Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
CHƯƠNG 1
Tổng quan về lập trình truyền thông
Mục đích
Chương này nhằm cung cấp cho các bạn một cái nhìn tổng quan về các vấn đề có
liên quan trong lập trình truyền thông
Yêu cầu
Sau khi hoàn tất chương này, bạn có thể:
Giải thích được Cơ chế giao tiếp liên quá trình (Inter-Process
Communication ) là gì.
Mô tả chức năng, nhiệm vụ của các tầng trong mô hình OSI.
Định nghĩa về giao thức và biện luận được sự cần thiết của giao thức trong
truyền thông .
Mô tả về bộ giao thức TCP/IP.
Định nghĩa mô hình Client – Server.
Phân biệt được 2 chế độ giao tiếp: Nghẽn và Không nghẽn.
Phân biệt được các kiểu kiến trúc chương trình.
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 1Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
1.1. Cơ chế giao tiếp liên quá trình là gì ?
Truyền thông là một khái niệm dùng để chỉ sự giao tiếp, trao đổi thông tin giữa hai
hay nhiều thực thể trong một hệ thống nào đó. Nếu hệ thống mà chúng ta xem xét là xã hội
loài người, thì truyền thông có thể là quá trình trao đổi thông tin giữa người với người
trong cuộc sống thông qua các phương tiện truyền tải thông tin khác nhau như không khí
(trong trò chuyện trực tiếp), hệ thống điện thoại, sách, báo, các phương tiện nghe nhìn,
mạng máy tính...
Nếu hệ thống mà chúng ta xem xét là một hệ thống máy tính hay một hệ thống
mạng thì truyền thông có thể được phân thành hai mức:
Mức phần cứng: là sự giao tiếp, trao đổi thông tin giữa các bộ phận vật lý
cấu thành nên hệ thống máy tính như CPU, bộ nhớ, thiết bị vào ra, card giao
tiếp mạng, nhờ vào các phương tiện truyền thông như hệ thống BUS nội, hệ
thống BUS vào ra hay các dây cáp mạng . . .
Mức phần mềm: là sự giao tiếp, trao đổi thông tin giữa các thành phần bên
trong của một chương trình hay giữa các chương trình với nhau thông qua
các cơ chế truyền thông được hỗ trợ bởi các hệ điều hành, hệ điều hành
mạng.
Trong các hệ thống máy tính đơn nhiệm (monotasking) cổ điển, ví dụ MS-DOS, tại
một thời điểm chỉ cho phép tồn tại một quá trình. Việc giao tiếp, trao đổi thông tin chỉ diễn
ra trong phạm vi của một chương trình. Đó là sự giao tiếp giữa các thủ tục dưới hình thức
chia sẻ các biến toàn cục, hay bằng cách truyền các tham số khi gọi hàm, thủ tục hay bằng
giá trị trả về của một hàm . . . Ngược lại, trong các hệ thống đa nhiệm (multitasking) có
nhiều quá trình tồn tại song song nhau, mỗi quá trình được thực hiện trong một không gian
địa chỉ (Address space) riêng biệt. Việc giao tiếp giữa các quá trình muốn thực hiện được
đòi hỏi phải có những tiện ích hỗ trợ bởi hệ điều hành, hệ điều hành mạng. Các tiện ích
này thường được gọi với cái tên là Cơ chế giao tiếp liên quá trình (IPC - Inter-Process
Communication).
1.2. Phân loại cơ chế giao tiếp liên quá trình
Các cơ chế giao tiếp liên quá trình được hỗ trợ bởi các hệ điều hành đa nhiệm, hệ
điều hành mạng được chia ra làm hai loại:
Loại 1: Cơ chế giao tiếp liên quá trình hỗ trợ giao tiếp giữa các quá trình trên
cùng một máy tính. (Hình H1.1)
Hình 1.1 - Cơ chế giao tiếp liên quá trình loại 1
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 2Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
• Loại 2: Cơ chế giao tiếp liên quá trình hỗ trợ giao tiếp giữa các quá trình nằm
trên các máy tính khác nhau (Hình H1.2).
Hình 1.2 - Cơ chế giao tiếp liên quá trình loại 2
Trong cơ chế giao tiếp liên quá trình trên cùng một máy, dữ liệu trao đổi qua lại
giữa các quá trình phải đi xuyên qua hạt nhân (kernel) của hệ điều hành. Đó có thể là một
vùng nhớ dùng chung cho các quá trình đã được qui định trước bởi hệ điều hành, hay một
tập tin trên đĩa được quản lý bởi hệ điều hành trong đó một quá trình sẽ ghi dữ liệu vào,
quá trình khác đọc dữ liệu ra, . . .
Trong cơ chế giao tiếp liên quá trình trên các máy tính khác nhau, dữ liệu trao đổi
giữa các quá trình không những phải đi qua hạt nhân như cơ chế giao tiếp liên quá trình
trên một máy tính mà hơn thế các hạt nhân của các máy có liên quan phải hiểu nhau. Nói
cách khác các hạt nhân phải thoả thuận trước với nhau về các qui tắc trao đổi thông tin
giữa chúng. Thông thường ta gọi các qui tắc này là các giao thức (Protocol).
1.3. Mô hình tham khảo OSI
Để dễ dàng cho việc nối kết và trao đổi thông tin giữa các máy tính với nhau, vào
năm 1983, Tổ chức tiêu chuẩn thế giới ISO đã phát triển một mô hình cho phép hai máy
tính có thể gởi và nhận dữ liệu cho nhau. Mô hình này dựa trên tiếp cận phân tầng (lớp),
với mỗi tầng đảm nhiệm một số các chức năng cơ bản nào đó và được gọi là mô hình OSI.
