That's the slides for our C# Workshop at Darmstadt University of Technology, powered by Microsoft Student Partners.

1. Netzwerke, Sockets und Server
C# Workshop, TU Darmstadt 2008,
Präsentation von Qiong Wu (Microsoft Student Partner)

2.  Kommunikation zwischen Applikationen
 Bereitstellen von Services
 Server Applikationen
 Client Applikationen
 Anbindung an das Internet

3.  Kommunikationsnetze sind das A und O
heutiger Computerapplikationen
 Ohne Kommunikationsnetze wäre IT
heutzutage nicht IT

4. Ethernet Token Ring
IPv6
RTSP UDP TCP PPP
IPv4
RSVP FTP RIP
Telnet IPX SCTP
HTTP
SMTP
DNS IGMP
SIP RTP
POP
NTP
ICMP
SSH

5. • Schnittstelle von Anwendung zum
 Logische Aufteilung der Application Netzwerk
Netzwerkkommunikation • Darstellung von Daten,
Presentation Komprimierung & Verschlüsselung
in Layer
 7 Layer durch OSI Standard Session • Prozesskommunikation
definiert
Transport • Ende-zu-Ende Verbindung
 Relevant für .net
Programmierung Network • Paketvermittlung,
Wegeermittlung (Routing)
hauptsächlich Layer 3-7
• MAC & LLC, Physikalische
Data Link
 OSI Protokolle kaum Adressierung
verwendet Physical • Medium, Signal & Bitübertragung

6.  Auf Internetprotokolle • Austausch
Application anwendungsspezifischer Daten
zugeschnitten
 TCP/IP Protokolle
heute enorm wichtig Transport • Ende-zu-Ende Verbindung
• Paketvermittlung,
Internet Wegeermittlung (Routing) &
Adressierung (IP)
• Physikalische Adressierung,
Link Bitübertragung, Medium &
Signal

7.  De Facto Standards für • DNS, DHCP, HTTP,
Application
Internetkommunikatio FTP, IMAP, SMTP
n
 Nutzung durch Sockets Transport • TCP, UDP, SCTP
Internet • IP (IPv4, IPv6)
• Ethernet, Token Bus,
Link
Token Ring, FDDI

8.  Network Layer • DNS, DHCP, HTTP,
Application
 Wichtigstes Protokoll FTP, IMAP, SMTP
für heutige
Datenkommunikation
Transport • TCP, UDP, SCTP
 2 Standards
 IPv4
▪ Derzeit nahezu überall
ausgebaut Internet • IP (IPv4, IPv6)
 IPv6
▪ Noch nicht großflächig
produziert • Ethernet, Token Bus,
Link
▪ Größerer Adressraum Token Ring, FDDI

9.  Transport Layer • DNS, DHCP, HTTP,
Application
 Nutzt IP als FTP, IMAP, SMTP
Netzwerkprotokoll
 zuverlässiges, Verbindu Transport • TCP, UDP, SCTP
ngs- und Stream-
orientiertes Punkt-zu-
Punkt-Protokoll Internet • IP (IPv4, IPv6)
 Daten erreichen das
Ziel sicher • Ethernet, Token Bus,
Link
Token Ring, FDDI

10.  Transport Layer • DNS, DHCP, HTTP, FT
Application
 Nutzt IP als P, IMAP, SMTP
Netzwerkprotokoll
 unzuverlässiges Punkt- Transport • TCP, UDP, SCTP
zu-Punkt-Protokoll
 Schneller als TCP,
weniger Overhead Internet • IP (IPv4, IPv6)
• Ethernet, Token Bus,
Link
Token Ring, FDDI

11.  Identifizieren eine IP Maschine
 Adressen können je nach IP Version in zwei
Versionen auftreten
 IPv4 Adressen 0.0.0.0-255.255.255.255
 IPv6 Adressen 3FFE:FFFF:7654:FEDA
 Namensverwaltung erforderlich um
umständliche Adressen „nachzuschlagen“ ->
Domain Name System
 Beispiel: www.microsoft.com-> 207.46.192.254

12.  Bereitstellung Well- Dynamic /
Registered
mehrerer Services auf Known Private
Ports
Ports Ports
einem Hosts
 Adressierung von
Protokollen der
Anwendungsschicht
1024- 49152-
 Getrennte TCP und 0-1023
49151 65535
UDP Ports

