การเขียนโปรแกรมเครือข่ายด้วยซ็อกเก็ต (Socket) ตอนที่ 7: โปรโตคอลทีซีพี (TCP) กับ ยูดีพี (UDP)

กลับมาอีกครั้งหลังจากหยุดไปนาน จากบทความที่ผ่านมาผมได้แนะนำการเขียนโปรแกรมเครือข่ายโดยใช้ซ็อกเก็ตซึ่งทำงานกับโปรโตคอลทีซีพี (TCP) แต่จริง ๆ แล้วโปรโตคอลบนระดับชั้นทรานสปอร์ต (transport layer) ยังมีโปรโตคอลอีกตัวหนึ่งคือยูดีพี (UDP) ซึ่งเราก็สามารถเขียนโปรแกรมซ็อกเก็ตที่ทำงานกับโปรโตคอลยูดีพีได้ด้วย แต่ก่อนจะไปเขียนโปรแกรมกันในบทความนี้จะขอพูดถึงความแตกต่างระหว่างโปรโตคอลทั้งสองตัวอย่างคร่าว ๆให้ฟังกันก่อนนะครับ

เริ่มจากโปรโตคอลทีซีพีก่อนแล้วกันนะครับ โปรโตคอลนี้เป็นโปรโตคอลที่เรียกว่าเป็นแบบต้องมีการเชื่อมต่อ (connection-oriented) นั่นคือก่อนที่โปรแกรมจะพูดคุยกันได้ โปรแกรมที่จะพูดคุยกันต้องสร้างการสื่อสารระหว่างกันให้ได้เสียก่อน เปรียบเหมือนการพูดคุยกันผ่านทางโทรศัพท์ ซึ่งต้องมีการโทรหากันให้ติดและอีกฝ่ายรับโทรศัพท์ก่อนจึงจะพูดคุยกันได้ อีกประการหนึ่งคือโปรโตคอลทีซีพีเป็นโปรโตคอลที่มีความน่าเชื่อถือในการสื่อสาร กล่าวโดยคร่าว ๆ คือมันจะช่วยดูแลให้การรับส่งข้อมูลระหว่างโปรแกรมที่กำลังติดต่อกันเป็นได้อย่างถูกต้อง ซึ่งรายละเอียดว่ามันทำอย่างไรนั้นก็ขอให้ไปอ่านเพิ่มเติมเอานะครับในเรื่องการสื่อสารข้อมูลและระบบเครือข่าย 

ส่วนยูดีพีนั้นเป็นโปรโตคอลแบบที่ไม่ต้องมีการเชื่อมต่อก่อน (conectionless) คือก่อนที่โปรแกรมทั้งสองฝ่ายจะพูดคุยกันไม่จำเป็นต้องสร้างการเชื่อมต่อกันให้ได้ก่อนเหมือนกับที่ทีซีพีต้องทำ ถ้าจะเปรียบการสื่อสารประเภทนี้กับชีวิตประจำวันของเราก็คือการส่งจดหมายทางไปรษณีย์ครับ ถ้าคุณจะส่งจดหมายถึงเพื่อนคุณ คุณก็ลงมือเขียนได้เลยและเอาไปหยอดตู้ไปรษณีย์โดยคุณไม่ต้องติดต่อบอกเพื่อนคุณก่อนว่าคุณจะส่งจดหมายไปหา โปรโตคอลยูดีพีจัดเป็นโปรโตคอลที่ไม่น่าเชื่อถือเมื่อเทียบกับทีซีพี กล่าวคือมันไม่รับประกันความถูกต้องในการรับส่งข้อมูล อาจมีข้อมูลหายได้ในระหว่างการรับส่ง หรือแม้แต่ข้อมูลอาจถูกส่งมาในลำดับที่ไม่ถูกต้อง

ถ้าจะเปรียบเทียบให้เห็นขัดเจนก็ขอให้นึกถึงว่าการพูดคุยผ่านโทรศัพท์มีความน่าเชื่อถือกว่าการส่งจดหมาย เพราะมันรับประกันว่าผู้ที่พูดคุยกับเราจะได้รับข้อความจากเราแน่ หรือในกรณีที่เราได้ยินสิ่งที่เขาพูดไม่ชัดเราสามารถบอกให้เขาพูดใหม่ได้ แต่การส่งจดหมายมีโอกาสที่จดหมายจะส่งไปไม่ถึงผู้รีบ หรือผู้รับอาจเข้าใจผิดจากข้อความที่เราเขียนได้

พูดมาถึงตรงนี้หลายคนอาจบอกว่างั้นไม่ต้องสนใจไม่ต้องใช้ยูดีพีแล้วกัน มันจะมีไปทำไมเนี่ย คำตอบก็คือโปรโตคอลยูดีพีทำงานเร็วกว่าทีซีพีครับ เพราะมันไม่ต้องตรวจสอบอะไรมากมายเหมือนทีซีพี ดังนั้นยูดีพีจะเหมาะกับงานที่ไม่ต้องส่งข้อมูลมากนัก เพราะข้อมูลที่มีขนาดไม่ใหญ่โอกาสที่จะผิดพลาดก็มีน้อย หรือแม้แต่งานที่ต้องส่งข้อมูลขนาดใหญ่แต่ต้องการความรวดเร็วอย่างวีดีโอสตรีมมิง ก็ใช้โปรโตคอลยูดีพีนี้ในการรับส่งข้อมูลเช่นกัน เพราะมันต้องการความรวดเร็วซึ่งทีซีพีไม่สามารถทำได้ แต่เรื่องความน่าเชื่อถือนั้นจะมีการใช้โปรโตคอลตัวอื่นมาทำงานร่วมกับยูดีพี

โอเคครับ ถึงตรงนี้ก็คงเข้าใจความแตกต่างระหว่างทีซีพีและยูดีพีอย่างคร่าว กันแล้วนะครับ บทความต่อไปจะได้พูดถึงการเขียนโปรแกรมกันนะครับ 

