Netzwerkprogrammierung mit Java...Daniel Adametz [email protected] Anton Suchanov [email protected]...

BA Horb

Seminarbericht

Software-Engineering

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Netzwerkprogrammierung mit Java _________________________________________________________

Autoren

Daniel Adametz [email protected]

Anton Suchanov [email protected]

Betreuer

Olaf Herden

mailto:[email protected]:[email protected]

Bearbeitungszeitraum

KW39-45 2005

Abstract: In diesem Bericht sind die wichtigsten Informationen zum Thema

Netzwerkprogrammierung mit Java zusammengefasst. Es werden die wichtigsten

Klassen zum Einstieg in die Kommunikation mittels Java vorgestellt.

Daniel Adametz Seite 2

Anton Succhanov

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................. 3 Abkürzungen..................................................................................................................... 5 1. Grundlagen Verbindungen/Internet .......................................................................... 6 1.1. Einleitung.............................................................................................................. 6 1.2. Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP)............................................................. 6 1.3. Host- und IP-Adressen .......................................................................................... 7 1.3.1. Host................................................................................................................ 7 1.3.2. IP-Nummer .................................................................................................... 7 1.3.3. Ports ............................................................................................................... 8 1.3.4. Host-Name..................................................................................................... 8 1.3.5. Paket .............................................................................................................. 8 1.3.6. Router/Switch ................................................................................................ 9 1.4. Internet-Standards und RFC.................................................................................. 9 1.5. Socket.................................................................................................................... 9 2. Client/Server-Kommunikation.................................................................................. 9 2.1. Das Netzwerk ist der Computer .......................................................................... 10 2.2. StreamSocket ...................................................................................................... 10 2.3. Stream ................................................................................................................. 10 2.4. SSL-Verbindungen mit JSSE.............................................................................. 11 2.5. Apache Jakarta Commons HttpClient und Net ................................................... 11 3. URL-Verbindungen und URL-Objekte................................................................... 12 3.1. Die Klasse URL .................................................................................................. 12

Konstruktor dieser Klasse ........................................................................................... 13 3.2. Informationen über eine URL ............................................................................. 13 3.3. Der Zugriff auf die Daten über die Klasse URL ................................................. 13 3.4. Die Klasse URLConnection................................................................................ 14 3.5. Protokoll- und Content-Handler.......................................................................... 14 3.6. Bilder-Handler .................................................................................................... 15 3.7. Content- und Protocol-Handler ........................................................................... 15 3.8. Autorisierte URL-Verbindungen mit Basic Authentication ......................................... 16


Anton Succhanov

4. E-Mail ..................................................................................................................... 16 4.1. Wie eine E-Mail um die Welt geht ..................................................................... 16 4.2. SMTP, POP und RFC 822 .................................................................................. 18 4.3. E-Mails versenden mit der JavaMail API ........................................................... 19 4.4. MimeMultipart-Nachrichten schicken ................................................................ 19 4.5. E-Mails mittels POP3 abrufen ............................................................................ 20 4.6. Ereignisse und Suchen ........................................................................................ 20 5. Datagram-Sockets (UDP) ....................................................................................... 21 5.1.1. Datagramme und die Klasse DatagramPacket ............................................. 22 5.1.2. Auf ein hereinkommendes Paket warten...................................................... 24 5.1.3. Ein Paket zum Senden vorbereiten .............................................................. 24 5.1.4. Das Paket senden ......................................................................................... 24 5.1.5. Zeitdienste mittels UPD............................................................................... 25 5.2. Tiefer liegende Netzwerkeigenschaften .............................................................. 25 5.2.1. MAC-Adresse .............................................................................................. 25 5.2.2. Internet Control Message Protocol (ICMP) ................................................. 25 5.2.3. Multicast-Kommunikation........................................................................... 26 6. Literaturverzeichniss............................................................................................... 26


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Abkürzungen

• ARPA……………………….Advanced Research Projects Agency

• DARPA……………………..Defense Advanced Research Projects Agency

• DNS…………………………Domain Name Service

• FTP………………………….File Transport Protocol

• FQHN ………………………Fully Qualified Host Name

• http…………………………..Hypertext Transfer Protocol

• POP………………………….Post Office Protocoll

• RFC………………………....Request For Comments

• SMTP……………………......Simple Mail Tranport Protocol

• TCP/IP………………………Transmission Control Protocol/Internet Protocol

• UDP…………………………User Datagram Protocol

• URL………………………....Uniform Resource Locator


Anton Succhanov

1. Grundlagen Verbindungen/Internet

1.1. Einleitung

Ein Netzwerk ist die Verbindung von zwei oder mehreren Rechnern zum Zwecke des

Datenaustausches, so kann man Computernetzwerke in ihren Anfängen beschreiben.

Heutzutage sind weitaus komplexere Anwendungen mit Netzwerken möglich, jedoch

steht immer noch der Datenaustausch im Vordergrund.

Hierzu ein paar Beispiele:

• Dateien auf zentralen Servern speichern (Sicherheitskopien)

• Nutzung gemeinsamer Drucker oder Faxgeräte

• Verbindung verschiedener (Groß-) Rechner zur Leistungssteigerung (Cluster)

• Verbreitung von Informationen im lokalen Intranet

• Synchronisieren der Uhrzeit beim Booten

• u.v.m.

1.2. Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP)

Das HTTP ist ein Protokoll für Multimedia-Systeme und im RFC 2616 genau

beschrieben. HTTP wird seit dem Aufkommen des World Wide Web intensiv genutzt.