Để hai máy tính có thể trao đổi thông tin được với nhau cần có rất nhiều vấn đề liên
quan. Ví dụ như cần có Card mạng, dây cáp mạng, điện thế tín hiệu trên cáp mạng, cách
thức đóng gói dữ liệu, điều khiển lỗi đường truyền ... Bằng cách phân chia các chức năng
này vào những tầng riêng biệt nhau, việc viết các phần mềm để thực hiện chúng trở nên dễ
dàng hơn. Mô hình OSI giúp đồng nhất các hệ thống máy tính khác biệt nhau khi chúng
trao đổi thông tin. Mô hình này gồm có 7 tầng:
7. Tầng ứng dụng (Application Layer)
Đây là tầng trên cùng, cung cấp các ứng dụng truy xuất đến các dịch vụ mạng.
Nó bao gồm các ứng dụng của người dùng, ví dụ như các Web Browser
(Netscape Navigator, Internet Explorer ), các Mail User Agent (Outlook
Express, Netscape Messenger, ...) hay các chương trình làm server cung cấp
các dịch vụ mạng như các Web Server (Netscape Enterprise, Internet
Information Service, Apache, ...), Các FTP Server, các Mail server (Send
mail, MDeamon). Người dùng mạng giao tiếp trực tiếp với tầng này.
6. Tầng trình bày (Presentation Layer)
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 3Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
Tầng này đảm bảo các máy tính có kiểu định dạng dữ liệu khác nhau vẫn có
thể trao đổi thông tin cho nhau. Thông thường các máy tính sẽ thống nhất với
nhau về một kiểu định dạng dữ liệu trung gian để trao đổi thông tin giữa các
máy tính. Một dữ liệu cần gởi đi sẽ được tầng trình bày chuyển sang định
dạng trung gian trước khi nó được truyền lên mạng. Ngược lại, khi nhận dữ
liệu từ mạng, tầng trình bày sẽ chuyển dữ liệu sang định dạng riêng của nó.
5. Tầng giao dịch (Session Layer)
Tầng này cho phép các ứng dụng thiết lập, sử dụng và xóa các kênh giao tiếp
giữa chúng (được gọi là giao dịch). Nó cung cấp cơ chế cho việc nhận biết tên
và các chức năng về bảo mật thông tin khi truyền qua mạng.
4. Tầng vận chuyển (Transport Layer)
Tầng này đảm bảo truyền tải dữ liệu giữa các quá trình. Dữ liệu gởi đi được
đảm bảo không có lỗi, theo đúng trình tự, không bị mất mát, trùng lắp. Đối
với các gói tin có kích thước lớn, tầng này sẽ phân chia chúng thành các phần
nhỏ trước khi gởi đi, cũng như tập hợp lại chúng khi nhận được.
3. Tầng mạng (Network Layer)
Tầng này đảm bảo các gói dữ liệu (Packet) có thể truyền từ máy tính này đến
máy tính kia cho dù không có đường truyền vật lý trực tiếp giữa chúng. Nó
nhận nhiệm vụ tìm đường đi cho dữ liệu đến các đích khác nhau trong hệ
thống mạng.
2. Tầng liên kết dữ liệu (Data-Link Layer)
Tầng này đảm bảo truyền tải các khung dữ liệu (Frame) giữa hai máy tính có
đường truyền vật lý nối trực tiếp với nhau. Nó cài đặt cơ chế phát hiện và xử
lý lỗi dữ liệu nhận.
1. Tầng vật ký (Physical Layer)
Điều khiển việc truyền tải thật sự các bit trên đường truyền vật lý. Nó định
nghĩa các tín hiệu điện, trạng thái đường truyền, phương pháp mã hóa dữ liệu,
các loại đầu nối được sử dụng.
Về nguyên tắc, tầng n của một hệ thống chỉ giao tiếp, trao đổi thông tin với tầng n
của hệ thống khác. Mỗi tầng sẽ có các đơn vị truyền dữ liệu riêng:
• Tầng vật lý: bit
• Tầng liên kết dữ liệu: Frame
• Tầng mạng: Packet
• Tầng vận chuyển: Segment
Trong thực tế, dữ liệu được gởi đi từ tầng trên xuống tầng dưới cho đến tầng thấp
nhất của máy tính gởi. Ở đó, dữ liệu sẽ được truyền đi trên đường truyền vật lý. Mỗi khi
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 4Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
dữ liệu được truyền xuống tầng phía dưới thì nó bị "gói" lại trong đơn vị dữ liệu của tầng
dưới. Tại bên nhận, dữ liệu sẽ được truyền ngược lên các tầng cao dần. Mỗi lần qua một
tầng, đơn vị dữ liệu tương ứng sẽ được “tháo” ra.
Đơn vị dữ liệu của mỗi tầng sẽ có một tiêu đề (header) riêng, được mô tả trong
hình 1.3.
OSI chỉ là mô hình tham khảo, mỗi Hình 1.3 - Xử lý dữ liệu qua các tầng
nhà sản xuất khi phát minh ra hệ thống
mạng của mình sẽ thực hiện các chức năng
ở từng tầng theo những cách thức riêng.
Các cách thức này thường được mô tả dưới
dạng các chuẩn mạng hay các giao thức
mạng. Như vậy dẫn đến trường hợp cùng
một chức năng nhưng hai hệ thống mạng
khác nhau sẽ không tương tác được với
nhau. Hình 1.4 sẽ so sánh kiến trúc của các
hệ điều hành mạng thông dụng với mô
hình OSI.