การเขียนโปรแกรมเครือข่ายด้วย Socket ตอนที่ 6 : TCP Concurrent Server

จากโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ในตอนที่ 3 จัดเป็นเซิร์ฟเวอร์แบบ iterative นั่นคือให้บริการไคลเอนต์ได้ครั้งละหนึ่งตัว ถ้ามีมากกว่าหนึ่งตัวตัวที่เข้ามาทีหลังจะต้องเข้าคิวรอจนกว่าจะถึงคิวตัวเอง ซึ่งเซิร์ฟเวอร์แบบนี้ไม่เหมาะสมกับงานที่ไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์ต้องติดต่อกันเป็นเวลานาน ลองนึกภาพว่าถ้า Gmail ให้บริการแบบนี้ดูนะครับว่ามันจะเป็นยังไง ดังนั้นงานแบบนี้จะต้องเขียนเซิร์ฟเวอร์ที่ทำงานแบบพร้อมกัน (Concurrent) ครับ

ซึ่งการเขียนก็ไม่ได้ยากอะไร แนวคิดที่ผ่านมาในตอนต่าง ๆ ยังใช้ได้หมด แต่สิ่งที่เราจะเพิ่มเข้ามาคือเราจะนำเธรด (Thread) มาใช้ครับ หลักการก็คือหลังจากที่เซิร์ฟเวอร์รับการติดต่อจากไคลเอนต์เข้ามาแล้วแทนที่จะไปให้บริการไคลเอนต์เองเหมือนที่ผ่านมา ก็จะสร้างเธรด ขึ้นมาให้บริการไคลเอนต์แต่ละตัว ไปลองดูโค้ดกันครับ

1. //TCPConcurrentServer.java
2. import java.io.*; 
3. import java.net.*; 
4. import java.util.*;
5. public class TCPConcurrentServer { 
6.    public static void main(String argv[])  { 
7.       String clientSentence; 
8.       String capitalizedSentence; 
9.       ServerSocket welcomeSocket = null;
10.       try {
11.          welcomeSocket = new ServerSocket(6789);
12.       }
13.       catch (IOException e) {
14.          System.out.println("Cannot create a welcome socket");
15.          System.exit(1);
16.       }
17.       while(true) {
18.          try {  
19.             System.out.println("The server is waiting ");
20.             Socket connectionSocket = welcomeSocket.accept(); 
21.    EchoThread echoThread = new EchoThread(connectionSocket);
22.             echoThread.start();
23.          }
24.          catch (IOException e) {
25.             System.out.println("Cannot create this connection");
26.          }
27.       }
28.    } 
29. } 
30. //EchoThread.java
31. import java.io.*; 
32. import java.net.*; 
33. import java.util.*;
34. public class EchoThread extends Thread {
35.     private Socket connectionSocket;
36.     public EchoThread(Socket connectionSocket) {
37.         this.connectionSocket = connectionSocket;
38.     }
39.     public void run() {
40.          Scanner inFromClient = null;
41.          DataOutputStream outToClient = null;
42.          try {
43.             inFromClient = new Scanner(connectionSocket.getInputStream());
44.    outToClient = 
45.               new DataOutputStream(connectionSocket.getOutputStream()); 
46.    String clientSentence = inFromClient.nextLine(); 
47.          String capitalizedSentence = clientSentence.toUpperCase() + '\n'; 
48.          outToClient.writeBytes(capitalizedSentence);         
49.             
50.    }
51.         catch (IOException e) {
52.             System.err.println("Closing Socket connection");
53.         }
54.         finally {
55.             try {
56.                if (inFromClient != null)
57.                   inFromClient.close();
58.                if (outToClient != null)
59.                   outToClient.close();
60.                if (connectionSocket != null)
61.                   connectionSocket.close();
62.                }
63.             catch (IOException e) {
64.                e.printStackTrace();
65.             }
66.         }
67.     }
68. }

สิ่งที่แตกต่างจากโปรแกรม iterative server ก็คือ คลาส EchoThread ในบรรทัดที่ 30-68 ซึ่งเป็นคลาสที่เขียนขึ้นเพื่อเป็นส่วนของการให้บริการไคลเอนต์ในการแปลงตัวอักษรตัวเล็กเป็นตัวใหญ่ จะเห็นว่างานบริการไคลเอนต์ที่เคยอยู่ในตัวโปรแกรม TCPServer จะถูกนำมาเขียนในคลาสนี้ บรรทัดที่ 21 และ 22 ในคลาส TCPConcurrent  จะสร้างออบเจกต์ของ EchoThread และสั่งให้เทรดเริ่มทำงาน ให้สังเกตว่ามีการส่งซ็อกเก็ตเชื่อมต่อที่สร้างขึ้นมาให้ออบเจกต์ของคลาส EchoThread ผ่านทางคอนสตรักเตอร์ หลังจากสร้างออบเจกต์ และสั่งให้เธรดเริ่มทำงานในการบริการไคลเอนต์แล้ว โปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ก็สามารถกลับไปรับการติดต่อจากไคลเอนต์ตัวถัดไปได้ โดยตอนนี้การบริการไคลเอนต์จะเป็นหน้าที่ของเธรดที่ถูกสร้างขึ้น และถ้ามีการติดต่อเข้ามาก็ทำแบบเดียวกันคือสร้างเธรดอีกตัวหนึ่งไปให้บริการไคลเอนต์

ในส่วนของโปรแกรมไคลเอนต์ เราสามารถใช้โปรแกรมเดิมได้โดยไม่ต้องแก้ไข ในการรันโปรแกรมเพื่อทดสอบก็ทำแบบเดียวกับการรันโปรแกรมทดสอบที่อธิบายไปแล้วในตอนที่แล้วนะครับ ซึ่งถ้าทุกอย่างถูกต้องโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์จะตอบสนองกับไคลเอนต์ทุกตัวที่ติดต่อเข้ามาโดยไม่ต้องรอการเรียง
ลำดับ

สำหรับใครที่ไม่อยากพิมพ์โค้ดเองสามารถดาวน์โหลดได้จาก github ครับ

สำหรับใครที่ยังไม่เข้าใจว่าจะรันโปรแกรมยังไงดูได้จากวีดีโอนี้ครับ

สุดท้ายสำหรับวันนี้ก็ขอสุขสันต์วันคริสต์มาสมายังทุกคนครับ...