Das Web basiert auf der Seitenbeschreibungssprache HTML, die 1992 von Tim Berners-

Lee entwickelt wurde. Die Entwicklung wurde am CERN vorgenommen, und seit den

Prototypen ist die Entwicklung nicht nur im Bereich HTML fortgeschritten, sondern

auch im Protokoll. Html ist ein Werkzeug zur Veröffentlichung wissenschaftlicher

Berichte ermöglichen wollte.

HTTP definiert eine Kommunikation zwischen Client und Server. Typischerweise horcht

der Server auf Port 80 (oder 8080) auf Anfragen des Clients. Das Protokoll benutzt eine

TCP/IP-Socket-Verbindung und ist textbasiert. Alle HTTP-Anfragen haben ein

allgemeines Format:


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1. Eine Zeile am Anfang

Dies kann entweder eine Anfrage (also eine Nachricht vom Client) oder eine

Antwort vom Server sein.

2. Ein paar Kopf-Zeilen (engl. header)

Informationen über den Client oder Server, zum Beispiel über den Inhalt. Der

Header endet immer mit einer Leerzeile.

3. Einen Körper (engl. body)

Der Inhalt der Nachricht. Entweder Benutzerdaten vom Client oder die Antwort

vom Server

Dieses Protokoll ist also sehr einfach und auch unabhängig von Datentypen. Dies macht

es ideal einsetzbar für verteilte Informationssysteme.

1.3. Host- und IP-Adressen

1.3.1. Host

Eine Maschine (Rechner) im Netzwerk, die durch eine eindeutige Adresse (IP-Nummer

bzw. MAC-Adresse) angesprochen werden kann.

1.3.2. IP-Nummer

Eine eindeutige Adresse, die jeden Host im Internet kennzeichnet. Die Adresse ist für

IPv4 eine 32 Bit-Zahl, die in die Teile Host und Netzwerk (Subnet) untergliedert ist.

z.Bsp.: 192.168.0.1/16

Das neuere IPv6 sieht eine 128-Bit-Zahl vor.

z.Bsp.: 1080:0:0:0:8:800:200C:417A /64

oder die Kurzform (ohne Null) 1080::8:800:200C:417A /64


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1.3.3. Ports

Da auf einer Maschine unterschiedliche Server laufen können, wurde zu den IP-

Adressen noch ein weiteres Merkmal hinzugefügt, die Port-Nummer. Diese wird von der

Anwendung, also dem Server gesteuert. Eine Portnummer ist eine 16bit Zahl und teilt

sich in System- (0-1023) und Benutzergruppe (1024-65535). Jeder Servertyp hat seinen

eigenen Port, viele davon sind Standards geworden. Die nachfolgende Tabelle zeigt

einige wichtige Ports.

Dienst Port Beschreibung

ftp-data 20 File Transfer [Default Data]

ftp 21 File Transfer [Control]

smtp 25 Simple Mail Transfer

www-http 80 World Wide Web/HTTP

pop3 110 Post Office Protocol - Version 3

1.3.4. Host-Name

Ein symbolischer Name für die IP-Nummer der Maschine. Durch Techniken wie DNS

und Suns NIS werden diese auf die IP-Adressen abgebildet. Diese Abbildungstabellen

werden z.Bsp. in Deutschland verwaltet von der DENIC eG.

1.3.5. Paket

Kurzform für ein Datenpaket, was eine Dateneinheit in der Informationsübertragung

darstellt, die über das Netzwerk verschickt wird. Oft auch als Frame bezeichnet. Der

größte Teil von Datenpaketen besteht aus den zu verschickenden Informationen.

Außerdem enthält es wichtige Adressierungs- und Verwaltungsinformationen - in IP-

basierten Netzwerken zum Beispiel die Quell- und Ziel-IP-Adressen, um das Paket an

den richtigen Rechner zu liefern. Pakete nehmen meist nicht den selben Weg im

physikalischen Netz, sondern werden geroutet.


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http://de.wikipedia.org/wiki/Internet_Protocolhttp://de.wikipedia.org/wiki/IP-Adresse

1.3.6. Router/Switch

Ein Host, der Pakete teilweise auspackt und zwischen verschiedenen Netzwerken

weiterreicht. Router bzw. Switches machen die Unterteilung in verschiedene virtuelle

LAN´s durch nur ihnen bekannten Routingtabellen möglich, was zur Erhöhung der

Performanz sowie der Netzwerksicherheit beiträgt.

1.4. Internet-Standards und RFC

Die meisten der allgemeinen Protokolle sind in den Request For Comments, kurz RFC

beschrieben. Dies sind Entwürfe, Empfehlungen und Standarts zum Internet. Derzeit

sind etwa 2500 RFC´s beschrieben. Viele Server stellen die RFC´s zur Verfügung, u.a.

z.Bsp. http://rfc.fh-koeln.de.

1.5. Socket

Sockets sind Verbindungspunkte in einem TCP/IP Netzwerk und dienen zur Abstraktion.

Jeder Rechner in einem Netzwerk implementiert einen Socket.

Wenn ein Rechner Daten empfangen soll, öffnet er eine Socket-Verbindung zum

hörchen (listening) und derjenige, der senden will öffnet eine Socket-Verbindung zum

senden. Damit Sender und Empfänger sich gegenseitig „sehen“ können, bekommt jeder

von ihnen eine eindeutige numerische Adresse (IP-Adresse).