Hình 1.4 - Kiến trúc của một số hệ điều hành mạng thông dụng
Để thực hiện các chức năng ở tầng 3 và tầng 4 trong mô hình OSI, mỗi hệ thống
mạng sẽ có các protocol riêng:
UNIX: Tầng 3 dùng giao thức IP, tầng 4 giao thức TCP/UDP
Netware: Tầng 3 dùng giao thức IPX, tầng 4 giao thức SPX
Windows NT: chỉ dùng 1 giao thức NETBEUI
Nếu chỉ dừng lại ở đây thì các máy tính UNIX, Netware, NT sẽ không trao đổi
thông tin được với nhau. Với sự lớn mạnh của mạng Internet, các máy tính cài đặt các hệ
điều hành khác nhau đòi hỏi phải giao tiếp được với nhau, tức phải sử dụng chung một
giao thức. Đó chính là bộ giao thức TCP/IP, giao thức của mạng Internet.
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 5Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
1.4. Mạng TCP/IP
Đây là kiến trúc của mạng Internet, chỉ gồm 5 tầng như hình vẽ dưới đây:
Hình 1.5 - Kiến trúc mạng TCP/IP
Người ta còn gọi mô hình này là mô hình OSI đơn giản. Các giao thức được sử
dụng trên mỗi tầng được qui định như sau:
Hình 1.6 – Bộ giao thức TCP/IP
Tầng 3 sử dụng giao thức IP, tầng 4 có thể sử dụng giao thức TCP ở chế độ có nối
kết hoặc UPD ở chế độ không nối kết.
Tầng 5 là tầng của các ứng dụng. Mỗi loại ứng dụng phải định nghĩa một giao thức
riêng để các thành phần trong ứng dụng trao đổi thông tin qua lại với nhau. Một số ứng
dụng phổ biến đã trở thành chuẩn của mạng Internet như:
• Ứng dụng Web: Sử dụng giao thức HTTP để tải các trang web từ Web Server
về Web Browser.
• Ứng dụng thư điện tử: Sử dụng giao thức SMTP để chuyển tiếp mail gởi đi
đến Mail Server của người nhận và dùng giao thức POP3 hoặc IMAP để nhận
mail về cho người đọc.
• Ứng dụng truyền tải tập tin: Sử dụng giao thức FTP để tải (download) các tập
tin từ các FTP Server ở xa về máy người dùng hay ngược lại.
• . . . . .
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 6Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
Thông thường các tầng 1,2,3 và 4 được phát triển bởi các nhà sản xuất hệ điều
hành, nhà sản xuất các thiết bị phần cứng mạng. Chúng đảm nhận nhiệm vụ truyền tải
thông tin cho các quá trình trên tầng ứng dụng. Chúng cài đặt các cơ chế giao tiếp liên quá
trình để các quá trình trên tầng ứng dụng có thể truy xuất đến dịch vụ truyền tải thông tin
do chúng cung cấp. Trong khi đó, tầng 5 là nơi các nhà sản xuất phần mềm khai thác để
tạo ra các ứng dụng giải quyết các vấn đề khác nhau của cuộc sống. Nó được xem như là
tầng xử lý thông tin.
1.5. Dịch vụ mạng
Dịch vụ mạng (Net service) là một chương trình ứng dụng thực hiện một tác vụ nào
đó trên hệ thống mạng.
Ví dụ:
• Dịch vụ in trên mạng cho phép nhiều máy tính cùng sử dụng một máy in.
• Dịch vụ tập tin trên mạng cho phép chia sẻ chương trình, dữ liệu giữa các máy
tính.
• Dịch vụ web cung cấp các trang web cho các máy tính khác nhau
Có nhiều mô hình khác nhau để xây dựng các dịch vụ mạng. Một trong những mô
hình được sử dụng khá phổ biến là mô hình Client-Server. Đây là một mô hình cơ bản để
xây dựng các dịch vụ mạng.
1.6. Mô hình Client – Server
1.6.1. Giới thiệu
Trong mô hình này, chương trình ứng dụng được chia thành 2 thành phần:
• Quá trình chuyên cung cấp một số phục vụ nào đó, chẳng hạn: phục vụ tập
tin, phục vụ máy in, phục vụ thư điện tử, phục vụ Web... Các quá trình này
được gọi là các trình phục vụ hay Server.
• Một số quá trình khác có yêu cầu sử dụng các dịch vụ do các server cung cấp
được gọi là các quá trình khách hàng hay Client.
Việc giao tiếp giữa client và server được
thực hiện dưới hình thức trao đổi các thông
điệp (Message). Để được phục vụ, client sẽ gởi
một thông điệp yêu cầu (Request Message) mô
tả về công việc muốn server thực hiện. Khi
nhận được thông điệp yêu cầu, server tiến hành
phân tích để xác định công việc cần phải thực
thi. Nếu việc thực hiện yêu cầu này có sinh ra
kết quả trả về, server sẽ gởi nó cho client trong
một thông điệp trả lời (Reply Message). Dạng
thức (format) và ý nghĩa của các thông điệp
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 7
Hình 1.7 – Mô hình Client-ServerKhoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
trao đổi giữa client và server được qui định rõ bởi giao thức (protocol) của ứng dụng.
1.6.2. Ví dụ về dịch vụ Web.
Dịch vụ web được tổ chức theo mô hình Client -Server, trong đó:
• Web server sẵn sàng cung cấp các trang web đang được lưu trữ trên đĩa cứng
cục bộ của mình.
