ITKP104 Tietoverkot - Ohjelmointityö (1 op)

Ohje Keväälle 2015

Yleisiä ohjeita

Työkaluja

Videot on siirretty TIM-järjestelmään.

https://tim.jyu.fi/view/kurssit/tie/itkp104/materiaalia/videosivu

Tehtävien alle linkitetyt videot ei enää toimi.

~~Apuja tehtävien tekoon löytyy ohjevideoista, jotka löytyvät tehtävien alta tai voit katsoa kaikki ohjevideot yhdellä sivulla.~~ Ohjevideot on tehty kevään 2014 kurssille, mutta soveltuvat myös uudemmille kursseille. Ohjevideot on tehty C#-ohjelmointikielellä Windows ympäristössä.

Verkko-ohjelmointia pythonilla tai muita lähteitä eri ohjelmointikielille voi käyttää vapaasti apuna.

Tehtävät

Palautusajat ovat maanantaisin klo 8:00 mennessä.

Harjoitus 1 - HTTP asiakas, TCP palvelin ja TCP asiakas

Tavoitteena harjoitella ensin tutun protokollan (HTTP) avulla TCP soketin käyttöä. Melkein valmis esimerkki Python sekä Java ohjelmointikielillä. Ohjeet C# versioon löydät ohjevideoilta. Sen jälkeen tehdään itse TCP kaiku-palvelin ja kaiku-asiakas.

Palautus 30.3.2015 (viikko 14) Toteuta yksinkertainen HTTP asiakas, joka hakee Työkaluista löytyvältä testipalvelimelta oletus HTML sivun ja tulostaa sen näyttöön (konsoliin). Eli HTTP protokollan viestejä ja otsikkokenttiä ei tulosteta.Vaihtoehtoisesti voit testipalvelimen sivun sijaan käyttää esim. itse toteuttamaasi Internetissä sijaitsevaa www-sivua.. Jos HTML sivulla on javascriptiä tai css, ne saa tulostaa näyttöön.
Palautus 30.3.2015 (viikko 14) (a) Toteuta TCP palvelin joka kaiuttaa asiakkaan lähettämän tekstin takaisin, sillä muutoksella että palvelin lisää tekstin eteen nimen (laita oma nimesi) joka on erotettu ; -merkillä kaiutettavasta tekstistä. Vinkeissä muutama esimerkki. (b) Toteuta myös TCP asiakas joka lähettää yhden teksti string:in palvelimelle ja joka vastaanottaa palvelimen kaiuttaman viestin sekä osaa erottaa nimen ja tekstin toisistaan ja tulostaa ne erillisenä näyttöön.

Ohjevideot Näytä video Vinkkejä tehtäviin

- C#:ssa löytyy myös apuluokat TcpClient, TcpListener ja UdpClient, jotka helpottavat
	sokettien käyttöä, myös niitä voi käyttää. Huom: UDPClient luokan Connect() metodi
	ei luo yhteyttä, vaan kiinittää sokettiin IP:n ja porttinumeron jota UDP soketti tulee sen jälkeen käyttämään
	(eli ei tarvitse lähettäessä aina määrittää vastaanottajaa erikseen). Tämä järkevää jos soketilla keskustellaan 
	vain yhden kohteen kanssa (ei siis ole järkevää käyttää palvelimella).

- Palvelimen lähettämästä HTTP viestistä pitää siis selvittää HTML sivu, joka löytyy kahden rivinvaihdon (tyhjän rivin) jälkeen, C#:ssa esim.

Console.Write(rec_string.Substring(rec_string.IndexOf("\r\n\r\n")));

- Huom: aina pitää varmistua että luet kaiken mitä toinen osapuoli on lähettänyt, eli Syksyn 2012 luennon esimerkkikoodi ei toimi jos palvelin lähettääkin viestin useammassa kuin yhdessä segmentissä. Ratkaisuna on sovelluskerroksen protokollalla määrittää ja selvittää lähetetty datan määrä (esim. HTTP:n Content-Length: otsikko, tai SMTP:ssä rivinvaihto). Jos ei ole tietoa datan määrästä niin luetaan sokettia niin kauan kunnes toinen osapuoli sulkee sen (esim. HTTP palvelin pitää persistent muodossa soketin auki noin minuutin tai pari ja siitä tulee viivettä)

- Tai sitten voidaan sanoa palvelimelle että sulje yhteys, kun sivu on lähetetty, esim. lähettämällä Connection: Close otsikon

"GET / HTTP/1.1\r\nHost: localhost\r\nConnection: Close\r\n\r\n"

String rec_string = "";
Boolean on = true;
while (on)
{
    try
    {
        byte[] rec = new byte[1024];
        int bytes_received = sock.Receive(rec);
        Console.Write("Bytes received: " + bytes_received + Environment.NewLine);
        if (bytes_received > 0)
        {
            rec_string = rec_string + Encoding.ASCII.GetString(rec, 0, bytes_received);
        }
        else break; // vastaanotettiin 0 tavua, tarkoittaa sitä että soketti on suljettu
    }
    catch 
    {
        Console.WriteLine("Virhe...");
        Console.ReadKey();
        return;
    }
}
Console.Write(rec_string.Substring(rec_string.IndexOf("\r\n\r\n")));

Harjoitus 2 - SMTP asiakas

Vähän monimutkaisempi protokolla, useampia viestejä, tutkitaan tarkemmin palvelimen vastauksia. Testaus Työkaluista löytyvän SMTP testipalvelimen kanssa.