เขียนโปรแกรมเครือข่ายด้วยซ็อกเก็ต (Socket) ตอนที่ 5: การรันโปรแกรมเพื่อทดสอบการทำงาน

หลังจากที่เราเขียนโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์และไคลเอนต์เรียบร้อยแล้ว ในตอนนี้เราจะมาลองรันโปรแกรมเพื่อทดสอบการทำงานกันดู  โดยจะขอยกตัวอย่างการรันโปรแกรมบนระบบปฏิบัติการไมโครซอฟท์วินโดวส์ นะครับ โดยเราจะรันทั้งสองโปรแกรมบนเครื่องเดียวกัน หลังจากคอมไฟล์ทั้งโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์และไคลเอนต์แล้ว เราจะเริ่มจากรันโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ดังนี้ start java TCPServer

เราใช้คำสั่ง start นำหน้าคำสั่งที่ใช้รันโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์เพราะเราต้องการจะเปิดหน้าจอ command prompt ชึ้นมาใหม่เพื่อใช้รันโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ โดนหน้าจอ command prompt เดิมจะได้ใช้สำหรับรันโปรแกรมไคลเอนต์ต่อไป

การรันไคลเอนต์ใช้คำสั่งดังนี้ java TCPClient

หลังจากนั้นเราสามารถป้อนข้อความอะไรก็ได้ จากนั้นโปรแกรมฝั่งเซิร์ฟเวอร์จะส่งข้อความที่เราป้อนเข้าไปกลับมาเป็นตัวอักษรภาษาอังกฤษตัวใหญ่ หลังจากรันโปรแกรมแล้วโปรแกรมฝั่งไคลเอนต์จะจบการทำงาน ส่วนโปรแกรมฝั่งเซิร์ฟเวอร์จะรอรับการติดต่อจากไคลเอนต์ต่อไป นั่นคือเราสามารถรันโปรแกรมฝั่งไคลเอนต์เพื่อติดต่อเข้าไปอีกกี่รอบก็ได้ ถ้าต้องการจบการทำงานของโปรแกรมฝั่งเซิร์ฟเวอร์ให้ไปที่หน้าต่างของโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์และกด Ctrl-C

อีกหนึ่งจุดที่อยากให้ทดลองคือ เซิร์ฟเวอร์ที่เราเขียนขึ้นจากตัวอย่างที่แล้วเป็น iterative server คือจะให้บริการไคลเอนต์ได้ทีละหนึ่งตัว ตัวที่ติดต่อเข้ามาภายหลังจะต้องเข้าคิวรอไว้ ดังนั้นเพื่อให้เห็นภาพให้ลองรันไคลเอนต์สักสองตัว โดยเปิดหน้าต่าง command prompt ขึ้นมาสองหน้าต่าง แต่ละหน้าต่างก็รันโปรแกรมไคลเอนต์  จากนั้นให้ลองดูว่าถ้าป้อนสตริงจากไคลเอนต์ที่รันเป็นตัวที่สองก่อนที่จะป้อนสตริงจากไคลเอนต์ตัวที่หนึ่งจะเกิดอะไรขึ้น

สำหรับใครที่อ่านบทความแล้วยังไม่เข้าใจว่าจะรันโปรแกรมยังไง สามารถดูได้จากวีดีโอต่อไปนี้ครับ

หมายเหตุ:
1. ในกรณีที่รันโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ไม่ได้ส่วนใหญ่ปัญหาจะเกิดจากการที่ใช้หมายเลขพอร์ตซ้ำกับโปรแกรมอื่นที่รันอยู่ ให้แก้หมายเลขพอร์ตในโค้ดโปรแกรมของทั้งเซิร์ฟเวอร์และไคลเอนต์ จากนั้นคอมไพล์โปรแกรมและรันใหม่

เขียนโปรแกรมเครือข่ายด้วยซ็อกเก็ต (Socket) ตอนที่ 4: TCP Client ด้วยภาษาจาวา (Java)

หลังจากเขียนโปรแกรมฝั่งเซิร์ฟเวอร์ไปเมื่อตอนที่แล้วคราวนี้มาดูโปรแกรมฝั่งไคลเอนต์บ้าง สำหรับโปรแกรมก็เป็นดังนี้ครับ

1. import java.io.*; 
2. import java.net.*;
3. import java.util.*; 
4. class TCPClient { 
5.     public static void main(String argv[]) throws Exception 
6.     { 
7.          String sentence; 
8.          String modifiedSentence;
9.          Scanner inFromUser = null;
10.          Socket clientSocket = null;
11.          DataOutputStream outToServer = null;
12.          Scanner inFromServer = null;
13.          try { 
14.             inFromUser = new Scanner(System.in);
15.             clientSocket = new Socket("localhost", 6789); 
16.             outToServer = 
17.                new DataOutputStream(clientSocket.getOutputStream()); 
18.            inFromServer = new Scanner(clientSocket.getInputStream());
19.            System.out.print("Please enter words: ");
20.            sentence = inFromUser.nextLine(); 
21.            outToServer.writeBytes(sentence + '\n');
22.            modifiedSentence = inFromServer.nextLine(); 
23.            System.out.println("FROM SERVER: " + modifiedSentence);
24.          }
25.          catch (IOException e) {
26.              System.out.println("Error occurred: Closing the connection");
27.          }
28.          finally {
29.             try {
30.                 if (inFromServer != null)
31.                     inFromServer.close();
32.                 if (outToServer != null)
33.                     outToServer.close();
34.                 if (clientSocket != null)
35.                     clientSocket.close();
36.             }
37.             catch (IOException e) {
38.                e.printStackTrace();
39.             }
40.          } 
41.     } 
42. } 

