

MAC Address

Địa chỉ MAC (Media Access Control) là tầng con giao thức truyền dữ liệu (data link), một phần của tầng liên kết dữ liệu trong mô hình 7 tầng OSI. Nó là một định danh duy nhất của NIC (Network Interface Controller).

Một nút mạng có thể có nhiều NIC nhưng chỉ có duy nhất một địa chỉ MAC.

Protocol

Một giao thức (Protocol) là một bộ các quy tắc cơ bản, mà các ứng dụng phải tuân thủ để giao tiếp. Ví dụ: giao thức TCP, FTP, Telnet, SMTP, POP, …

Các chế độ giao tiếp

Xét kiến trúc của hệ thống mạng TCP/IP:

Tầng vận chuyển giúp chuyển tiếp các thông điệp giữa các chương trình ứng dụng với nhau. Nó có thể hoạt động theo hai chế độ:

• Giao tiếp có nối kết, nếu sử dụng giao thức TCP.
• Hoặc giao tiếp không nối kết, nếu sử dụng giao thức UDP.

Socket là giao diện giữa chương trình ứng dụng với tầng vận chuyển. Nó cho phép ta chọn giao thức sử dụng ở tầng vận chuyển là TCP (Transmission Control Protocol) hay UDP (User Datagram Protocol) cho chương trình ứng dụng của mình.

So sánh TCP với UDP:

Một số lớp quan trọng trong gói java.net

Lớp Url

URL là viết tắt của Uniform Resource Locator và biểu diễn một tài nguyên trên Web, ví dụ như một trang Web hoặc thư mục FTP.

Một URL có thể được phân chia thành các phần như sau:

Lớp java.net.Url cung cấp các phương thức để truy cập các phần khác nhau của URL như sau:

• public String getPath() : trả về path của URL đó
• public String getQuery() : trả về phần query của URL đó
• public String getAuthority() : trả về authority của URL đó
• public int getPort() : trả về port của URL đó
• public int getDefaultPort() : trả về port mặc định cho protocol của URL đó
• public String getProtocol() : trả về protocol của URL đó
• public String getHost() : trả về host của URL đó
• public String getFile() : trả về filename của URL đó
• public String getRef() : trả về phần reference của URL đó
• public URLConnection openConnection() : mở một kết nối tới URL, cho phép một client giao tiếp với tài nguyên.

Ví dụ:

package com.gpcoder.net;

import java.io.IOException;
import java.net.URL;

public class UrlExample {

	public static void main(String[] args) {
		try {
			URL url = new URL("https://www.gpcoder.com:80/java/index.html?page=1&order=desc#java-core");
			System.out.println("URL : " + url.toString());
			System.out.println("protocol : " + url.getProtocol());
			System.out.println("authority : " + url.getAuthority());
			System.out.println("file name : " + url.getFile());
			System.out.println("host : " + url.getHost());
			System.out.println("path : " + url.getPath());
			System.out.println("port : " + url.getPort());
			System.out.println("default port : " + url.getDefaultPort());
			System.out.println("query : " + url.getQuery());
			System.out.println("ref : " + url.getRef());
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

Thực thi chương trình trên, ta có kết quả như sau:

URL : https://www.gpcoder.com:80/java/index.html?page=1&order=desc#java-core
protocol : https
authority : www.gpcoder.com:80
file name : /java/index.html?page=1&order=desc
host : www.gpcoder.com
path : /java/index.html
port : 80
default port : 443
query : page=1&order=desc
ref : java-core

Lớp URLConnection

Phương thức openConnection() của lớp java.net.Url trả về một java.net.URLConnection. Đây là lớp abstract mà các lớp phụ của nó biểu diễn các kiểu kết nối URL đa dạng.

Ví dụ:

• Nếu một URL mà protocol của nó là HTTP, thì phương thức openConnection() trả về một đối tượng HttpURLConnection.
• Nếu một URL mà biểu diễn một JAR file, thì phương thức openConnection() trả về một đối tượng JarURLConnection.