• Web Client, còn gọi là các Browser, có nhu cầu nhận các trang web từ các
Web Server
• HTTP là giao thức trao đổi thông tin qua lại giữa Web client và Web Server.
• Thông điệp yêu cầu là một chuỗi có dạng sau:
Command URL HTTP/Ver
• Thông điệp trả lời có dạng sau:
<HEADER>
<CONTENT>
• Giả sử Client cần nhận trang Web ở địa chỉ http://www.cit.ctu.edu.vn/, nó sẽ
gởi đến Web Server có tên www.cit.ctu.edu.vn thông điệp yêu cầu sau:
GET www.cit.ctu.edu.vn HTTP/1.1
• Server sẽ gởi về nội dung sau:
HTTP/1.0 200 OK
Date: Mon, 24 Nov 2003 02:43:46 GMT
Server: Apache/1.3.23 (Unix) (Red-Hat/Linux) mod_ssl/2.8.7
OpenSSL/0.9.6b DAV/1
.0.3 PHP/4.1.2 mod_perl/1.26
Last-Modified: Tue, 01 Jul 2003 08:08:52 GMT
ETag: "17f5d-2abb-3f014194"
Accept-Ranges: bytes
Content-Length: 10939
Content-Type: text/html
X-Cache: HIT from proxy.cit.ctu.edu.vn
Proxy-Connection: close
<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0
Transitional//EN">
<HTML>
<HEAD>
<LINK>
...............................
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 8Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
1.6.3. Các chế độ giao tiếp
Quá trình giao tiếp giữa client và server có thể diễn ra theo hai chế độ là nghẽn
(blocked) hay không nghẽn (Non blocked).
1.6.3.1. Chế độ nghẽn :
Hình 1.8 - Chế độ giao tiếp nghẽn
Trong chế độ này, khi quá trình
client hay server phát ra lệnh gởi dữ liệu,
(thông thường bằng lệnh send) , sự thực
thi của nó sẽ bị tạm dừng cho đến khi
quá trình nhận phát ra lệnh nhận số dữ
liệu đó (thường là lệnh receive).
Tương tự cho trường hợp nhận dữ
liệu, nếu quá trình nào đó, client hay
server, phát ra lệnh nhận dữ liệu, mà ở
thời điểm đó chưa có dữ liệu gởi đến, sự
thực thi của nó cũng tạm dừng cho đến
khi có dữ liệu gởi đến.
1.6.3.2. Chế độ không nghẽn:
Trong chế độ này, khi quá trình client hay server phát ra lệnh gởi dữ liệu, sự thực
thi của nó vẫn được tiếp tục mà không
quan tâm đến việc có quá trình nào phát ra
lệnh nhận số dữ liệu đó hay không.
Hình 1.9 - Chế độ giao tiếp không nghẽn
Tượng tự cho trường hợp nhận dữ
liệu, khi quá trình phát ra lệnh nhận dữ
liệu, nó sẽ nhận được số lượng dữ liệu
hiện có (bằng 0 nếu chưa có quá trình nào
gởi dữ liệu đến). Sự thực thi của quá trình
vẫn được tiếp tục.
Trong thực tế cần chú ý đến chế độ
giao tiếp nghẽn khi lập trình, vì nó có thể
dẫn đến trường hợp chương trình bị "treo"
do số lần gởi và nhận giữ liệu không bằng
nhau giữa hai bên giao tiếp.
1.7. Các kiểu kiến trúc chương trình
Ở mức luận lý, các chức năng mà một chương trình ứng dụng thực hiện có thể xếp
thành một trong 3 loại sau:
1. Các chức năng thực hiện việc tương tác với người dùng như tạo các giao diện
nhập liệu hay in các báo biểu, thông báo ra màn hình. Các chức năng này
được gọi chung là Dịch vụ giao diện người dùng (User Interface Service).
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 9Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
2. Các chức năng tính toán các dữ liệu, xử lý thông tin theo những qui luật
(rule), giải thuật được qui định bởi vấn đề mà ứng dụng giải quyết. Các chức
năng này được gọi chung là Dịch vụ nghiệp vụ (Business Rule Service).
3. Trong quá trình tính toán, chương trình ứng dụng cần truy vấn đến các thông
tin đã có được lưu trên đĩa cứng hay trong các cơ sỡ dữ liệu. Cũng như cần
thiết phải lưu lại các kết quả tính toán được để sử dụng về sau. Các chức
năng này được gọi chung là Dịch vụ lưu trữ (Data Storage Service).
Ở mức vật lý, các chức năng này có thể được cài đặt vào một hay nhiều tập tin thực
thi hình thành các kiểu kiến trúc chương trình khác nhau. Cho đến thời điểm hiện nay,
người ta chia kiến trúc của chương trình thành 3 loại được trình bày tiếp theo sau.
1.7.1. Kiến trúc đơn tầng (Single-tier Architecture)
Trong kiểu kiến trúc này, cả 3 thành phần của chương trình ứng dụng (User
Interface, Business Rule, Data Storage) đều được tích hợp vào một tập tin thực thi.
Ví dụ: BKAV, D2, Winword, . . .
Các ứng dụng kiểu này chỉ được thực thi trên một máy tính.
User Interface
Business Rule
Data Storage
Hình 1.10 - Kiến trúc chương trình đơn tầng
• Ưu điểm:
• Dễ dàng trong thiết kế cài đặt ứng dụng kiểu này.