บรรทัดที่ 15 เป็นการสร้างซ็อกเก็ตเชื่อมต่อ (Connection Socket) ให้สังเกตว่าเราใช้ชื่อโฮสต์คือ localhost เพราะโปรแกรมตัวอย่างของเราเราจะรันโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์และไคลเอนต์บนเครื่องเดียวกัน ในกรณีที่รันโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์บนเครื่องอื่น ให้ระบุชื่อหรือหมายเลขไอพีของเครื่องดังกล่าว หมายเลขพอร์ตใช้หมายเลขที่โปรแกรมเซิร์ฟเวอร์รอรับการติดต่ออยู่ ในที่นี้ใช้ 6789 เพราะโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ที่เราเขียนขึ้นในบทความที่แล้วใช้หมายเลขพอร์ตนี้  บรรทัดที่ 16-17 สร้างสตรีมผลลัพธ์สำหรับเขียนข้อมูลลงซ็อกเก็ต บรรทัดที่ 18 สร้างสตรีมเพื่อรับข้อมูลจากซ็อกเก็ต บรรทัดที่ 21 เขียนข้อมูลลงซ็อกเก็ตเพื่อส่งให้เซิร์ฟเวอร์ บรรทัดที่ 22 รอรับข้อมูลที่เซิร์ฟเวอร์จะส่งกลับมา finally clause บรรทัดที่ 28-35 ปิดสตรีมทุกตัว และซ็อกเก็ตเชื่อมต่อ

สำหรับโปรแกรมต้นฉบับ (source code) สามารถโหลดได้จากลิงก์นี้ครับ ถ้าใครโหลดจาก gitlab ไปเมื่อบทความที่แล้ว ก็จะได้โค้ดโปรแกรมไปแล้วนะครับ ไม่ต้องโหลดใหม่ครับ

เขียนโปรแกรมเครือข่ายด้วยซ็อกเก็ต (Socket) ตอนที่ 3: TCP Server ด้วยภาษาจาวา (Java)

หลังจากเกริ่นนำมาแล้วสองตอน (ตอนที่ 1 และ ตอนที่ 2) และก็ทิ้งช่วงเสียนานเชียวก็ขอกลับมาเขียนต่อตอนที่สามนะครับ ในตอนนี้เราจะมาเริ่มเขียนโปรแกรมกันแล้ว โดยจะเขียนโปรแกรมในฝั่งเซิร์ฟเวอร์กันก่อน อย่างที่ทราบจากตอนที่ผ่านมาว่าโปรแกรมที่จะสื่อสารกันได้จะต้องสร้างซ็อกเก็ต (Socket) ก่อน ในฝั่งของเซิร์ฟเวอร์นั้นจะต้องสร้างซ็อกเก็ตสองตัว ตัวแรกจะขอเรียกว่าเซิฟร์เวอร์ซ็อกเก็ต (Server Socket) ซึ่งมีหน้าที่รอรับการติดต่อจากไคลเอนต์ ส่วนตัวที่สองจะขอเรียกว่าซ็อกเก็ตเชื่อมต่อ ( Connection Socket) ซึ่งจะใช้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับไคลเอนต์ ที่ต้องมีซ็อกเก็ตสองตัวก็เพื่อที่จะเตรียมการให้เซิร์ฟเวอร์สามารถรองรับไคลเอนต์ได้หลาย ๆ ตัว พร้อม ๆ กัน (แต่ต้องเขียนโปรแกรมเพิ่มเติมซึ่งจะกล่าวถึงในตอนต่อ ๆ ไปครับ)

สำหรับแนวคิดของการอ่านและเขียนข้อมูลกับซ็อกเก็ตนั้นจะใช้แนวคิดของสตรีม (Stream) ซึ่งก็คือแนวคิดที่จาวา (Java) ใช้ในการรับส่งข้อมูลระหว่างโปรแกรมที่เขียนด้วยภาษาจาวา กับอุปกรณ์รอบข้าง หรือกับไฟล์ ตัวอย่างเช่น เวลาจะพิมพ์ข้อมูลออกมาทางจอภาพเราจะใช้คำสั่ง System.out.println("string"); ประโยคนี้ out คือสตรีมผลลัพธ์ (output stream) ซึ่งอ้างถึงตัวแสดงผลลัพธ์มาตรฐาน ซึ่งก็คือจอภาพนั่นเอง การเขียนโปรแกรมซ็อกเก็ตของภาษาจาวา (Java) ก็จะใช้แนวคิดนี้ เพียงแต่สตรีมที่เราสร้างขึ้น จะเชื่อมโยงกับซ็อกเก็ตแทนที่จะเป็นอุปกรณ์หรือไฟล์

คลาสในภาษาจาวาที่ใช้สร้างเซิฟร์เวอร์ซ็อกเก็ตก็คือ ServerSocket ส่วนคลาสที่ใช้ในการสร้างซ็อกเก็ตเชื่อมต่อก็คือ ConnectionSocket นั่นเอง เอาล่ะครับเพื่อให้เข้าใจการทำงานมาดูตัวอย่างกันดีกว่า สำหรับโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ที่จะเขียนขึ้นมาก็คือเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้ในการแปลงข้อความภาษาอังกฤษที่รับเข้ามาจากไคลเอนต์ ให้เป็นตัวอักษรตัวใหญ่ทั้งหมดแล้วส่งกลับไปให้ไคลเอนต์ สำหรับโค้คภาษาจาวา ของโปรแกรมแสดงได้ดังนี้ครับ