Một số phương thức quan trọng của lớp URLConnection:

• Object getContent() : lấy nội dung của URL connection này
• Object getContent(Class[] classes) : lấy nội dung của URL connection này
• String getContentEncoding() : trả về giá trị của trường content-encoding header
• int getContentLength() : trả về giá trị của trường content-length header
• String getContentType() : trả về giá trị của trường content-type header
• int getLastModified() : trả về giá trị của trường last-modified header
• long getExpiration() : trả về giá trị của trường expires header
• long getIfModifiedSince() : trả về giá trị của trường ifModifiedSince của đối tượng này
• public void setDoInput(boolean input) : Truyền là true để biểu thị rằng connection sẽ được sử dụng cho input. Giá trị mặc định là true bởi vì Client đọc từ một URLConnection.
• public void setDoOutput(boolean output) : Truyền là true để biểu thị rằng connection sẽ được sử dụng cho output. Giá trị mặc định là false bởi vì nhiều kiểu URL không hỗ trợ để được ghi trên đó.
• public InputStream getInputStream() throws IOException : trả về InputStream của URL connection để đọc từ nguồn.
• public OutputStream getOutputStream() throws IOException : trả về OutputStream của URL connection để ghi từ nguồn.
• public URL getURL() : trả về URL mà đối tượng URLConnection này được kết nối tới.

Ví dụ:

package com.gpcoder.net;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.URL;
import java.net.URLConnection;

public class URLConnectionExample {
	public static void main(String[] args) {
		try {
			URL url = new URL("https://www.w3schools.com/");
			URLConnection urlConnection = url.openConnection();
			BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(urlConnection.getInputStream()));
			StringBuilder sb = new StringBuilder();
			String line;
			while ((line = br.readLine()) != null) {
				sb.append(line + "\n");
			}
			System.out.println(sb.toString());
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

Thực thi chương trình trên, ta có kết quả như sau:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en-US">
<head>
<title>W3Schools Online Web Tutorials</title>
<meta charset="utf-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
</head>
<body style="position:relative;min-height:100%;">
<div>
<div class="w3-center"><a class='w3schools-logo' href='//www.w3schools.com'>w3schools<span class='dotcom'>.com</span></a></div>
<div class="w3-center w3-wide w3-hide-small" style="margin:14px 0 -5px 0">THE WORLD'S LARGEST WEB DEVELOPER SITE</div>
</div>
</body>
</html>

Lớp InetAddress

Lớp Java InetAddress đại diện cho một địa chỉ IP. Lớp java.net.InetAddress cung cấp các phương thức để lấy IP của một host bất kỳ.

InetAddress có thể xử lý cả địa chỉ IPv4 và IPv6. InetAddress không có constructor, để tạo một đối tượng InetAddress , bạn phải sử dụng các phương thức Factory.

• public static InetAddress getLocalHost () : nó trả về thể hiện của InetAdddress chứa tên và địa chỉ localhost.
• public static InetAddress getByName (String hostname) : nó trả về thể hiện của InetAddress có chứa LocalHost  IP và tên.
• public static InetAddress[ ] getAllByName (String hostname) : nó trả về danh sách các InetAddress có chứa LocalHost  IP và tên.

Một số phương thức của lớp InetAddress:

• public String getHostName() : nó trả về tên máy chủ (host) của địa chỉ IP.
• public String getHostAddress() : nó trả về địa chỉ IP ở định dạng chuỗi.

Ví dụ:

package com.gpcoder.net;

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class InetAddressExample {

	public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {

		InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
		System.out.println("Host Name: " + ip.getHostName());
		System.out.println("IP Address: " + ip.getHostAddress());

		ip = InetAddress.getByName("www.studytonight.com");
		System.out.println("\nHost Name: " + ip.getHostName());
		System.out.println("IP Address: " + ip.getHostAddress());

		System.out.println("\nAll address of google: ");
		InetAddress sw[] = InetAddress.getAllByName("www.google.com");
		for (int i = 0; i < sw.length; i++) {
			System.out.println(sw[i]);
		}
	}
}

Thực thi chương trình trên, ta có kết quả như sau:

Host Name: DESKTOP-6NRLLE7
IP Address: 192.168.101.2

Host Name: www.studytonight.com
IP Address: 104.25.248.103

All address of google: 
www.google.com/64.233.187.147
www.google.com/64.233.187.105
www.google.com/64.233.187.104
www.google.com/64.233.187.106
www.google.com/64.233.187.103
www.google.com/64.233.187.99

Lớp Socket, ServerSocket, DatagramPacket, DatagramSocket và MulticastSocket

Để dễ hiểu, các lớp này tôi sẽ giới thiệu ở bài viết xây dựng ứng dụng Client-Server với Socket. Các bạn hãy theo dõi nhé.

Tài liệu tham khảo:

• https://docs.oracle.com/javase/tutorial/networking/index.html
• https://docs.oracle.com/javase/tutorial/networking/sockets/index.html
• Giáo trình Lập trình truyền thông – Thầy Ngô Bá Hùng, Nguyễn Công Huy – Khoa CNTT&TT, Trường Đại học Cần Thơ.

Chuyên mục: Networking Được gắn thẻ: Networking

Bình luận

bình luận