• Nhược điểm:
• Bởi vì cả 3 thành phần được cài vào một tập tin thực thi, nên việc sửa lỗi hay
nâng cấp chương trình thì rất khó khăn. Toàn bộ chương trình phải biên dịch
lại cho dù chỉ sửa đổi một lỗi rất nhỏ trong một thành phần nào đó ( User
Interface chẳng hạn).
• Việc bảo trì, nâng cấp ấn bản mới là một công việc cực kỳ nặng nề vì ta phải
thực hiện việc cài đặt trên tất cả các máy tính.
• Trong kiểu này, mỗi máy tính duy trì một cơ sở dữ liệu riêng cho nên rất khó
trong việc trao đổi, tổng hợp dữ liệu.
• Máy tính phải đủ mạnh để có thể thực hiện đồng thời cả 3 loại dịch vụ.
1.7.2. Kiến trúc hai tầng (Two - Tier Architecture)
Kiến trúc này còn được biết đến với tên kiến trúc Client-Server. Kiến trúc này gồm
2 chương trình thực thi: chương trình Client và chương trình Server. Cả hai chương trình
có thể được thực thi trên cùng một máy tính hay trên hai máy tính khác nhau.
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 10Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
Client và Server trao đổi thông tin với nhau dưới dạng các thông điệp (Message) .
Thông điệp gởi từ Client sang Server gọi là các thông điệp yêu cầu (Request Message) mô
tả công việc mà phần Client muốn Server thực hiện.
Hình 1.11 - Kiến trúc chương trình Client-Server
Mỗi khi Server nhận được một thông điệp yêu cầu, Server sẽ phân tích yêu cầu,
thực thi công việc theo yêu cầu và gởi kết quả về client (nếu có) trong một thông điệp trả
lời (Reply Message). Khi vận hành, một máy tính làm Server phục vụ cho nhiều máy tính
Client.
Mỗi một ứng dụng Client-Server phải định nghĩa một Giao thức (Protocol) riêng
cho sự trao đổi thông tin, phối hợp công việc giữa Client và Server. Protocol qui định một
số vấn đề cơ bản sau:
• Khuôn dạng loại thông điệp.
• Số lượng và ý nghĩa của từng loại thông điệp.
• Cách thức bắt tay, đồng bộ hóa tiến trình truyền nhận giữa Client và Server.
• . . . .
Thông thường phần client đảm nhận các chức năng về User Interface, như tạo các
form nhập liệu, các thông báo, các báo biểu giao tiếp với người dùng.
Phần Server đảm nhận các chức năng về Data Storage. Nhờ đó dễ dàng trong việc
bảo trì, chia sẻ tổng hợp dữ liệu trong toàn bộ công ty hoặc tổ chức.
Các chức năng về Business Rule có thể được cài đặt ở phần client hoặc ở phần
server tạo ra hai loại kiến trúc Client - Server là:
o Fat Client
o Fat Server.
1.7.2.1. Loại Fat Client
Trong loại này Business Rule được cài đặt bên phía Client. Phần Server chủ yếu
thực hiện chức năng về truy vấn và lưu trữ thông tin.
Hình 1.12 - Kiến trúc chương trình Client – Server theo kiểu Fat C
Ưu điểm
lient
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 11Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
• Tạo ra ít giao thông trên mạng nhờ dữ liệu tạm thời trong quá trình tính toán
được lưu tại Client.
Nhượ
iness Rule được cài đặt trên phía Client, đòi hỏi máy tính thực thi phần
Client phải đủ mạnh, dẫn đến tốn kém trong chi phí đầu tư phần cứng cho các
•
1.
c chức năng về Business Rule được đặt ở phần Server.
Phần C hức năng nhỏ của Business Rule về kiểm tra tính hợp lệ
của dữ
u Fat Server
Ưu điể
usiness Rule được đặt ở phần Server, các máy tính Client không cần phải
có cấu hình mạnh.
i phần Server.
Nhượ
nhiều thông điệp trao đổi giữa Client và Server làm tăng giao thông
trên mạng.
le và Data Storage làm giảm hiệu năng của chương trình.
1.7.3.
istributed Application). Thông
thườn h thành 3 phần riêng biệt tương
ứng ch
c điểm
• Vì Bus
công ty xí nghiệp.
Phải cài lại tất cả các máy tính Client khi nâng cấp chương trình.
7.2.2. Loại Fat Server
Trong loại này, phần lớn cá
lient chỉ thực hiện một số c
liệu nhập bởi người dùng.
Hình 1.13 - Kiến trúc chương trình Client – Server theo kiể
• Vì B
• Việc nâng cấp chương trình khi Business Rule thay đổi trở nên nhẹ nhàng hơn
vì chỉ phải cài đặt lạ
c điểm
• Tạo ra
• Tăng tải trên máy Server vì nó phải đồng thời thực hiện các chức năng của
Business Ru
Kiến trúc đa tầng (N-Tier Architecture)
Đây là kiến trúc cho các Ứng dụng phân tán (D
g là kiến trúc 3 tầng. Chương trình ứng dụng được tác
o 3 chức năng User Interface, Business Rule và Data Storage. Vì các chức năng
thuộc về Business Rule được tách thành một phần riêng, nó có thể được thực thi trên một
máy tính Server riêng giải quyết được hầu hết các nhược điểm mắc phải của kiến trúc đơn
tầng và kiến trúc hai tầng nói trên.