Palautus 13.4.2015 (viikko 16) Toteuta yksinkertainen SMTP asiakas, joka osaa kommunikoida SMTP palvelimen kanssa HELO ja QUIT komennoilla (siis osaa myös tulkita vastaukset)
Palautus 13.4.2015 (viikko 16) Lisää yksinkertaiseen SMTP asiakaaseen MAIL FROM, RCPT TO sekä DATA komentojen toteutus ja SMTP palvelimen vastausten tulkinta. Tehtävät saa palauttaa samassa tiedostossa.

Ohjevideot Näytä video Vinkkejä tehtäviin

Palvelimen tilakone SMTPServer.svg. Yksinkertaistettu switch-case rakenne SMTP palvelimen tilakoneesta Javalla (menee vastaavasti C#:lla), josta voi myös katsoa mallia asiakasta toteuttaessa

while(on) {
  viesti = Vastaanota();

switch (TILA) {
    case "HELO":
      if (viesti.startsWith("HELO")) {
        Laheta(outToClient, "250 ITKP104 Postipalvelin HELO " + this.asiakas.getInetAddress().getHostName() + "[" + this.asiakas.getInetAddress().getHostAddress() + "]" + ", good to see you! \r\n");
        TILA="MAIL";
      }
      else if (viesti.startsWith("QUIT")) {
        Laheta(outToClient, "221 2.0.0 ITKP104 Postipalvelin sulkeepi yhteyden...\r\n");
        on = false;
        TILA = "CLOSED";
      }
      break;
    case "MAIL":
      if (viesti.startsWith("MAIL FROM:")) {
        palat = viesti.split(":"); 
        Laheta(outToClient, "250 2.1.0 Sender... " + palat[1] +  " you are ok\r\n");
        TILA="RCPT";
      }
      else if (viesti.startsWith("QUIT")) {
        Laheta(outToClient, "221 2.0.0 ITKP104 Postipalvelin sulkeepi yhteyden...\r\n");
        on = false;
        TILA = "CLOSED";
      }
      else if (viesti.startsWith("RCPT TO:")) {
        Laheta(outToClient, "503 5.0.0 Need MAIL before RCPT\r\n");
      }
      else {
        Laheta(outToClient, "500 Syntax error, waiting for 'MAIL FROM:' ...\r\n");
      }
      break;
    case "RCPT":
      if (viesti.startsWith("RCPT TO:")) {
        palat = viesti.split(":");
        Laheta(outToClient, "250 2.1.5 Recipient... " + palat[1] +  " is ok!\r\n");
        TILA = "RCPT2";
      } 
      else if (viesti.startsWith("QUIT")) {
        Laheta(outToClient, "221 2.0.0 ITKP104 Postipalvelin sulkeepi yhteyden...\r\n");
        on = false;
        TILA = "CLOSED";
      }
      break;
    case "RCPT2":
      if (viesti.startsWith("RCPT TO:")) {
        palat = viesti.split(":");
        Laheta(outToClient, "250 2.1.5 Recipient... " + palat[1] +  " is ok!\r\n");
      } 
      else if (viesti.startsWith("DATA")) {
        Laheta(outToClient, "354 Enter mail, end with \".\" on a line by itself\r\n");
        TILA = "DATA";
      }
      else if (viesti.startsWith("QUIT")) {
        Laheta(outToClient, "221 2.0.0 ITKP104 Postipalvelin sulkeepi yhteyden...\r\n");
        on = false;
        TILA = "CLOSED";
      }
        break;
    case "DATA":
      response = "[sähköposti]\r\n" + viesti + "\r\n";
      do { 
        try {
          rivi = inFromClient.readLine();
          response += rivi + "\r\n";
        }
        catch (Exception ex) {
          System.out.println(ex.getMessage());
          break;
        }
      } while (!rivi.equals("."));
      Laheta(outToClient, "250 2.0.0 Message displayed on Server screen.\r\n");
      TILA = "MAIL";
      break;
    default:
      Laheta(outToClient, "500 Syntax error, try again...\r\n");
      break;
  } // switch
} // while

- Tehtävät voi palauttaa toteutettuna samaan tiedostoon.