2. Client/Server-Kommunikation

Die Netzwerk-Klassen in Java bieten ein unterschiedliches Einstiegsniveau. Einerseits

besteht die Möglichkeit, mittels Sockets auf einer relativ niedrigen Ebene zu arbeiten.

Andererseits stehen auch Klassen wie URL zur Verfügung, die bereits einen Großteil der


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http://rfc.fh-koeln.de/

Netzwerkfunktionalität beinhalten. Im Folgenden werden exemplarisch einige

Möglichkeiten der beiden Klassen Socket und URL vorgestellt.

2.1. Das Netzwerk ist der Computer

Wie am Anfang bereits beschrieben, besteht das kleinste Netzwerk aus zwei

untereinander verbunden Rechner. Die Rechner kommunizieren im Netz über

Protokolle. Das TCP/IP Protokoll hat sich am stärksten durchgesetzt und wird heute

überwiegend verwendet.

Dieses Protokoll wurde von der Universität von Berkeley im Auftrag von der ARPA

(jetzt DARPA), der US-amerikanischen Forschungsbehörde entwickelt.

2.2. StreamSocket

Eine vom Stream-Socket aufgebaute Verbindung ist fest und bleibt für die Dauer der

Übertragung bestehen, was bei anderen Formen von Sockets nicht der Fall ist.

Mit den Netzwerkklassen unter Java lassen sich sowohl Client- als auch Server-basierte

Programme schreiben.

Beispiel einer Verbindung zu einem Server:

Socket clientSocket = new Socket( "die.weite.welt", 80 );

Dieser Aufruf erzeugt einen Socket und verbindet ihn zum Host die.weite.welt am Port

80. Kann die Verbindung nicht hergestellt werden so wird eine UnknownHostException

ausgelöst.

2.3. Stream

Wenn die Verbindung steht, wird die Datenübertragung so wie bei Dateien auf der

Festplatte behandelt. Die Klasse Socket liefert uns Streams, die das Lesen und Schreiben

ermöglichen. Folgende Funktionen stehen dafür zur Verfügung getInputStream() und

getOutputStream().


Anton Succhanov

Beispiel-Code:

. . . .

OutputStream out = server.getOutputStream()

. . . .

InputStream Liefert den Eingabestrom für den Socket. OutputStream liefert den

Ausgabestrom für den Socket. Beide Ströme lösen eine Exception aus, falls ein Fehler

passiert.

2.4. SSL-Verbindungen mit JSSE

Verschlüsselte, sichere Kommunikationen spielen eine immer größere Rolle im täglichen

Datenverkehr. Hierzu bietet die JSSE (Java Secure Socket Extension), eine Java-

Erweiterung die Möglichkeit zu sicheren Verbindungen im Internet. JSSE implementiert

das verbreitete Protokoll SSL (Secure Sockets Layer) und TLS (Transport Layer

Security) und erlaubt damit Verschlüsselung, Server-Authentifizierung und Integrität

von Nachrichten. TLS ist ein Nachfolger von SLL und basiert weitestgehend darauf. Mit

TLS lassen sich jedoch Verschlüsselungsverfahren flexibler auswechseln, da TLS ein

echtes Transportprotokoll ist. Da SSL/TLS direkt unter dem Applikationsprotokoll sitzt,

lassen sich damit Dienste wie HTTP, Telnet, NNTP oder FTS sichern. JSSE ist seit 1.4

enthalten. JSSE definiert das Paket javax.net und javax.net.ssl mit den wichtigen Klassen

SSLSocket und SSLSocketFactory, welche im Jar-Archiv jsse.jar gebündelt sind.

2.5. Apache Jakarta Commons HttpClient und Net

Das Java-Netzwerkpaket und insbesondere die Klasse URLConnection beziehungsweise

HttpConnection bieten Basisfunktionalität für den Zugriff auf Internet-Ressourcen.

Allerdings fehlen komfortable Methoden, etwa für Cookies oder Multi-Part Form-Data

POST, also Möglichkeiten zum Hochladen von Dateien. Die müsste jeder selbst

implementieren, was Zeit und Nerven kostet.

Die Bibliothek Jakarta Commons HttpClient bietet komfortable Unterstützung für alles

mögliche rund um das HTTP-Protokoll 1.0 und 1.1:


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Alle HTTP Methoden (GET, POST, PUT, DELETE, HEAD, OPTIONS, TRACE)

Verschlüsselung mit HTTPS (HTTP über SSL)

Verbindungen durch HTTP-Proxies

Getunnelte HTTPS Verbindungen durch HTTP-Proxies, via CONNECT

Verbindungen mit SOCKS-Proxies (Version 4 und 5)

Authentifizierung mit BASIC, Digest und NTLM (NT Lan Manager)

Multi-Part Form POST

und vieles mehr

3. URL-Verbindungen und URL-Objekte

3.1. Die Klasse URL

URL ist die Abkürzung für 'Uniform Resource Locator'. Es handelt sich um die Adresse

eines Dokumentes im Internet, bestehend aus Typ (Dienst), Ort (Rechner, Verzeichnis)

und Dateinamen. Mit der URL werden die Ressourcen im Web adressiert. Es ist ein

„Dateisystem“ fürs Internet.

In Java kann eine URL-Verbindung sehr einfach hergestellt werden. Dafür wird ein

Objekt der Klasse URL erstellt.


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Konstruktor dieser Klasse

In der nachfolgenden Tabelle sind die wichtigsten Konstruktoren dieser Klasse

aufgeführt.