1. import java.io.*; 
2. import java.net.*; 
3. import java.util.*;
4. class TCPServer { 
5.    public static void main(String argv[])  { 
6.       String clientSentence; 
7.       String capitalizedSentence; 
8.       ServerSocket welcomeSocket = null;
9.       Socket connectionSocket = null;
10.       Scanner inFromClient = null;
11.    DataOutputStream outToClient = null;
12.       try {
13.          welcomeSocket = new ServerSocket(6789);
14.       }
15.       catch (IOException e) {
16.          System.out.println("Cannot create a welcome socket");
17.          System.exit(1);
18.       }
19.       while(true) {
20.          try {
21.             System.out.println("The server is waiting ");
22.              connectionSocket = welcomeSocket.accept(); 
23.              inFromClient = new Scanner(connectionSocket.getInputStream());
24.              outToClient = 
25.               new DataOutputStream(connectionSocket.getOutputStream()); 
26.              clientSentence = inFromClient.nextLine(); 
27.             capitalizedSentence = clientSentence.toUpperCase() + '\n'; 
28.             outToClient.writeBytes(capitalizedSentence);
29.          }
30.          catch (IOException e) {
31.             System.out.println("Error cannot create this connection");
32.          }
33.          finally {
34.             try {
35.                if (inFromClient != null)
36.                   inFromClient.close();
37.                if (outToClient != null)
38.                   outToClient.close();
39.                if (connectionSocket != null)
40.                   connectionSocket.close();
41.             }
42.             catch (IOException e) {
43.                e.printStackTrace();
44.             }
45.          }
46.       }
47.    } 
48. } 

สำหรับโปรแกรมนี้ก็มีส่วนที่จะอธิบายดังนี้ครับ บรรทัดที่ 13 เป็นการสร้างเซิร์ฟเวอร์ซ็อกเก็ตโดยใช้หมายเลขพอร์ต 6789 ในการรอรับการติดต่อกับไคลเอนต์  บรรทัดที่ 22 จะเห็นว่ามีการเรียกใช้เมท็อด accept() เมท็อดนี้จะมีผลทำให้โปรแกรมเซิร์ฟเวอร์หยุดรอรับการติดต่อจากไคลเอนต์ เมื่อไคลเอนต์ติดต่อเข้ามาก็จะสร้างซ็อกเก็ตเชื่อมต่อเพื่อใช้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูล บรรทัดที่ 23 สร้างสตรีมข้อมูลเข้า (input stream) เพื่ออ่านข้อมูลจากซ็อกเก็ต บรรทัดที่ 24-25 สร้างสตรีมผลลัพธ์ (output stream) เพื่อเขียนข้อมูลลงซ็อกเก็ต บรรทัดที่ 26 หยุดเพื่อรออ่านข้อมูลที่ไคลเอนต์จะส่งผ่านซ็อกเก็ตมา บรรทัดที่ 27 แปลงสตริงที่รับมาให้เป็นตัวอักษรตัวใหญ่ และบรรทัดที่ 28 เขียนข้อมูลผ่านซ็อกเก็ตกลับไปให้ไคลเอนต์ ใน finally clause จะปิด stream ที่สร้างขึ้นมาทั้งหมด และซ็อกเก็ตเชื่อมต่อตัวนี้ เนื่องจากในตัวอย่างนี้เซิฟร์เวอร์จะแปลงสตริงที่ไคลเอนต์ส่งเข้ามา ส่งสตริงที่แปลงกลับไป และตัดการเชื่อมต่อกับไคลเอนต์ทันที  และข้อสังเกตที่น่าสนใจก็คือจะเห็นว่าเราให้โปรแกรมนี้ทำงานอยู่ในลูปไม่รู้จบ ซึ่งเป็นธรรมชาติของโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ที่จะทำงานไปเรื่อย ๆ

โปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ตัวนี้ให้บริการไคลเอนต์ครั้งละหนึ่งตัว เมื่อให้บริการไคลเอนต์ตัวหนึ่งเสร็จจึงจะไปให้บริการไคลเอนต์ตัวอื่นที่ติดต่อเข้ามาได้ ลักษณะของโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์แบบนี้เราจะเรียกว่า iterative server ซึ่งก็คือเซิร์ฟเวอร์ที่ให้บริการไคลเอนต์ได้ครั้งละหนึ่งตัว ถ้ามีไคลเอนต์ตัวอื่นติดต่อเข้ามาขณะที่เซิร์ฟเวอร์กำลังให้บริการไคลเอนต์ตัวอื่นอยู่ ไคลเอนต์ที่ติดต่อเข้ามาก็จะถูกเข้าคิวไว้ เมื่อเซิร์ฟเวอร์ให้บริการไคลเอนต์ตัวนี้เสร็จก็จะกลับไปให้บริการไคลเอนต์ในคิว สำหรับเซิร์เวอร์ที่ให้บริการไคลเอนต์ได้ทีละหลายตัวพร้อมกันที่เรียกว่า concurrent server นั้น ทำได้โดยใช้เธรด (thread) ซึ่งจะกล่าวถึงในตอนต่อ ๆ ไป

สำหรับโปรแกรมต้นฉบับ (source code) สามารถโหลดได้จากลิงก์นี้ครับ  ซึ่งจะได้โปรแกรมทั้งฝั่งเซิร์ฟเวอร์และไคลเอนต์เลย แต่บล็อกเกี่ยวกับไคลเอนต์โปรแกรมจะอยู่ในตอนหน้านะครับ

เมื่อรันโปรแกรมนี้ โปรแกรมจะแสดงสถานะว่าโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์กำลังทำงานอยู่ ซึ่งในโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์จริง ๆ ไม่จำเป็นต้องมีการทำงานส่วนนี้นะครับ