13.  Schnittstelle zur Netzwerkkommunikation
 Berkeley Sockets / Microsoft Winsock
 Verschiedene Sockettypen
 Raw Sockets
 Datagram Sockets
 Stream Sockets

14. Computer 1 Computer 1
Anwendung Anwendung
Application Layer (TCP/IP Layer 4) Application Layer (TCP/IP Layer 4)
HTTPWebRe HTTPWebRe
quest, Application Layer (OSI Layer 7) Application Layer (OSI Layer 7) quest,
FTPWebReq Presentation Layer (OSI Layer 6) Presentation Layer (OSI Layer 6) FTPWebReq
uest, etc. uest, etc.
Session Layer (OSI Layer 5) Session Layer (OSI Layer 5)
UDP Socket Transport Layer (TCP/IP Layer 3) Transport Layer (TCP/IP Layer 3) UDP Socket
TCP Socket Transport Layer (OSI Layer 4) Transport Layer (OSI Layer 4)
TCP Socket
Raw Socket Internet Layer (TCP/IP Layer 2) Internet Layer (TCP/IP Layer 2) Raw Socket
Network Layer (OSI Layer 3) Network Layer (OSI Layer 3)
NDIS Network Access Layer (TCP/IP Network Access Layer (TCP/IP NDIS
Layer 1) Layer 1)
Data Link Layer (OSI Layer 2) Data Link Layer (OSI Layer 2)
Physical Layer (OSI Layer 1) Physical Layer (OSI Layer 1)
LAN / MAN / WAN

15.  Raw Sockets
 Zugriff auf Protokolle der Netzwerkschicht (Layer 3)
 Beispiel: IP
 Datagram Sockets
 Verschicken Daten paketweise
 Beispiel: UDP
 Stream Sockets
 Zugriff auf Datenstrom
 Beispiel: TCP

16.  Socket selber arbeitet zwar auf dem
jeweiligen Layer, Applikation kann aber nur
auf Daten des um eins höheren Layers
zugreifen
 Um Informationen des Socketlayers zu
erhalten ist der Zugriff auf die
Socketeigenschaften notwendig

17.  System.Net
 Bietet Schnittstellen für einfache
Netzwerkkommunikation auf Applikationsebene
 DNS
 WebClient
 IPAddress, IPEndpoint
 System.Net.Sockets
 Bietet Schnittstellen für einfachen Zugriff auf
Windows Sockets
 Socket Object
 TCPClient, TCPListener, UDPClient

18.  IP Adresse repräsentiert durch IPAddress
Objekt
 Konvertieren von Strings in IPAddress mit
IPAddress.Parse()
 IPEndPoint beinhaltet IPAddress und
Portnummer um eindeutigen Endpunkt zu
identifizieren
 Dns.GetHostEntry() um Hostnamen
zugeordnete IP Adresse zu finden

19. String to IP Conversion
Adressen ermitteln
IPAddress ExampleAddress = IPAddress.Parse(quot;192.168.1.1quot;);
foreach (IPAddress HostIPAddress in Dns.GetHostEntry(quot;www.microsoft.comquot;).AddressList)
{
Console.WriteLine(HostIPAddress.ToString());
}

20.  Konstruktor erfordert 3 Parameter
 AddressFamily – spezifiert das
Adressierungsschema, z.B. IPv4 oder IPv6
 SocketType – Typ des Sockets, z.B. Datagram,
Stream, oder Raw
 ProtocolType – Protokolltyp, TCP, UDP, IP

21.  Vorteil
 Hohe Anpassung möglich
 Raw Sockets möglich
 Nachteil
 Keine einfache Handhabung
 Normalerweise ist direktes Arbeiten mit
Sockets nicht erforderlich

23.  Client
 Fordert einen Service an
 Muss die Adresse des
Servers kennen (z.B. IP
Adresse + Port)
 Fordert mit Request an
 Server
 Stellt einen Service
bereit
 Antwortet mit Response

24.  Client und Server nicht
getrennt
 Peers können Dienste
sowohl anfordern als
auch bereitstellen

25.  Ziel: Kommunikation zwischen Client und
Server Applikation
 Implementierung mit TCP
 Server lauscht über Sockets auf einem
dedizierten Port
 Client sendet Nachricht an den Server
 Server antwortet mit Hallo
 Wichtig! Termination Message

26.  Möglichst einfacher Server
 Nur ein Client gleichzeitig verbunden
 Ein Socket für Clientannahme bindet einen
Port mit Socket.Bind() und lauscht dann auf
Port & Adresse mit Socket.Listen()
 Erstellt Socket für Clientkommunikation mit
Socket.Accept()
 Socket für Clientkommunikation empfängt
Daten mit Socket.Receive()

27. Socketparameter
Socket Objekt erstellen übermitteln
Socket listener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
listener.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, PORT));
listener.Listen(0); Auf Port lauschen Port an Socket binden
Console.WriteLine(quot;Waiting for incoming V4 connections on quot; + PORT);
Socket socket = listener.Accept(); Neuer Socket aus angenommener
listener.Close(); Verbindungsanfrage
byte[] b = new byte[100]; Empfangspuffer
int len;
while ((len = socket.Receive(b)) != 0) Bytes empfangen
{
System.Console.WriteLine(quot;RXv4: Received Packet with length: quot; + len);
Console.WriteLine(quot;Package Content Begin--->quot;);
Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(b).Trim());
Console.WriteLine(quot;<---Package Content Endquot;);
b = new byte[100];
} Bytes senden
socket.Send(b);
socket.Close(); Verbindung beenden

28.  Verbinden mit Socket.Connect()
 IP Adresse und Port übergeben
 IP Parsen mit IPAdress.Parse()
 (optional) Dns Auflösung mit DNS.GetHostEntry()
 Daten kodieren mit Encoding.GetBytes()
 Konvertierung von Plain Text in Bytes erforderlich
 Daten senden mit Socket.Send()
 Erwartet zu sendendes Bytearray
 (optional) SocketFlags
 Gibt Anzahl gesendeter Bytes zurück

29. IP Adresse definieren IP Endpunkt aus IP Adresse + Port
definieren
IPAddress ipav4 = IPAddress.Parse(IPv4_ADDR);
IPEndPoint ipehv4 = new IPEndPoint(ipav4, PORT);
Socket connectionv4 = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
try Verbindung zu Endpunkt
{
connectionv4.Connect(ipehv4); herstellen
byte[] b = Encoding.ASCII.GetBytes(String.Format(quot;This is a message.quot;));
Console.WriteLine(quot;TXv4: Sending Packet with length: quot; + b.Length.ToString());
Console.WriteLine(quot;Package Content Begin--->quot;);
Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(b).Trim()); Verbindung zu Endpunkt
Console.WriteLine(quot;<---Package Content Endquot;);
connectionv4.Send(b, SocketFlags.None); herstellen
b = new byte[1];
connectionv4.Send(b, SocketFlags.None);
}
catch
{ Terminierungsnachricht
} Verbindung beenden senden
finally
{
connectionv4.Close();
}

30.  Praktische Werkzeuge für Diagnose &
Netzwerkdebugging
 Leider unter Vista stark eingeschränkt
 In Produktionsumgebungen kaum einsetzbar
 Möglich Unabhängig von TCP/UDP direkt IP
Pakete zu manipulieren
 Ggf. Notwendig um Protokolle wie ICMP,
IGMP, etc. zu implementieren

31.  Vereinfachen den
TCPClient TCPListener UDPClient
Umgang mit Sockets
 Liefern einfache
Socket
Schnittstelle zur
Kommunikation mit WinSock API
TCP & UDP
 Verwenden
automatisch Sockets

32.  Stellt Routinen für das Herstellen von TCP
Verbindungen bereit
 Verbindungsaufbau mit TCPClient.Connect()
 NetworkStream Objekt mit
TCPClient.GetStream()
 Senden von Paketen mit
NetworkStream.Write()
 Empfang von Paketen mit
NetworkStream.Read()

33. TcpClient tcpClient = null; TCPClient Objekt deklarieren
try
{ Ziel-Endpunkt übergeben
tcpClient = new TcpClient(Host, RemotePort);
NetworkStream netStream = tcpClient.GetStream();
Byte[] sendBytes = new Byte[1500];
sendBytes[0] = 0x31; Netzwerk Stream erstellen
netStream.Write(sendBytes, 0, sendBytes.Length);
Bytes
senden Byte[] receiveBytes = new Byte[1500];
netStream.Read(receiveBytes, 0, receiveBytes.Length);
Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(receiveBytes));
}
catch
Bytes
{ empfangen
}
finally
{
tcpClient.Close();
}

34.  Lauscht auf eingehende TCP Verbindungen
 Gegenstück zum TCPClient
 Kann TCPClient Accepten, aber auch Socket
 Funktionsweise wie Server Socket

35. TcpListener tcpListener = null; TCPListener + ClientObjekt
TcpClient tcpClient = null; deklarieren
try
{
tcpListener = new TcpListener(IPAddress.Any, 80);
tcpListener.Start(0); Zu lauschende
tcpClient = tcpListener.AcceptTcpClient(); Adresse + Port
Client NetworkStream netStream = tcpClient.GetStream();
annehmen Netzwerk Stream erstellen
Byte[] sendBytes = new Byte[1500];
sendBytes[0] = 0x31;
netStream.Write(sendBytes, 0, sendBytes.Length);
IPEndPoint RemoteIpEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
Byte[] receiveBytes = new Byte[1500];
netStream.Read(receiveBytes, 0, receiveBytes.Length);
Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(receiveBytes));
}
finally
{
tcpClient.Close();
tcpListener.Stop();
}

36.  Keine Verbindung vor Senden von Daten
erforderlich
 Kein Listener erforderlich
 Einfacher Zugriff auf UDP Paketroutinen
 Senden von Daten mit UDPClient.Send()
 Empfang von Daten mit UDPClient.Receive()

37. UDPClient Objekt deklarieren
UdpClient udpClient = new UdpClient(LocalPort);
try (optional) Host und Port
{
festlegen
udpClient.Connect(Host, RemotePort);
Byte[] sendBytes = new Byte[13];
sendBytes[0] = 0x31;
udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
Bytes IPEndPoint RemoteIpEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
Byte[] receiveBytes = udpClient.Receive(ref RemoteIpEndPoint);
senden Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(receiveBytes));
}
catch
{
}
finally
Bytes
{ empfangen
udpClient.Close();
}

38.  Stellt Routinen für den Abruf von URIs
(Uniform Resource Identifier) bereit
 Unterstützung von http:, https:, ftp:, file:
 Verwendet
 HttpWebRequest
 HttpWebResponse
 FtpWebRequest
 FtpWebResponse

39. WebClient Objekt deklarieren
WebClient client = new WebClient(); WebClient Optionen ändern
client.Headers.Add(quot;user-agentquot;,
quot;Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.2; .NET CLR 1.0.3705;)quot;);
client.DownloadFile(quot;http://localhost/IE_T.pngquot;, quot;IE.pngquot;); Datei laden
Stream data = client.OpenRead(quot;http://localhost/index.htmlquot;);
StreamReader reader = new StreamReader(data);
string s = reader.ReadToEnd();
Console.WriteLine(s);
data.Close();
reader.Close();
Stream
extrahieren

40.  Ping Klasse im
System.Net.NetworkInformation
NameSpace
 PingOptions erlaubt setzen von Ping
Optionen wie DontFragment, TTL, etc.
 Ping.Send() gibt PingReplay Objekt zurück
das ausgewertet werden kann

41. Ping Objekt deklarieren
Ping myPing = new Ping(); Byte Buffer
byte[] buffer = new byte[buffersize];
int timeout = 1000;
PingOptions pingOptions = new PingOptions();
Ping Optionen
PingReply reply = myPing.Send(host, timeout, buffer, pingOptions);
Ping Senden
if (reply.Status == IPStatus.Success)
{
return (quot;Antwort in quot; + reply.RoundtripTime.ToString()
+ quot;ms erhalten Bytes=quot; + reply.Buffer.Length.ToString());
}
else if (reply.Status == IPStatus.TimedOut)
{
return (quot;Timeoutquot;); Status Checken
}
else
{
return reply.Status.ToString();
}

42.  System.Net.Mail NameSpace enthält Klassen
 SmtpClient
 Versendet
▪ MailMessage mit
▪ MailAddress
▪ Subject
▪ Body
▪ MailAttachment
 Benötigt ggf.
▪ NetworkCredentials

43. Email Adressen definieren
MailAddress from = new MailAddress(quot;qiong.wu@studentpartners.dequot;, quot;Qiong Wuquot;);
MailAddress to = new MailAddress(quot;roman.brehm@studentpartners.dequot;, quot;Roman Brehmquot;);
MailMessage message = new MailMessage(from, to); Nachricht erstellen
message.Subject = quot;FYI: Hot Topicquot;;
message.Body = quot;Hi Roman, this is Qiongquot;;
message.Attachments.Add(new Attachment(quot;test.htmlquot;));
SmtpClient emailClient = new SmtpClient(quot;smtp.example.comquot;, 587);
System.Net.NetworkCredential SMTPUserInfo =
new System.Net.NetworkCredential(quot;Userquot;, quot;Passwordquot;); SMTP Server festlegen
emailClient.Credentials = SMTPUserInfo;
emailClient.Send(message);
Console.WriteLine(quot;Message Sentquot;); Zugangsdaten zuweisen
Email senden

44.  Netzwerkoperationen können oft lange dauern
 Oft blockieren Netzwerkoperationen ein
Programm für relativ lange Zeit
 Lösungen:
 Asynchrone Methoden wie
▪ BeginRead
▪ EndRead
▪ BeginConnect
▪ EndConnect
 Multithreaded Server / Clients

45.  Server erstellt für jeden Client der mit
Socket.Accept() angenommen wird einen
eigenen Thread
 Verhindert Blockieren
 Erlaubt parallele Abfertigung von Clients ->
bessere Skalierbarkeit, mehr Performance,
weniger Lag

46.  Im letzten Kapitel lernten wir etwas über
Threads…

47. Main Thread Client Handler Thread
Listener Socket Kommunikation mit
Erstellen Client
Auf Listener Socket
lauschen ClientSocket schließen
Bei Clientannahme
ClientSocket erstellen
Thread erstellen

48. Socket listener = null;
try
{
listener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
listener.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, PORT));
listener.Listen(10);
Console.WriteLine(quot;[ServerThread]: Waiting for incoming V4 connections on quot; + PORT);
while (true)
{
Socket socket = listener.Accept();
Console.WriteLine(quot;[ServerThread]: Client connectedquot;);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(AcceptClient), socket);
}
}
catch
{
}
finally
{
listener.Close();
}

49. static void AcceptClient(object ClientSocket)
{
Socket Client = null;
try
{
Client = (Socket)ClientSocket;
byte[] b = new byte[100];
int len;
while ((len = Client.Receive(b)) != 0)
{
System.Console.WriteLine(quot;[ClientThread]: Received Packet with length: quot; + len);
Console.WriteLine(quot;[ClientThread]: Package Content Begin--->quot;);
Console.WriteLine(quot;[ClientThread]: quot; + Encoding.ASCII.GetString(b).Trim());
Console.WriteLine(quot;[ClientThread]: <---Package Content Endquot;);
b = new byte[100];
}
Client.Send(b);
}
catch
{
}
finally
{
Client.Close();
}
}

50.  Oft ist es wichtig Protokolle zu
implementieren, z.B. HTTP, Instant
Messenger, etc.
 Funktionsweise ist bei Standards oft in
Dokumenten hinterlegt z.B. RFCs (Request
for Comments)
 Für proprietäre und nicht dokumentierte
Protokolle wird oft Reverse Engineering
verwendet

51.  Dokumente zum Internet
 Beinhalten technische Spezifikationen zu
Bestandteilen des Internets
 Genaue Funktionsweise von Protokollen wie
IP, UDP, TCP, etc. in RFCs Dokumentiert
 Durchnummeriert, z.B.:
 RFC 1945 HTTP1.0
 RFC 768 UDP
 RFC 791 IP
 Zu finden unter http://www.rfc-editor.org/

52.  Netzwerksniffer
Wireshark, früher
Ethereal
 Analysiert
Netzwerkverkehr
 Schlüsselt die meisten
Protokolle auf
 Sehr nützlich für
Reverse Engineering /
Debugging

56.  Normalerweise sind Kommunikationsstandards
bekannt
 Oft ist für die Nachprogrammierung eines
Clients/Servers allerdings Kenntnis über das
Netzwerkprotokoll notwendig
 Wenn dieses nicht dokumentiert ist kann man Reverse
Engineering betreiben
 Bedeutet
 Kommunikation zwischen Originalserver & Client
mitschneiden
 Mitschnitt analysieren
 Client/Server programmieren sodass Anfragen/Antworten
dem originalen Server entsprechen

57.  Bisher: Programm muss sich um die
Kommunikation selber kümmern und
übertragene Payloads auswerten
 Mit WCF: Serviceorientierte Architektur
 Zugriff auf Methoden von Remoteclient aus
möglich