Beispiel Erklärung

URL url = new

URL("http://www.google.de")

Webadresse liegt als String vor

URL jtURL = new URL( "http", "java-

tutor.com", "index.html" )

Komponenten der Adresse sind einzeln

gegeben, wobei der zweite Parameter

relativ zu sehen ist

URL url = new URL( "http", "java-

tutor.com", 80, "index.html" )

ein entfernter Rechner kann auch an

einem anderen Port angesprochen werden

Jeder der Konstruktoren wirft eine Exception vom Typ MalformedURLException,

wenn der Konstruktor falsch parametriert ist oder ein unbekanntes Protokoll verwendet

wird. Aufgrund dessen wird ein URL – Objekt innerhalb eines „Try-Catch“ Blocks

erzeugt.

3.2. Informationen über eine URL

Sobald das URL-Objekt einmal angelegt ist, lassen sich Attribute des Objekts erfragen,

aber leider nicht mehr ändern. Uns normalen Klassenbenutzern bietet die URL-Klasse

nur Methoden zum Zugriff. So lassen sich Protokoll, Host-Name, Port-Nummer und

Dateiname mit Zugriffsmethoden erfragen. Es lassen sich jedoch nicht alle URL-

Adressen so detailliert aufschlüsseln, und außerdem sind manche der Zugriffsmethoden

nur für HTTP sinnvoll.

3.3. Der Zugriff auf die Daten über die Klasse URL

Um auf die auf dem Web-Server gespeicherten Daten zuzugreifen, gibt es drei

Möglichkeiten. Zwei davon nutzen Streams, und zwar einmal über die Klasse URL und


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einmal über eine URLConnection. Die dritte Möglichkeit erfordert etwas Handarbeit, sie

wird ausführlich im Kapitel über Sockets beschrieben.

Jedes URL-Objekt besitzt die Methode openStream(), die einen InputStream zum

Weiterverarbeiten liefert, so dass wir dort die Daten auslesen können:

InputStream in = myUrl.openStream();

Verweist die URL auf eine Textdatei, dann erweitern wir oft den InputStream zu einem

BufferedReader, da dieser eine readLine()-Methode besitzt. Glücklicherweise ist uns die

Art des Vorgehens schon bekannt, da sich ja das Lesen von einer Datei nicht vom Lesen

eines entfernten URL-Objekts unterscheidet.

3.4. Die Klasse URLConnection

Die Klasse URL Connection ist für den Empfang des Inhalts der Klasse URL. Diese

Klasse ist sehr stark auf HTTP ausgerichtet, denn viele Methoden haben nur für

Webseiten Sinn und Bedeutung.

3.5. Protokoll- und Content-Handler

Wenn ein passender Content-Handler installiert ist, bietet getContent() Zugriff auf den

Inhalt eines URL-Objektes. Diese Methode funktioniert bei allen Objekten,

vorausgesetzt das richtige Protokoll ist installiert.

Content-Handler erweitert die Funktionalität der URL Klasse. Es können Quellen

verschiedener MIME-Typen durch die Methode getContent() als Objekte zurückgegeben

werden. Die Java-Spezifikation beschreibt nicht, welche Content-Handler bereitgestellt

werden müssen. Auch ein Protokoll-Handler erweitert die Klasse URL. Das Protokoll ist

der erste Teil einer URL und gibt bei Übertragungen das Kommunikationsverfahren an.

Auch ein Protokoll-Handler erweitert die Möglichkeiten der URL-Klassen. Das

Protokoll gibt bei Übertragungen die Kommunikationsmethode an.


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3.6. Bilder-Handler

Für Bilder ist ein Handler eingetragen, der als Rückgabewert ein URLImageSource

liefert. Wenn wir konkret ein Bild über eine URL laden wollen, dann bietet sich

sicherlich die einfachere Methode getImage(URL) an.

Die Vorgehensweise, mit getContent() an Daten zu gelangen, funktioniert für alle

Objekte – natürlich muss ein passendes Protokoll installiert sein. Für Content-Handler

gilt das Gleiche wie für Protokoll-Handler: Unterschiedliche Umgebungen

implementieren unterschiedliche Handler. Leider gibt es keine Methode in der

Bibliothek, die sofort die Daten in einem String bereitstellt.

3.7. Content- und Protocol-Handler

Wenn ein passender Content-Handler installiert ist, bietet getContent() Zugriff auf den

Inhalt eines URL-Objektes. Diese Methode funktioniert bei allen Objekten,

vorausgesetzt das richtige Protokoll ist installiert.

Content-Handler erweitert die Funktionalität der URL Klasse. Es können Quellen

verschiedener MIME-Typen durch die Methode getContent() als Objekte zurückgegeben

werden. Die Java-Spezifikation beschreibt nicht, welche Content-Handler bereitgestellt

werden müssen.

Auch ein Protokoll-Handler erweitert die Klasse URL. Das Protokoll ist der erste Teil

einer URL und gibt bei Übertragungen das Kommunikationsverfahren an.

Auch ein Protokoll-Handler erweitert die Möglichkeiten der URL-Klassen. Das

Protokoll gibt bei Übertragungen die Kommunikationsmethode an.


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3.8. Autorisierte URL-Verbindungen mit Basic Authentication

URL-Verbindungen können durch die Basic Authentication (Nutzer & Passwort)

geschützt sein. Der Server schickt eine Anforderung an den Client sich zu autorisieren.

Das Java-Programm muss den Benutzernamen und das dazugehörige Passwort

zurückschicken.