เขียนโปรแกรมเครือข่ายด้วยซ็อกเก็ต (Socket) ตอนที่ 2: รู้จักกับหมายเลขพอร์ต

จากตอนที่ 1 คงได้เข้าใจกันแล้วนะครับว่าซ็อกเก็ต (Socket) คืออะไร สำหรับในตอนที่ 2 นี้จะมาพูดถึงเรื่องของหมายเลขพอร์ตให้เข้าใจกันมากขึ้น อย่างที่กล่าวไปแล้วในตอนที่ 1 ว่า ที่อยู่ซ็อกเก็ต (socket address) ประกอบไปด้วย ที่อยู่ไอพีและหมายเลขพอร์ต โดยในส่วนหัวของแพ็กเก็ตข้อมูลที่มีการรับส่งกันจะมีการระบุที่อยู่ซ็อคเก็ตของทั้งฝั่งรับและฝั่งส่ง  เปรียบได้กับเวลาเราจ่าหน้าซองจดหมายเราก็จะระบุทั้งที่อยู่ของผู้รับและผู้ส่ง ที่อยู่ของฝั่งส่งจะทำให้ผู้รับถ้าต้องการตอบกลับจะได้รู้ว่าจะต้องส่งข้อมูลกลับไปที่ใคร

ในส่วนของหมายเลขพอร์ตนั้นโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์จะมีหมายเลขพอร์ตที่แน่นอนเพื่อที่ให้โปรแกรมไคลเอนต์ติดต่อเข้ามาได้ ส่วนโปรแกรมไคลเอนต์นั้นระบบปฏิบัติการจะเลือกหมายเลขพอร์ตที่ว่าง ณ ตอนนั้นมาให้ นั่นหมายความว่าโปรแกรมไคลเอนต์โปรแกรมเดียวกัน ในการทำงานแต่ละครั้งอาจมีหมายเลขพอร์ตไม่เหมือนกัน เช่นถ้าเราใช้เว็บเบราว์เซอร์เช่น Chrome ติดต่อเข้าไปยังเว็บเซิร์ฟเวอร์หมายเลขพอร์ตที่เว็บเซิร์ฟเวอร์จะมีค่าเดิมทุกครั้งเช่นหมายเลข 80 แต่โปรแกรม Chrome ในการทำงานครั้งแรกระบบปฏิบัติการอาจให้หมายเลข 1234 หลังจากนั้นถ้าปิดไปแล้วเปิดโปรแกรมขึ้นมาใหม่อาจจะได้หมายเลข 2000 ก็ได้

ดังนั้นในการเขียนโปรแกรมฝั่งเซิร์ฟเวอร์นักเขียนโปรแกรมจะต้องระบุหมายเลขพอร์ตที่แน่นอนให้กับโปรแกรม ในขณะที่โปรแกรมฝั่งไคลเอนต์ไม่จำเป็นต้องระบุ สิ่งที่ควรรู้ก็คือโปรแกรมสองโปรแกรมที่ทำงานบนเครื่องเดียวกันในขณะเดียวกัน และใช้โปรโตคอลในชั้นทรานสปอร์ตตัวเดียวกัน เช่นใช้ ทีซีพี (TCP) เหมือนกัน ไม่สามารถใช้หมายเลขพอร์ตเดียวกันได้ เพราะถ้ายอมให้ซ้ำกันได้จะทำให้ไม่รู้ว่าจะต้องส่งข้อมูลไปยังโปรแกรมปลายทางตัวใด ถ้าไม่เข้าใจให้นึกถึงว่าถ้าในคอนโดมิเนียมแห่งหนึ่งมีห้องสองห้องซึ่งมีหมายเลขห้องเดียวกัน ถ้ามีจดหมายมาถึงคนที่มีหน้าที่ส่งจดหมายก็จะไม่รู้ว่าควรจะส่งจดหมายไปที่ห้องใด

ดังนั้นในการเลือกหมายเลขพอร์ตให้กับโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ นักเขียนโปรแกรมควรจะมีความเข้าใจในเรื่องการจัดการหมายเลขพอร์ต โดยหน่วยงานที่มีหน้าที่ในการจัดการหมายเลขพอร์ตก็คือ Internet Assigned Numbers Authority (IANA)  ซึ่งเป็นแผนกหนึ่งของ Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN)

การจัดการหมายเลขพอร์ตจะมีการแบ่งหมายเลขพอร์ตออกเป็นช่วง ช่วงแรกคืออ 0-1,023 จะไม่นำมานำมาใช้กับโปรแกรมเรา และระบบปฎิบัติการหลายตัวก็จะไม่ให้เราลงทะเบียนโปรแกรมเราโดยใช้พอร์ตในช่วงนี้นี้ เพราะหมายเลขพอร์ตในช่วงนี้จะเป็นส่วนที่โปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ที่เป็นมาตรฐานใช้ เช่นเว็บเซิร์ฟเวอร์ใช้หมายเลข 80 อีเมลเซิร์ฟเวอร์ใช้พอร์ตหมายเลข 25 เป็นต้น 

หมายเลข 1,024-49,151 เป็นช่วงหมายเลขพอร์ตที่ IANA กำหนดให้เป็นพอร์ตจดทะเบียน (registered port)  คือถ้าหน่วยงานใดที่ต้องการจะจดทะเบียนหมายเลขพอร์ตให้กับโปรแกรมของตัวเอง IANA ก็สามารถนำหมายเลขพอร์ตในช่วงนี้มาจดทะเบียนให้ได้ โปรแกรมเซิร์เวอร์ที่เราเขียนอาจจะใช้หมายเลขพอร์ตในช่วงนี้ก็ได้ แต่ก็ไม่ได้มีการบังคับหรือควบคุมใด ๆ ถ้าเราอยากเขียนโปรแกรมโดยใช้พอร์ตในช่วงนี้  