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 12Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
Hình 1.12 - Kiến trúc chương trình đa tầng
Kiến trúc này đáp ứng tốt với những thay đổi về qui luật xử lý dữ liệu của vấn đề
mà ứng dụng giải quyết. Việc thay đổi chỉ ảnh hưởng trên tầng Business Rule mà không
ảnh hưởng đến hai tầng còn lại.
hông thường, người ta gọi tên các thành phần trên là:
Client – Appl
1.8.1. Bài t
Bài tậ
viết một báo cáo không quá 10 trang về giao thức HTTP.
Bài tập 1.2: Chat Protocol
trên mạng Internet. Viết một bảng báo cáo không qua 10
trang trình bày 2 nội dung sau:
ịch vụ Chat.
•
ỗ trợ bởi Chat Server.
oạt động của server và client (giải thuật).
1.8
Bài tập 1 ol
Tìm đọc v
T
ication Server – Database Server
1.8. Bài tập
ập bắt buộc
p 1.1: Protocol HTTP
Tìm đọc và
Tìm hiểu về dịch vụ Chat
• Một bảng mô tả các chức năng thường được hỗ trợ trong một d
Xây dựng Chat Protocol riêng của bạn trong đó mô tả:
o Các chức năng h
o Khuôn dạng (Format) và các loại thông điệp (Message) hỗ trợ bởi
Protocol.
o Sơ đồ trạng thái h
o Minh họa các kịch bản khác nhau cho từng chức năng của dịch vụ.
.2. Bài tập gợi ý
.3: POP3 Protoc
à viết một báo cáo không quá 10 trang về giao thức POP3.
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 13Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
CHƯƠNG 2
Sơ lược về ngôn ngữ Java
Mục đích
Chương này nhằm giới thiệu sơ lược về ngôn ngữ java cho các sinh viên đã có kiến
thức căn bản về Lập trình hướng đối tượng với C++. Chương này sẽ không đề cập đến tất
cả các vấn đề có trong Java mà chỉ giới thiệu những vấn đề cơ bản nhất về ngôn ngữ Java,
đủ để các học viên có thể đọc hiểu các chương trình minh họa và làm được các bài tập ứng
dung ở các chương sau.
Yêu cầu
Sau khi hoàn tất chương này, bạn có thể:
• Trình bày được những vấn đề tổng quan về ngôn ngữ Java như:
o Đặc điểm và khả năng của ngôn ngữ Java.
o Khái niệm máy ảo của Java (JVM - Java Virtual Machine ).
o Vai trò của bộ phát triển ứng dụng JDK (Java Developpment Kit).
o Phân biệt được hai kiểu chương trình Applet và Application của Java.
o Các kiểu dữ liệu và các phép toán được hỗ trợ bởi Java.
• Biên soạn, biên dịch và thực thi thành công chương trình HelloWorld .
• Sử dụng thành thạo các cấu trúc điều khiển dưới Java như: if, switch, while,
do-while, for.
• Biết cách nhận đối số của chương trình Java.
• Biết đổi chuỗi thành số trong Java.
• Sử dụng được cơ chế ngoại lệ của Java.
• Biết định nghĩa lớp mới, sử dụng một lớp đã có của Java.
• Giải thích được cơ chế vào ra với Stream trong Java.
• Sử dụng thành thạo các phương thức của hai lớp InputStream và
OutputStream.
• Có thể nhập / xuất chuỗi trên một InputStream / OutputStream.
• Giải thích được cơ chế luồng (Thread).
• Cài đặt được các luồng trong Java.
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 14Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
1.1. Giới thiệu về ngôn ngữ Java
1.1.1. Lịch sử phát triển
Năm 1990, Sun MicroSystems thực hiện dự án Green nhằm phát triển phần mềm
trong các thiết bị dân dụng. James Gosling, chuyên gia lập trình đã tạo ra một ngôn ngữ
lập trình mới có tên là Oak. Ngôn ngữ này có cú pháp gần giống như C++ nhưng bỏ qua
các tính năng nguy hiểm của C++ như truy cập trực tiếp tài nguyên hệ thống, con trỏ, định
nghĩa chồng các tác tử…
Khi ngôn ngữ Oak trưởng thành, WWW cũng đang vào thời kỳ phát triển mạnh mẽ,
Sun cho rằng đây là một ngôn ngữ thích hợp cho Internet. Năm 1995, Oak đổi tên thành
Java và sau đó đến 1996 Java đã được xem như một chuẩn công nghiệp cho Internet.
1.1.2. Khả năng của ngôn ngữ Java
• Là một ngôn ngữ bậc cao như C, C++, Perl, SmallTalk,.. cho nên có thể được
dùng để tạo ra các ứng dụng để giải quyết các vấn đề về số, xử lý văn bản, tạo
ra trò chơi, và nhiều thứ khác.
• Có các môi trường lập trình đồ họa như Visual Java, Symantec Cafe,
Jbuilder, Jcreator, ...
• Có khả năng truy cập dữ liệu từ xa thông qua cầu nối JDBC (Java DataBase
Connectivity)
• Hỗ trợ các lớp hữu ích, tiện lợi trong lập trình các ứng dụng mạng (Socket)
cũng như truy xuất Web.
• Hỗ trợ lập trình phân tán (Remote Method Invocation ) cho phép một ứng
dụng có thể được xử lý phân tán trên các máy tính khác nhau.
• Và luôn được bổ sung các tính năng cao cấp khác trong các phiên bản sau.
1.1.2. Những đặc điểm của ngôn ngữ Java
• Ngôn ngữ hoàn toàn hướng đối tượng.