4. E-Mail

E-Mail ist heute ein wichtiger Teil der modernen Kommunikation. Die Vorteile bei der

Technik sind vielfältig: Das Medium ist schnell, die Nachrichtenübertragung ist

asynchron und die Informationen können direkt weiterverarbeitet werden: ein Vorteil,

der bei herkömmlichen Briefen nicht gegeben ist.

4.1. Wie eine E-Mail um die Welt geht

In einem E-Mail-System kommen mehrere Komponenten vor, die in Tabelle kurz

benannt sind.

User Der Benutzer des Mail-Systems, der Nachrichten verschickt oder empfängt

Mail User Agent (MUA) Die Schnittstelle zwischen dem Benutzer und dem Mail-System

Message Store (MS) Dient dem Mail User Agent zum Ablegen der Nachrichten.

Message Transfer Agent (MTA) Dies sind Komponenten des Message Transfer Systems und verantwortlich für die eigentliche Nachrichtenübermittlung.

Message Transfer System (MTS) Ist die Gesamtheit der Message Transfer Agents und ihrer Verbindungen.

Tabelle 1 Komponenten E-Mail-System


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Abbildung 1 Ablauf einer E-Mail Kommunikation

Die Nachrichtenübermittlung läuft also über diese Komponenten, wobei der Benutzer

durch sein Mail User Agent (MUA) die Nachricht erstellt. Anschließend wird diese

Nachricht vom MUA an den Message Transfer Agent übergeben. Nun ist es Aufgabe

dieser Agenten, entweder direkt (der Empfänger ist im gleichen Netzwerk wie der

Sender) oder über Store-and-Forward die Botschaft zu übermitteln. Danach ist der

Sender aus dem Spiel, und der Empfänger nimmt die E-Mail entgegen. Sie wird vom

Ziel-MTA an den Mail-User-Agenten des Abrufenden geholt.


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4.2. SMTP, POP und RFC 822

Für die Übertragung von E-Mail hat sich auf breite Basis das Simple Mail Transfer

Protocol (kurz SMTP) etabliert. SMTP ist ein Versende-Protokoll, welches im RFC

2821 beschrieben ist. Zusammen mit dem RFC 822, welches den Austausch von

textbasierten Nachrichten im Internet beschreibt, bildet dies das Gerüst des Mail-

Systems. Das aus dem Jahr 1982 stammende SMTP wird heute immer mehr zum

Hindernis, da die kommerzielle Welt ganz andere Weichen stellt.

SMTP verwendet den Standard RFC 822 zur Schreibweise der E-Mail-Adressen. Diese

Adressierung verwendet den Rechnernamen (beziehungsweise Netznamen) des

Adressaten. Mit dem leicht zu merkenden FQNH lassen sich die E–Mails leicht

verteilen. Denn jeder Rechner ist im DNS aufgeführt, und wenn der Name bekannt ist,

lässt es sich leicht zum Empfänger routen. So macht es zum Beispiel das Programm

sendmail. Es baut eine direkte Verbindung zum Zielrechner auf und legt die Nachricht

dort ab. Da allerdings gerne eine Unabhängigkeit von real existierenden Rechnern

erreicht werden soll, werden in der Regel MX-Records (Mail Exchanger Resource

Records) eingesetzt. Dann tritt ein anderer Rechner als Mail Transfer Agent auf, und so

ist Erreichbarkeit für die Rechner gewährleistet, die nicht am Internet angeschlossen

sind. Außerdem können auch mehrere Rechner als MTAs definiert werden, um die

Ausfallsicherheit zu erhöhen. Zudem haben MX-Records den Vorteil, dass auch

(einfachere) E-Mail-Adressen formuliert werden können, für die es keinen Rechner gibt.

Im RFC 822 sind zwei von Grund auf unterschiedliche Adressierungsarten beschrieben.

Allerdings wird nur eine davon offiziell unterstützt, und zwar die Route-Adressierung.

Dies ist eine Liste von Domains, über die die E-Mail verschickt werden soll. Der Pfad

des elektronischen Postmännchens wird also hier im Groben vorgegeben. Die zweite

Adressierung ist die Local-Part-Adressierung. Hier wird ein spezieller Rechner

angesprochen.


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4.3. E-Mails versenden mit der JavaMail API

Die JavaMail API, eine eigene Bibliothek, die zum Versenden und Empfangen von E-

Mail, lässt sich von http://java.sun.com/products/javamail/ beziehen. Zudem muss das

Archiv activation.jar für das JavaBeans Activation Framework mit im Klassenpfad

aufgenommen werden. Bei Enterprise-Applikationen sind die Archive Bestandteil einer

J2EE-Installation.

Um eine E-Mail mit JavaMail zu verwenden, sind nicht viele Klassen zu verstehen:

Session steht für eine Verbindung mit dem Mail-Server, Message (bzw. MimeMessage)

für die zu versendende Nachricht und Addresse repräsentiert einen Sender und die

Empfänger. Die Klasse Transport ist für den Versand zuständig.

4.4. MimeMultipart-Nachrichten schicken

Neben den klassischen MIME-Typen application, audio, image, message und video zur

Beschreibung der Datentypen einer E-Mail dient der Typ multipart dazu, in einer E-Mail

mehrere Teile mit (in der Regel) unterschiedlichen MIME-Teilen zu kodieren. Die

JavaMail-API bietet für diesen Fall die Klasse (Mime)Multipart an; eine

Containerklasse, der mit addBodyPart() diverse (Mime)BodyPart-Objekte hinzugefügt

werden können. Zum Schluss – sind die Köper aufgebaut – setzt auf dem Message-

Objekt setContent() nun nicht mehr das einfache MimeMessage-Objekt mit einem

expliziten MIME-Typ, sondern das MMO.