ส่วนช่วงที่เหลือคือ 49,152 ถึง 65,535 เรียกว่าเป็นไดนามิกพอร์ต (dynamic port) เป็นหมายเลขพอร์ตที่ IANA ไม่รับจดทะเบียน และไม่ได้มีการควบคุมใด ๆ คือตั้งใจให้หมายเลขในช่วงนี้ใช้เป็นหมายเลขพอร์ตชั่วคราว หรือใช้สำหรับโปรแกรมหรือบริการที่ใช้ภายในเครื่อง หรือเป็นช่วงหมายเลขพอร์ตที่สุ่มให้โปรแกรมฝั่งไคลเอนต์ได้ใช้   

ข้อมูลเพิ่มเติมของพอร์ตต่าง ๆ ที่มีการใช้งานจริงสามารถดูเพิ่มเติมได้จากลิงก์นี้ http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_TCP_and_UDP_port_numbers

ก็หวังว่าจะเข้าใจเรื่องหมายเลขพอร์ตมากขึ้นนะครับ แต่ไม่ต้องซีเรียสมาก เอาเป็นว่าโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ที่เราจะเขียนขึ้นต่อไปจะใช้พอร์ตตั้งแต่หมายเลข 1,024 ขึ้นไป ที่ว่างในเครื่องเราแล้วกันนะครับ โดยผมจะเลือกหมายเลขพอร์ตในช่วงของพอร์ตจดทะเบียน (1,024 - 49,151) เป็นหลักนะครับ พบกันต่อไปบทความหน้าครับ  

เขียนโปรแกรมเครือข่ายด้วยซ็อกเก็ต (Socket) ตอนที่ 1 รู้จักกับซ็อกเก็ต

แม้ว่าในปัจจุบันการพัฒนาโปรแกรมบนเครือข่ายเราจะพัฒนาในลักษณะที่เป็นเว็บแอพลิเคชัน หรือใช้มิดเดิลแวร์อย่างจาวาอีอี (Java EE) หรือ ไมโครซอฟท์ดอตเน็ต (Microsoft .Net) เป็นหลัก แต่พื้นฐานของโปรแกรมที่ทำงานบนเครือข่ายจะอยู่บนแนวคิดของซ็อกเก็ต (Socket) ยิ่งไปกว่านั้นแอพพลิเคชันหลัก ๆ บนอินเทอร์เน็ตที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้เช่นการติดต่อเพื่อขอหน้าเว็บระหว่างเว็บเบราว์เซอร์หรือเว็บเซิร์ฟเวอร์ หรือการรับส่งไฟล์โดยใช้โปรโตคอลเอฟทีพี (FTP)  ก็ใช้เพียงแค่แนวคิดของซ็อกเก็ต ในการทำงาน ดังนั้นการรู้จักและเข้าใจการเขียนโปรแกรมเครือข่ายโดยใช้ซ็อคเก็ต จึงยังจัดว่ามีประโยชน์อยู่ ในบทความตอนแรกนี้ผมจะกล่าวถึงว่า  ซ็อกเก็ตคืออะไร และในตอนต่อ ๆ ไป จะแสดงตัวอย่างของการเขียนโปรแกรมในภาษาต่าง ๆ อย่างเช่นภาษาจาวา (Java) ภาษาไพธอน (python) และอาจมีภาษาอื่น ๆ ด้วย ตามความขยันของผม แต่จริง ๆ แล้วถ้าเข้าใจแนวคิดในบทความนี้ผมคิดว่าก็สามารถที่จะนำไปประยุกต์กับภาษาอะไรก็ได้ครับ  

ซ็อกเก็ตถ้าให้ความหมายในภาษาไทยอย่างง่าย ๆ ก็คือ เต้ารับที่เราสามารถเอาอุปกรณ์มาเสียบลงไปได้ (ฮั่นแน่ อย่าคิดลึกนะ) ตัวอย่างเช่นเต้ารับของปลั๊กไฟ การที่ใช้ชื่อซ็อกเก็ตนี้กับการสื่อสารระหว่างโปรแกรมบนเครือข่ายก็เพื่อแสดงให้เห็นภาพว่าโปรแกรมที่ต้องการคุยกันระหว่างเครื่อข่ายแต่ละตัว จะต้องเตรียมเต้ารับ (Socket) ของตัวเองไว้ เมื่อต้องการจะคุยกันก็เอาสายเคเบิลมาเสียบเข้ากับเต้ารับของทั้งสองฝั่ง ก็จะทำให้โปรแกรมจากทั้งสองฝั่งสามารถส่งข้อความกันได้ผ่านทางสายเคเบิลนี้ 

Photo by Greg Rosenke on Unsplash

ในปัจจุบันระบบปฏิบัติการแทบทุกตัวจะรองรับแนวคิดของการติดต่อสื่อสารผ่านเครือข่ายโดยใช้ซ็อกเก็ต  และภาษาเขียนโปรแกรมแทบทุกภาษาก็จะมี ซ็อกเก็ตเอพีไอ (Socket API) ให้นักเขียนโปรแกรมเรียกใช้ ข้อดีของการใช้ซ็อกเก็ตเอพีไอ ก็คือนักเขียนโปรแกรมไม่จำเป็นต้องลงไปรู้รายละเอียดของโปรโตคอลในระดับชั้นทรานส์ปอร์ตอย่างเช่น ทีซีพี (TCP) ) และระดับชั้นเน็ตเวิร์คอย่างเช่นไอพี ( IP)  