- Testaa toimintaa Työkaluista löytyvällä testipalvelimella. Jos saat palvelimen tulostamaan sähköpostisi näyttöön ja käytät olemassaolevia sähköpostiosoitteita, sovelluksesi tulisi toimia myös oikean sähköpostipalvelimen kanssa.

- Tehtävässä ei saa käyttää C#:n System.Net.Mail:ia (tai muiden kielten vastaavia kirjastoja). Sillä saa toki helposti hoidettua SMTP protokollan toteutuksen (ja myös salatun yhteyden) mutta tehtävän tarkoitus on itse oppia kommunikoidaan SMTP protokollalla tulkiten palvelimen vastauksia. Tämä sen takia että myöhemmin peliprotokolla voidaan toteuttaa samalla periaatteella.

- SMTP:ssä palvelin lähettää ensimmäisen viestin (220 etc...), ei asiakas kuten yleensä (asiakas kuitenkin on se joka avaa TCP yhteyden).

- "else if" rakenteen voi korvata "switch-case" rakenteella esim C#:ssa ja jos on Java 7 tai uudempi. Vanhemmissa Java versioissa "switch-case" ehtona ei voi käyttää String tyyppistä muuttujaa.

- Nyt kun protokolla perustuu rivinvaihdolla erotettuihin tekstipohjaisiin komentoihin, niin voi käyttää esim. C#:ssa

NetworkStream ns = new NetworkStream(socket);

StreamReader sr = new StreamReader(ns);
    StreamWriter sw = new StreamWriter(ns);

lukijoita, joista löytyy ReadLine() ja WriteLine() metodit.

- Salauksen toteuttaminen C#:lla (niille jotka haluavat kokeilla) Eli Lukijat kiinnitetään sslstream:iin joka on kiinnitetty Networkstream:iin

NetworkStream ns = new NetworkStream(socket);
      SslStream sslStream = new SslStream(
                          ns,
                          false,
                          new RemoteCertificateValidationCallback(ValidateServerCertificate),
                          null
                          );
      try
      {
          sslStream.AuthenticateAsClient("");
      }
      catch (AuthenticationException ae)
      {
  //...
      }
  
      StreamReader sr = new StreamReader(sslStream);
      StreamWriter sw = new StreamWriter(sslStream);

Tämä tarvitsee aliohjelman (joka hyväksyy kaikki sertifikaatit riippumatta siitä onko niitä validioitu)

public static bool ValidateServerCertificate(
    object sender,
    X509Certificate certificate,
    X509Chain chain,
    SslPolicyErrors sslPolicyErrors)
  {
      // Accept all 
      return true;
  }

Ja lisäksi seuraavat

using System.Net.Security;
using System.Security.Authentication;
using System.Security.Cryptography.X509Certificates;

Harjoitus 3 - UDP Chat asiakas ja palvelin

Voit testata asiakkaasi Työkaluista löytyvän UDP chat palvelimen kanssa.

Palautus 20.4.2015 (viikko 17) Toteuta UDP palvelin joka kaiuttaa asiakkaan lähettämän tekstin kaikille asiakkaille jotka ovat palvelimelle paketin lähettäneet ennen ko. asiakasta. Viestin muoto on Lähettäjän nimi;teksti
Palautus 20.4.2015 (viikko 17) Toteuta asiakas joka osaa lähettää ainakin yhden viestin palvelimelle ja sitten vastaanottaa palvelimelta useampia viestejä, joista erottaa nimen ja tekstin toisistaan ja tulostaa ne erillisenä näyttöön. Esim: Ari: Moikka

Ohjevideot Näytä video Vinkkejä tehtäviin

Harjoitus 4 - Peliprotokollan asiakas

Toteuta peliprotokollaa käyttävä asiakas. Protokollan asiakkaan ja palvelimen käyttämät viestit ja kehysrakenne löytyvät alta. Voit halutessasi myös toteuttaa oman pelin tai tässä ohjeessa olevasta muokatun pelin tai protokollan. Pelin toiminnan kuvaus: Kyseessä on numeronarvaus peli, kun kaksi pelaajaa liittyy palvelimeen, niin palvelin arpoo satunnaisen numeron, jota pelaajat yrittävät omalla vuorollaan arvata. Protokollasta puuttuu esim. se että palvelin kertoo pelaajille miltä väliltä numero on arvottu (esimerkkipalvelimessa sen voi asettaa ja näkee graafisesta käyttöliittymästä). Katso myös palvelimen toteutusta asiakasta tehdessäsi ja varsinkin palvelimen vinkeistä löytyvää Esimerkkiä protokollan normaalista toiminnasta

Palautus 27.4.2015 (viikko 18) Asiakkaan tilakoneen JOIN tilan toteutus
Palautus 4.5.2015 (viikko 19) Asiakkaan tilakoneen GAME tilan toteutus

Ohjevideot Näytä video Protokollan kehysrakenne ja viestit Asiakkaan tilakone Vinkkejä tehtäviin

Harjoitus 5 - Peliprotokollan palvelin