Der Konstruktor eines MimeMultipart-Objekts gibt der mehrtyp-Nachricht einen

Namen. Ist dieser mit dem String »alternative«, so heißt das für den Mail-Client, dass es

verschiedene Versionen desselben Textes enthält. Standardmäßig versendet so zum

Beispiel Microsoft Outlook die E-Mails. Sie werden als reiner Text und als HTML

verschickt.


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http://java.sun.com/products/javamail/

4.5. E-Mails mittels POP3 abrufen

Die andere Seite soll ebenso betrachtet werden. Sie ist ein klein wenig aufwändiger. Die

auf dem Server liegenden Nachrichten (Message-Objekte) müssen erst dekodiert werden.

Die Nachrichten werden aber nicht vom Server gelöscht. Um eine Nachricht vom Server

zu löschen, darf der Ordner nicht mit READ_ONLY geöffnet werden, sondern mit

Folder.READ_WRITE. Anschließend lässt sich einer Nachricht, repräsentiert durch ein

Message-Objetkt, mit setFlag() ein Lösch-Hinweis geben.

Die Daten werden jedoch nur dann vom Server gelöscht, wenn zum Schluss

folder.close(true) aufgerufen wird. Ohne den Aufruf von close() mit dem Argument true

bleiben die Nachrichten erhalten.

4.6. Ereignisse und Suchen

Die Tabelle 2 zeigt einige Glanzstücke der JavaMail-API, unter ihnen ein System für

verschiedene Ereignisse.

Listener Angewendet auf Aufgaben

MessageCountListener Folder Findet, wenn neue Nachrichten kommen. (Bei POP3 muss Postfach geschlossen sein.)

ConnectionListener Service (Store, Transport), Folder Benachrichtigung beim Öffnen, Schließen, Zwangstrennung

FolderListener Folder Ordner angelegt, umbenannt, gelöscht

MessageChangedListener Folder Änderung, etwa am Folder oder Headern

StoreListener Store Nachricht mit Wichtigkeit ALERT oder NOTICE

TransportListener Transport Zugestellt, nicht zugestellt, zum Teil zugestellt

Tabelle 2 Event Listener in JavaMail-API


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Das zweite ist ein Suchsystem, den JavaMail über das Paket javax.mail.search definiert.

Zunächst wird ein Suchterm aus SearchTerm-Objekten aufgebaut. Diese abstrate

Basisklasse definiert eine Methode match(), die von Unterklassen passende

implemekntiert wird:

AddressTerm und Unterklassen FromTerm, RecipientTerm durchsuchen Absender

und Empfänger

StringTerm. Sucht nach Teilzeichenketten.

FlagTerm. Testet, ob Nachrichten gewisse Flags besitzen

DateTerm sucht mit Unterklassen ReceivedDateTerm und SentDateTerm nach Datum

AndTerm, NotTerm, OrTerm. Verknüpfungen zwischen Termen

Tabelle 3

5. Datagram-Sockets (UDP)

Neben den Stream-Sockets gibt es im java.net-Paket eine weitere Klasse, die auch den

verbindungslosen Pakettransport erlaubt. Es handelt sich dabei um die Klasse

DatagramSocket, die auf UDP basieren. Dies ist auf IP aufgesetzt und erlaubt eine

ungesicherte Übertragung. Auch UDP erlaubt es einer Applikation, einen Service über

einen Port zu kontaktieren. Genau wie TCP nutzt auch UDP verschiedene Port-

Nummern, so dass mehrere Server unter unterschiedlichen Ports ihre Dienste anbieten

können. Wichtig ist, dass UDP-Ports völlig eigenständig sind und mit TCP-Ports nichts

gemeinsam haben. So kann ein TCP- Socket als auch ein Datagram-Socket am selben

Port horchen. Die Datagram-Sockets benötigen im Gegensatz zu den Stream-Sockets

keine feste Verbindung zum Server; jedes Datagramm wird einzeln verschickt und kann

folglich auf verschiedenen Wegen und in verschiedener Reihenfolge am Client

ankommen. So ist der Ausdruck »verbindungslos« zu verstehen. Die Datagramme sind


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von den anderen völlig unabhängig. Ist die Ordnung der Pakete relevant, muss über ein

Zeitfeld dann die richtige Reihenfolge rekonstruiert werden.

5.1.1. Datagramme und die Klasse DatagramPacket

Stream-Sockets nutzen eine TCP/IP-Verbindung und die Fähigkeit, Daten in der

richtigen Reihenfolge zu sortieren. Arbeiten wir also mit Stream-Sockets oder auch mit

der URL-Klasse, so müssen wir uns um den Transport nicht kümmern. Wir werden also

bei der Benutzung von Stream-Sockets von den unteren Netzwerkschichten getrennt, die

die richtige Reihenfolge der Pakete garantieren. Datagram-Sockets nutzen ein anderes

Protokoll: das UDP-Protokoll. Dabei wird nur ein einzelner Chunk – durch die Klasse

DatagramPacket repräsentiert – übertragen, dessen Größe wir fast frei bestimmen

können. Fast, weil die Größe vom IP-Protokoll vorgegeben ist und maximal 64 KB

(65.535 Byte) zur Verfügung stehen. Mehr Daten können wir mit einer Übertragung

nicht senden. Es ist somit unsere Aufgabe, größere Pakete zu zerteilen.