สิ่งที่ต้องเข้าใจก่อนจะลงมือเขียนโปรแกรมโดยใช้ซ็อกเก็ตเอพีไอก็คือเราจะระบุถึงโปรแกรมที่อยู่กันบนคนละเครื่องในเครือข่ายอินเทอร์เน็ตได้อย่างไร คำตอบก็คือเราจะต้องระบุโดยใช้เลขที่อยู่สองตัวคือเลขที่อยู่ของเครื่องที่โปรแกรมนั้นทำงานอยู่ และเลขที่อยู่ของโปรแกรมนั้น ที่ต้องระบุเลขที่อยู่ของโปรแกรมก็เพราะว่าบนเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งอาจมีโปรแกรมที่ทำงานผ่านเครือข่ายทำงานอยู่พร้อม ๆ กันหลายโปรแกรม ถ้าไม่เข้าใจจะขอยกตัวอย่างว่าถ้าเราต้องการเขียนจดหมายถึงเพื่อนของเราที่อยู่คอนโดมิเนียม เราจะต้องจ่าหน้าซองโดยระบุทีอยู่ของคอนโด และหมายเลขห้องของเพื่อนเรา (คอนโดหนึ่งมีหลายห้อง) ที่อยู่ของคอนโดเปรียบได้กับเลขที่อยู่ของเครื่องคอมพิวเตอร์ ส่วนเลขที่ห้องก็คือที่อยู่ของโปรแกรมนั่นเอง 

สำหรับบนอินเทอร์เน็ตเลขที่อยู่ของเครื่องคอมพิวเตอร์เราจะระบุโดยใช้หมายเลขไอพี (IP Address) ซึ่งพวกเราอาจเคยเห็นผ่านตามาบ้างในรูปแบบเช่น  192.168.1.2 อันนี้เป็นหมายเลขไอพีในเวอร์ชัน 4 นะครับ ปัจจุบันในเครือข่ายอินเทอร์เน็ตเราใช้ทั้งเวอร์ชัน 4 และเวอร์ชัน 6 ซึ่งจะเป็นเลขฐานสิบหก (อันนี้ขอละไว้ให้ค้นคว้าเพิ่มเติมเอานะครับว่าเวอร์ชัน 4 กับ 6 ต่างกันยังไง และทำไมเราใช้อยู่สองเวอร์ชัน) 

ส่วนหมายเลขที่อยู่ของโปรแกรมเราจะใช้หมายเลขพอร์ต (port number) ครับ ซึ่งหมายเลขพอร์ตนี้ก็คือเลขจำนวนเต็มธรรมดานี่เองครับ โดยจะเป็นเลขจำนวนเต็มที่เริ่มจาก 0 ถึง 65,535 ซึ่งก็เท่ากับจำนวน 65,536 หรือพูดง่าย ๆ ก็คือ ตามทฤษฎีแล้ว คอมพิวเตอร์หนึ่งเครื่องสามารถมีโปรแกรมเครือข่ายทำงานอยู่ได้พร้อมกัน 65,536 โปรแกรม ถ้าจะเทียบกับตัวอย่างคอนโด ก็คือคอนโดมีจำนวนห้อง 65,536 ห้อง 

ช่วงของตัวเลขที่ได้นี้ก็มาจากจำนวนบิตในฟิลด์ที่ใช้เก็บหมายเลขพอร์ตในโปรโตคอลระดับชั้นทรานส์ปอร์ตอย่าง ทีซีพี (TCP) หรือ ยูดีพี (UDP) ที่มีจำนวน 16 บิตนั่นเองครับ 2 ยกกำลัง 16 มีค่าเท่ากับ 65,536 นั่นเอง  (ไม่รู้เรื่องก็ข้ามไปก่อนครับ ไปทำความเข้าใจเพิ่มเอาทีหลัง) รายละเอียดมากกว่านี้ของหมายเลขพอร์ตจะพูดถึงในตอนต่อไปครับ เอาเป็นว่าจะขอยกตัวอย่างหมายเลขพอร์ตตัวหนึ่งที่เป็นมาตรฐานสำหรับโปรแกรมเว็บเซิร์ฟเวอร์ก็แล้วกันนะครับนั่นก็คือพอร์ตหมายเลข 80  ดังนั้นสมมติว่าถ้าเว็บเบราว์เซอร์ต้องการติดต่อกับโปรแกรมเว็บเซิร์ฟเวอร์ที่ทำงานอยู่บนเครื่องที่มีหมายเลข IP 161.246.123.123 ก็ต้องระบุทั้งหมายเลขไอพีดังกล่าว และหมายเลขพอร์ตซึ่งคือ 80

Photo by Kevin Horvat on Unsplash

 

ถึงตอนนี้หลายคนอาจบอกว่าไม่เคยเห็นต้องใส่เลขไอพีและเลขพอร์ตเลยเวลาเข้าถึงเว็บไซต์ เหตุผลก็คือในอินเทอร์เน็ตจะใช้ DNS (Doamin Name Server) เป็นกลไกในการแปลง URL ของเว็บไซต์ที่เราป้อนเป็นหมายเลขไอพีของเครื่องเซิร์ฟเวอร์ให้เราครับ ส่วนพอร์ต 80 เป็นพอร์ตมาตรฐาน ซึ่งถ้าเว็บเซิร์ฟเวอร์ใช้พอร์ตนี้อยู่แล้วก็ไม่จำเป็นต้องระบุ 

สำหรับการใช้งานซ็อกเก็ตเอพีไอนั้นแต่ละโปรแกรมก็ต้องระบุที่อยู่ทั้งสองตัวเพื่อสร้างเต้ารับของตัวเอง ซึ่งในการใช้งานซ็อกเก็ตเอพีไอจะเรียกเลขที่อยู่ทั้งสองว่าที่อยู่ซ็อกเก็ต (Socket Address) หรือจะแปลว่าที่อยู่เต้ารับดี :)  พูดง่าย ๆ ก็คือ 

Socket Address = IP Address + Port Number นั่นเองครับ 

เอาล่ะครับก็คิดว่าคงเพียงพอสำหรับตอนแรกของบทความนี้ก่อนนะครับ เพราะถ้ายาวกว่านี้ก็คงมีคนคลิกหนีไปที่อื่นแน่ ก็หวังว่าคงพอจะเข้าใจพื้นฐานนะครับว่าซ็อกเก็ตคืออะไร แล้วพบกันในบทความต่อไปครับ