• Ngôn ngữ đa nền cho phép một chương trình có thể thực thi trên các hệ điều
hành khác nhau (MS Windows, UNIX, Linux) mà không phải biên dịch lại
chương trình. Phương châm của java là "Viết một lần , Chạy trên nhiều
nền" (Write Once, Run Anywhere).
• Ngôn ngữ đa luồng, cho phép trong một chương trình có thể có nhiều luồng
điều khiển được thực thi song song nhau, rất hữu ích cho các xử lý song song.
• Ngôn ngữ phân tán, cho phép các đối tượng của một ứng dụng được phân bố
và thực thi trên các máy tính khác nhau.
• Ngôn ngữ động, cho phép mã lệnh của một chương trình được tải từ một máy
tính về máy của người yêu cầu thực thi chương trình.
• Ngôn ngữ an toàn, tất cả các thao tác truy xuất vào các thiết bị vào ra đều thực
hiện trên máy ảo nhờ đó hạn chế các thao tác nguy hiểm cho máy tính thật.
• Ngôn ngữ đơn giản, dễ học, kiến trúc chương trình đơn giản, trong sáng.
1.1.3. Máy ảo Java (JMV - Java Virtual Machine)
Để đảm bảo tính đa nền, Java sử dụng cơ chế Máy ảo của Java. ByteCode đó là
ngôn ngữ máy của Máy ảo Java tương tự như các lệnh nhị phân của các máy tính thực.
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 15Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
Một chương trình sau khi được viết bằng ngôn ngữ Java (có phần mở rộng là .java) phải
được biên dịch thành tập tin thực thi được trên máy ảo Java (có phần mở rộng là .class).
Tập tin thực thi này chứa các chỉ thị dưới dạng mã Bytecode mà máy ảo Java hiểu được
phải làm gì.
Khi thực hiện một chương trình, máy ảo Java lần lượt thông dịch các chỉ thị dưới
dạng Bytecode thành các chỉ thị dạng nhị phân của máy tính thực và thực thi thực sự
chúng trên máy tính thực.
Máy ảo thực tế đó là một chương trình thông dịch. Vì thế các hệ điều hành khác
nhau sẽ có các máy ảo khác nhau. Để thực thi một ứng dụng của Java trên một hệ điều
hành cụ thể, cần phải cài đặt máy ảo tương ứng cho hệ điều hành đó.
1.1.4. Hai kiểu ứng dụng dưới ngôn ngữ java
Khi bắt đầu thiết kế một ứng dụng dưới ngôn ngữ Java, bạn phải chọn kiểu cho nó
là Application hay Applet.
• Applet: Là một chương trình ứng dụng được nhúng vào các trang web. Mã
của chương trình được tải về máy người dùng từ Web server khi người dùng
truy xuất đến trang web chứa nó.
• Application: Là một chương trình ứng dụng được thực thi trực tiếp trên các
máy ảo của Java.
1.1.5. Bộ phát triển ứng dụng Java (JDK- Java Development Kit)
JDK là một bộ công cụ cho phép người lập trình phát triển và triển khai các ứng
dụng bằng ngôn ngữ java được cung cấp miễn phí bởi công ty JavaSoft (hoặc Sun). Có các
bộ Jdk cho các hệ điều hành khác nhau. Các ấn bản của JDK không ngừng được phát
hành, các bạn có thể tải về từ địa chỉ http://java.sun.com hoặc http://www.javasoft.com
Bộ công cụ này gồm các chương trình thực thi đáng chú ý sau:
• javac: Chương trình biên dịch các chương trình nguồn viết bằng ngôn ngữ
java ra các tập tin thực thi được trên máy ảo Java.
• java: Đây là chương trình làm máy ảo của Java, thông dịch mã Bytecode của
các chương trình kiểu application thành mã thực thi của máy thực.
• appletviewer: Bộ thông dịch, thực thi các chương trình kiểu applet.
• javadoc: Tạo tài liệu về chú thích chương trình nguồn một cách tự động.
• jdb: Trình gở rối.
• rmic: Tạo Stub cho ứng dụng kiểu RMI.
• rmiregistry: Phục vụ danh bạ (Name Server) trong hệ thống RMI
1.1.6. Kiểu dữ liệu cơ bản dưới Java
• Kiểu số
Tên kiểu Kích thước
byte 1 byte
short 2 bytes
int 4 bytes
long 8 bytes
float 4 bytes
double 8 bytes
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 16Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
• Kiểu ký tự char
Java dùng 2 bytes cho kiểu ký tự, theo chuẩn mã UNICODE ( 127 ký tự đầu
tương thích với mã ASCII). Do đó, ta sử dụng tương tự như bảng mã ASCII.
• Kiểu chuỗi ký tự String
Thực chất đây là một lớp nằm trong thư viện chuẩn của Java (Core API),
java.lang.String
• Kiểu luận lý boolean
Nhận 2 giá trị là : true và false.
• Kiểu mảng
o Khai báo:
int[] a ; float[] yt; String[] names;
hoặc: int a[]; float yt[]; String names[];int maTran[][]; float
bangDiem[][];
o Khởi tạo:
a = new int[3]; yt = new float[10]; names = new String[50];
maTran = int[10][10];
o Sử dụng mảng:
int i = a[0]; float f = yt[9]; String str = names[20]; int x =
matran [2][5];
1.1.7. Các phép toán cơ bản
Các phép toán trong Java cũng tương tự như trong C++.