TCP würde diese Pakete dann wieder richtig zusammensetzen, doch UDP leistet dies

nicht. Deswegen garantiert UDP auch nicht, dass die Reihenfolge der Pakete richtig ist.

Da UDP nicht mit verlorenen Paketen umgehen kann, ist es nicht gewährleistet, dass alle

Daten übertragen werden. Die Anwendung muss sich also selbst darum kümmern. Das

hört sich jetzt alles mehr nach einem Nachteil als nach einem Vorteil an. Warum werden

dann überhaupt Datagram-Sockets verwendet? Die Antwort ist einfach: Datagram-

Sockets sind schnell. Da die Verbindung nicht verbindungsorientiert ist wie TCP/IP,

lässt sich der Aufwand für die korrekte Reihenfolge und noch weitere Leistungen sparen.

Verbindungslose Protokolle wie eben UDP bauen keine Verbindung zum Empfänger auf

und senden dann die Daten, sondern sie senden einfach die Daten und lassen sie von den

Zwischenstationen verteilen. UDP profitiert also davon, dass die Bestätigung der

Antwort und die erlaubte Möglichkeit des Sendens nicht vereinbart werden. UDP sendet

seine Pakete demnach einfach in den Raum, und es ist egal, ob sie ankommen oder nicht.


Anton Succhanov

Da allerdings Pakete verloren gehen können, würden wir Datagram-Sockets nicht für

große Daten verwenden. Für kleine, öfters übermittelte Daten eignet sich das Protokoll

besser. Hier geht also Geschwindigkeit vor Sicherheit. Das bedeutet, UDP kann überall

dort eingesetzt werden, wo eine Empfangsbestätigung nicht relevant ist. Erhält ein Client

innerhalb einer gewissen Zeit keine Antwort, so stellt er seine Anfrage einfach erneut.

Wichtige Applikationen, die UDP nutzen, sind das DNS, TFTP und auch Suns Network

Filesystem (NFS). NFS ist so ausgelegt, dass verloren gegangene Pakete wieder besorgt

werden.

Welche Klasse für welche Übertragung verwenden?

Im Gegensatz zu TCP-Verbindungen gibt es bei UDP-Verbindungen kein Objekt wie

Socket oder ServerSocket für Client und Server. Das liegt daran, dass es in UDP kein

Konzept wie virtuelle Verbindungen gibt und die Adresse nicht im Socket gespeichert

ist, sondern im Paket selbst. Bei UPD verwenden beide die Klasse DatagramSocket,

welche für eine eingehende und auch ausgehende Verbindung steht.

Klasse Protokoll Verbindungstyp Richtung

Socket TCP Verbindungsorientiert, korrekte

Reihenfolge Ausgehend

ServerSocket TCP Verbindungsorientiert, korrekte

Reihenfolge Hereinkommend

DatagramSocket UDP Verbindungslos, Datagramme,

beliebige Reihenfolge

Ausgehend und

hereinkommend

Tabelle 4 Welche Klasse wofür?


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5.1.2. Auf ein hereinkommendes Paket warten

Wenn wir Daten empfangen, dann müssen wir nur ein DatagramPacket-Objekt anlegen

und den Speicherplatz angeben, an dem die Daten abgelegt werden sollen. Das Feld ist

so etwas wie ein Platzhalter.

Wenn wir empfangen wollen, müssen wir warten, bis ein Paket eintrifft. Das geschieht

mit der DatagramSocket-Methode receive(DatagramPacket). Die Methode ist

vergleichbar mit der accept()-Methode der Klasse ServerSocket, nur dass accept() ein

Socket-Objekt zurückgibt und receive() die Daten in dem als Argument übergebenen

DatagramPacket ablegt. Mit den Methoden getPort() und getAddress() können wir

herausfinden, woher das Paket kam, wer also der Sender war. Mit getData() bekommen

wir die Daten als Bytefeld, und getLength() liefert die Länge. Ist das empfangene Paket

größer als unser Puffer, wird das Feld nur bis zur maximalen Größe gefüllt.

5.1.3. Ein Paket zum Senden vorbereiten

Wenn wir ein Paket senden wollen, dann müssen wir einem DatagramPacket auch noch

sagen, wohin die Reise geht, das heißt, der Port und die IP-Adresse des entfernten

Rechners sind anzugeben. Der Empfänger wird durch ein InetAddress-Objekt

repräsentiert, der Konstruktor ist leider nicht mit einem String-Objekt überladen, was

sicherlich nützlich wäre. Es gibt aber einen speziellen Konstruktor, der die Inet-Adresse

und den Port direkt entgegennimmt.

5.1.4. Das Paket senden

Zum Senden eines DatagramPacket dient die DatagramSocket-Methode

send(DatagramPacket). Sie schickt das Datagram an die im DatagramPacket enthaltene

Port-Nummer und -Adresse. Im oberen Beispiel hatten wir diese Informationen einmal

ausgelesen. Die Reihenfolge für Sendevorgänge ist also immer die gleiche: Ein

Datagram-Socket mit einem Standard-Konstruktor erzeugen, das DatagramPaket-Objekt


Anton Succhanov

mit dem Port und der Inet-Adresse des Empfängers erzeugen, dann schickt send() das

Paket auf die Reise.

5.1.5. Zeitdienste mittels UPD

Beliebt Anwendung von UDP ist ein Zeit-Server. Dieser bietet Clients immer die

aktuelle Server-Uhrzeit an. Ein Server lauscht auf Port 13 nach UDP-Paketen und

sendet dann die Antwort, die mittels Daytime Protocol beschrieben ist an den Sender,

dessen Adresse er aus dem Paket nimmt.

5.2. Tiefer liegende Netzwerkeigenschaften

5.2.1. MAC-Adresse

Die MAC-Adresse ist eine (im Idealfall) eindeutige Adresse einer Netzwerkkarte. MAC-

Adressen sind für Ethernet-Verbindungen essentiell, da auf der physikalischen

Übertragungsebene Signale zu einer gewünschten Netzwerkkarte aufgebaut werden.

Wegen der Eindeutigkeit eigenen sie sich gut als Schlüssel und es wäre interessant, auch

in Java diese Adresse auszulesen. Das geht jedoch nur über einen Umweg über JNI oder

über einen Konsolenaufruf, welchen die MAC-Adresse liefert.

5.2.2. Internet Control Message Protocol (ICMP)

ICMP, ein Steuerprotokol welches ebenfalls auf der Vermittlungsschicht eingesetzt wird

um unerwartete Ereignisse und Zusatzinformationen zur Diagnose von Routern bzw.

Switches zu melden. ICPM ist ein einfaches IP-Paket mit bestimmten Flags, welches im

RFC 792 definiert ist. In Java können mit den Standardbibliotheken keine IP-Pakete und

ICMP-Nachrichten verschickt werden, um Rechts- und Sicherheitsproblemen

vorzubeugen.


Anton Succhanov

http://www.galileocomputing.de/openbook/javainsel4/javainsel_16_012.htm#ftn1

5.2.3. Multicast-Kommunikation

Besteht die Notwendigkeit, dass ein Server Datagramme gleichzeitig an mehrere Clients

schickt, dann müssen wir hier auch mehrere einzelne Verbindungen (so genannte

Unicast-Verbindungen) aufbauen. Diese Möglichkeit ist jedoch sehr ineffizient und

belastet die Bandbreite. Anwendungsfelder für Multicast-Kommunikation sind etwa

Video oder Audio, Chat-Sitzungen oder interaktive Spiele.

In Java lässt sich für diese Aufgabe das Multicasting einsetzen, wenn das Betriebssystem

und die Router Multicasting-fähig sind. Damit der Server sendet und mehrere Clients

empfangen können, melden sich die Clients bei einer gewünschten Multicast-Gruppe an.

Eine Multicast-Gruppe besteht aus mehreren Rechnern, die sich eine Multicast-Adresse

teilen. Der Server sendet dann die Datagramme über einen Multicast-Socket und wird

von allen in der Liste empfangen. Die weitere Verarbeitung übernehmen das

Betriebssystem und die Router. Für eine Multicast-Gruppe gibt es spezielle Multicast-

Adressen. Diese bewegen sich im Bereich von 224.0.0.0 bis 239.255.255.255. Statische

Multicast-Adressen werden – wie andere IP-Adressen auch – von der IANA vergeben.

Für eigene Testzwecke bieten sich Adressen im Bereich 224.0.1.27 und 224.0.1.225 an.

6. Literaturverzeichniss

Bücher:

• Java ist auch eine Insel von Christian Ullenboom;

ISBN: 3898427471

• Thread- und Netzwerk- Programmierung mit Java. Ein Praktikum für die

Parallele Programmierung von Heinz Kredel und Akitoshi Yoshida;

ISBN: 3932588282

• Handbuch der Java-Programmierung von Guido Krüger

ISBN: 3827319498

Internet:

• http://www.codeguru.com

• http://www.wikipedia.de


Anton Succhanov

Abkürzungen1. Grundlagen Verbindungen/Internet1.1. Einleitung1.2. Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP)1.3. Host- und IP-Adressen1.3.1. Host1.3.2. IP-Nummer1.3.3. Ports1.3.4. Host-Name1.3.5. Paket1.3.6. Router/Switch1.4. Internet-Standards und RFC 1.5. Socket2. Client/Server-Kommunikation2.1. Das Netzwerk ist der Computer2.2. StreamSocket 2.3. Stream2.4. SSL-Verbindungen mit JSSE 2.5. Apache Jakarta Commons HttpClient und Net3. URL-Verbindungen und URL-Objekte3.1. Die Klasse URLKonstruktor dieser Klasse

3.2. Informationen über eine URL3.3. Der Zugriff auf die Daten über die Klasse URL 3.4. Die Klasse URLConnection3.5. Protokoll- und Content-Handler3.6. Bilder-Handler3.7. Content- und Protocol-Handler3.8. Autorisierte URL-Verbindungen mit Basic Authentication4. E-Mail4.1. Wie eine E-Mail um die Welt geht 4.2. SMTP, POP und RFC 8224.3. E-Mails versenden mit der JavaMail API4.4. MimeMultipart-Nachrichten schicken4.5. E-Mails mittels POP3 abrufen4.6. Ereignisse und Suchen5. Datagram-Sockets (UDP)5.1.1. Datagramme und die Klasse DatagramPacket5.1.2. Auf ein hereinkommendes Paket warten5.1.3. Ein Paket zum Senden vorbereiten5.1.4. Das Paket senden5.1.5. Zeitdienste mittels UPD5.2. Tiefer liegende Netzwerkeigenschaften5.2.1. MAC-Adresse5.2.2. Internet Control Message Protocol (ICMP) 5.2.3. Multicast-Kommunikation6. Literaturverzeichniss

Netzwerkprogrammierung mit Java...Daniel Adametz [email protected] Anton Suchanov [email protected]...

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