• Phép toán số học: +, - , *, / , % , =,++ , -- , += , - = , *= , /= , %=
• Phép toán logic ==, !=, && , ||, ! ,> , < , >= , <=
• Phép toán trên bit : & , | , ^ , << , >> , ~
• Phép toán điều kiện : ? :
• Cách chuyển đổi kiểu: (Kiểu Mới)
1.1.8. Qui cách đặt tên trong Java
Tên hằng, tên biến, tên lớp, tên phương thức , ... được đặt tên theo qui tắc bắt buộc
sau:
• Tên phân biệt giữa chữ hoa và chữ thường.
• Dùng các chữ cái, ký tự số, ký tự _ và $.
• Không bắt đầu bằng ký tự số.
• Không có khoảng trắng trong tên.
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 17Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
Để chương trình nguồn dễ đọc, dễ theo dõi người ta còn sử dụng quy ước đặt tên sau
(không bắt buộc):
• Tên lớp:
o Các ký tự đầu tiên của một từ được viết hoa,
o Các ký tự còn lại viết thường.
o Ví dụ: lớp Nguoi, SinhVien, MonHoc, String, InputStream,
OutputStream. . .
• Tên biến, tên hằng, tên phương thức:
o Từ đầu tiên viết thường.
o Ký tự đầu tiên của từ thứ hai trở đi được viết hoa.
Ví dụ: ten, ngaySinh, diaChi, inTen(), inDiaChi(), getInputStream(), . .
.
• Vị trí đặt dấu { và } để bắt đầu và kết thúc các khối như sau:
if (condition) {
command1;
command1;
} else {
command3;
command4;
}
1.2. Chương trình ứng dụng kiểu Application
Java là một ngôn ngữ thuần đối tượng (pure object). Tất cả các thành phần được
khai báo như hằng, biến, hàm thủ tục đều phải nằm trong phạm vi của một lớp nào đó.
Một ứng dụng trong Java là một tập hợp các lớp liên quan nhau, bao gồm các lớp trong thư
viện do Java cung cấp và các lớp được định nghĩa bởi người lập trình. Trong một ứng dụng
chỉ có một Lớp thực thi được. Đây là lớp đầu tiên được xem xét đến khi chúng ta thực thi
ứng dụng.
Lớp thực thi được này có các đặc điểm sau:
• Có tên lớp trùng với tên tập tin chứa nó.
• Phải khai báo phạm vi là public
• Có chứa phương thức:
public static void main (String args[]){
. . .
}
là phương thức được thực thi đầu tiên.
• Nếu nhiều lớp được định nghĩa trong một tập tin, chỉ có một lớp được khai
báo public.
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 18Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
1.2.1. Chương trình HelloWorld
Trong ví dụ này, chúng ta viết một chương trình ứng dụng in ra màn hình dòng chữ
"Hello World !". Đây là ứng dụng đơn giản chỉ có một lớp thực thi được tên là
HelloWorld. Lớp này được khai báo là public, có phương thức main(), chứa trong tập tin
cùng tên là HelloWorld.java (phần mở rộng bắt buộc phải là .java).
Phương thức System.out.print() sẽ in tất cả các tham số trong dấu () của nó ra màn
hình.
Ta có thể dùng bất kỳ chương trình soạn thảo văn bản nào để biên soạn chương
trình. Nhưng nhớ phải ghi lại với phần mở rộng là .java.
1.2.3. Biên soạn chương trình bằng phần mềm Notepad của Ms Windows
Notepad là trình soạn thảo đơn giản có sẵn trong MS Windows mà ta có thể dùng
để biên soạn chương trình HelloWorld. Hãy thực hiện các bước sau:
• Chạy chương trình Notepad:
o Chọn menu Start \ Programs \ Accessories \ Notepad
• Nhập nội dung sau vào Notepad
public class HelloWorld {
public static void main(String args[]) {
System.out.print("Hello World!
");
}
}
• Save tập tin với tên HelloWorld.java
o Chọn menu File \ Save
o Tại cửa sổ Save As hãy nhập vào:
Save in: Thư mục nơi sẽ lưu tập tin
File Name: HelloWorld.java
Save as type: All Files
Nhấp vào nút Save
Biên Soạn: Ngô Bá Hùng - Nguyễn Công Huy 19Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Cần Thơ - Giáo Trình Lập Trình Truyền Thông
1.2.4. Cài đặt bộ phát triển ứng dụng JDK
• Chuẩn bị bộ nguồn cài đặt JDK phù hợp với hệ điều hành sử dụng (Giả sử
Windows 2000)
• Chạy tập tin Setup.exe
• Chọn nơi cài đặt, giả sử D:\jdk1.4
• Đặt biến môi trường
o PATH = D:\jdk1.4\bin; để có thể thực thi các chương trình này từ bất
kỳ thư mục hiện hành nào.
o CLASSPATH = D:\jdk1.4\lib;.; chỉ đến các lớp thư viện của Java trong
thư mục D:\jdk1.4\lib và các lớp tại thư mục hiện hành, thể hiện bằng
dấu chấm( . ).
1.2.5. Biên dịch và thực thi chương trình
• Mở cửa sổ MS-DOS: Chọn menu Start \ Programs \ Accessories \ Command
Prompt.
• Chuyển vào thư mục chứa tập tin HelloWorld.java
• Dùng chương trình javac để biên dịch tập tin HelloWorld.java
javac HelloWorld.java
o Nếu có lỗi, trên màn hình sẽ xuất hiện thông báo lỗi với dấu ^ chỉ vị trí
lỗi.
o Nếu không có lỗi, tập tin thực thi HelloWorld.class được tạo ra.
• Thực thi chương trình HelloWorld.class
java HelloWorld
Trên màn hình sẽ xuất hiện dòng chữ Hello World!
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro