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Forschungszentrum Karlsruhe
Technik und Umwelt
Client-Server Kommunikation
Die Socket Schnittstelle
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
-1-
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Technik und Umwelt
Kommunikation über Socket API
• Rechner kommunizieren heutzutage
hauptsächlich über TCP/IP Netze
(Inter-/Intranets)
• Die in C geschriebene Socket-API ist die
(unterste) Betriebssystemschnittstelle zur
Kommunikation über TCP/IP Netze
• Sockets sind in Analogie zum Umgang mit
Dateidatenströmen realisiert
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
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Verbindungsorientierte
Kommunikation
•
Telefonprinzip
•
Server wartet in accept()
(passiv)
•
Client stellt Verbindung mit
connect() her (aktiv)
•
Server bekommt mit jeder
Verbindung neuen Socket für
Kommunikation mit speziellen
Client
•
Datenstrom-basierte
Kommunikation über send
(write) bzw. recv (read)
•
Kommunikationspartner
werden über
Kommunikationsfehler
informiert
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
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Server-Client Kommunikation
Server (passiv)
s=socket(...);
bind(/* address */);
Client (aktiv)
s=socket(...);
/* no bind */
listen(s,length);
for (;;) {
new_sock=accept(/*...*/);
if (fork() == 0)
handle(new_sock);
}
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
connect(s, /* address */);
talk_with_server(s);
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Funktionsweise von accept()
Serverrechner
Clientrechner
Serverprozess
Clientprozess
Sockets
accept
Socket
nach accept
50167
Netzwerkschnittstelle
80
Netzwerkschnittstelle
LAN
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
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Paket-orientierte Kommunikation
•
Client und Server öffnen UDPSocket
•
In sendto() bzw. recfrom()
Aufrufen werden
– Abgeschlossene Datenpakete
(Bytearrays) gesendet bzw.
empfangen
– Dabei wird mit jedem Aufruf die
Ziel- bzw. Empfängeradresse
kommuniziert
•
System meldet
– Weder Kommunikationsfehler
– Noch garantiert es das
Ankommen von Paketen bzw.
deren Reihenfolge
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
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Eigenschaften der Socket Schnittstelle
• Unterste Schnittstelle zum Betriebssystem
• Synchronisation der Kommunikation liegt
voll beim Anwender
• Fehlerbehandlung liegt ebenfalls beim
Anwender
• Nicht binär transparente Datenübertragung
• Nicht objekt-orientiert
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
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SMTP Protokoll
$telnet mailhost.iai.fzk.de 25
Trying 141.52.44.1...
Connected to mailhost.iai.fzk.de
Escape character is '^]'.
220 mailhost.iai.fzk.de sendmail version 10.1 ready
at Wed, 6 May 2002 22:52:47 +0200
HELO uisun7.iai.fzk.de
250 mailhost.iai.fzk.de Hello uisun7.iai.fzk.de
MAIL From: <[email protected]>
250 Sender OK (verified)
RCPT To: <duepmeier>
250 Receiver OK (verified)
DATA
354 Start mail input; end with <CRLF>.<CRLF>
Subject: Dann wollen wir mal SMTP testen
Hier beginnt die eigentliche Nachricht der Mail
Dann können auch noch weitere Zeilen folgen,
die allerdings mit einem Punkt auf einer einzelnen Zeile enden müssen.
.
250 OK
QUIT
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
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HTTP Protokoll - Ablauf
Anfrage
GET /index.html HTTP/1.0
If-Modified-Since: Saturday, 12-Dec-98, 12:34:56 GMT
Client
Antwort
Server
HTTP/1.0 200 OK
MIME-Version: 1.0
Content-type: text/html
Content-length: 123
Last-Modified: Saturday, 12-Dec-98 12:34:56 GMT
<HTML>Hier beginnt die eigentliche HTML Datei...
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
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Einige HTTP Clientkommandos
• GET
Liefert ein Datei vom Server
• HEAD
Liefert nur Dateiinformationen
• POST
Sendet Daten (CGI) an den Server
• PUT
Sendet komplette Dateien an Server
• DELETE
Löschte Datei vom Server
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
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Beispiele für HTTP Requests
GET / HTTP/1.0
Connection: Keep-Alive
User-Agent: Mozilla/2.0 (Win95; I)
Host: merlin
Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, */*
POST /cgi/4848 HTTP/1.0
Referer: http://tecfa.unige.ch:7778/4848
Connection: Keep-Alive
User-Agent: Mozilla/3.01 (X11; I; SunOS 5.4 sun4m)
Host: tecfa.unige.ch:7778
Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, */*
Content-type: application/x-www-form-urlencoded
Content-length: 42
name=Ulli&nachname=Ullenboom
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
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HTTP Server Statuscodes
•
1xx: Informierend, 2xx: Erfolgreich
•
3xx: Rückfrage, 4xx: Fehler beim Client
•
5xx: Fehler beim Server
•
200
202
OK
Accepted
•
300
302
Multiple Choices
301
Moved Temporarily 304
Moved Permantly
Not Modified
•
400
403
Bad Request
Forbidden
401
404
Unauthorized
Not Found
•
500
502
Internal Server E.
Bad Gateway
501
503
Not Implemented
Service Unavailable
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
201
204
Created
No Content
- 12 -
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Java Socket API
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- 13 -
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InetAddress Klasse
InetAddress
static
static
…
Byte[]
…
String
String
…
IntetAddress getByName()
// erzeuge Adressobjekt
InetAddress getLocalHost() // erzeuge Adressobjekt
getAddress()
getHostName()
getHostAddress()
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
// gebe mir Hostname
// gebe mir Adresse
- 14 -
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Beispiel Nutzung von InetAddress
public class WhoAmI {
public static void main(String args[]) throws Exception
{
InetAddress myAddress=InetAddress.getLocalHost();
System.out.println("Hostname: " +
myAddress.getHostName());
System.out.println("IP Adresse: " +
myAddress.getHostAddress());
}
}
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 15 -
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InetSocketAddress Klasse
InetSocketAddress (extends SocketAddress)
InetSocketAddress(String hostname, int
InetSocketAddress(InetAddress address,
…
InetAddress getAddress()
// Hostteil
getHostName(): String
// gebe mir
getPort(): String
// gebe mir
…
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
port)
int port)
als InetAdress
Hostname
Portnummer
- 16 -
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Client-Server Socketverbindungen in Java
Server
Applikation
Client
Anwendung
new
new
Socket
Objekt
connect()
ServerSocket
Objekt
accept()
return
Datenaustausch über das Netz
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ServerSocket
blockiert in accept()
bis Client einen
Verbindungsaufbau
durchgeführt hat
Socket
Objekt
Die beiden Sockets
sind nun verbunden
- 17 -
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Socket Klasse
Socket
Socket()
Socket(String host, int port)
Socket(InetAddress host, int port)
...
void close()
void connect(SocketAddress endpoint)
Void connect(SocketAddress endpoint, int timeout)
…
int getPort()
InetAddress getInetAddress()
…
InputStream getInputStream()
OutputStream getOutputStream()
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 18 -
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ServerSocket Klasse
ServerSocket
ServerSocket()
ServerSocket(int port)
ServerSocket(int port, int backlog)
...
void bind(SocketAddress endpoint)
Void bind(SocketAddress endpoint, int backlog
Socket accept()
void close()
…
int getLocalPort()
InetAddress getInetAddress()
…
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 19 -
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Technik und Umwelt
Beispiel TCP Serverapplikation
public class MultServer {
public static void main(String args[]) throws Exception
{
ServerSocket server=new ServerSocket(3141);
while (true)
{
Socket client=server.accept();
InputStream in =client.getInputStream();
OutputStream out=client.getOutputStream();
int firstNumber=in.read();
int secondNumber=in.read();
out.write(firstNumber * secondNumber);
}
}
}
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 20 -
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Beispiel TCP Clientapplikation
public class MultClient {
public static void main(String args[])
{
try {
Socket server = new Socket("Hostname", 3141);
InputStream in = server.getInputStream();
OutputStream out = server.getOutputStream();
out.write(4);
out.write(5);
int result=in.read();
System.out.println("4 * 5 = " +result);
} catch (IOException e) {
System.out.println("Fehler bei Kommunikation");
}
}
}
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 21 -
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Gepufferte Ein-/Ausgabe über Sockets
Socket t = new Socket(...);
....
BufferedReader in = new BufferedReader(
new InputStreamReader(t.getInputStream()));
PrintStream os = new PrintStream(t.getOutputStream());
...
in.readLine();
...
os.println("Irgendwelche Strings + Objekte mit toString() ausgeben";
...
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 22 -
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Client mit zeilenorientierter Kommunikation
public class PingClient {
public static void main(String args[]) throws Exception
{
Socket t = new Socket(args[0], 7);
BufferedReader in = new BufferedReader(
new InputStreamReader(t.getInputStream()));
PrintStream out = new PrintStream(t.getOutputStream());
String test= "Hallo aus Karlsruhe, vom " + new Date();
out.println(test);
String antwort=in.readLine();
if (antwort.equals(test))
System.out.println("Server lebt");
else
System.out.println("Server ist nicht erreichbar");
}
}
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 23 -
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Kommunikation über UDP
Applikation
new
dp Paket enthält
neben Daten
auch Ziel-IP
und Zielportnummer
DatagramSocket
Objekt
new
DatagramPacket
Objekt
(dp)
send/receive(dp)
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 24 -
Forschungszentrum Karlsruhe
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DatagramSocket Klasse
DatagramSocket
DatagramSocket()
DatagrammSocket(int port)
DatagrmSocket(int port, InetAddress laddr)
...
void bind(SocketAddress laddress)
void close()
void receive(DatagramPacket p)
void send(DatagramPacket p)
…
int getLocalPort()
InetAddress getLocalAddress()
…
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 25 -
Forschungszentrum Karlsruhe
Technik und Umwelt
DatagramPacket Klasse
DatagramPacket
DatagramPacket(byte[] buf, int length)
DatagrammPacket(byte[] buf,
int length,
InetAddress addr, int port)
...
InetAddress getAddress()
void getPort()
byte[] getData()
void setData(byte[] buf)
int getLength()
…
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 26 -
Forschungszentrum Karlsruhe
Technik und Umwelt
Beispiel UDPClient
public class UDPClient {
public static void main(String args[]) throws Exception
{
DatagramPacket packet;
DatagramSocket dSocket = new DatagramSocket();
InetAddress serverAddress=InetAddress.getByName("ServerName");
while (true) {
String s = new Date().toString();
packet = new DatagramPacket(s.getBytes(), s.length(),
serverAddress, 4711);
dSocket.send(packet);
System.out.println("Paket " + packet + " abgeschickt");
Thread.sleep(1000);
}
}
}
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 27 -
Forschungszentrum Karlsruhe
Technik und Umwelt
Beispiel UDPServer
public class UDPServer {
public static void main(String args[]) throws Exception
{
byte data[] = new byte[1024];
DatagramPacket packet;
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(4711);
while (true) {
packet=new DatagramPacket(data, data.length);
socket.receive(packet);
InetAddress address = packet.getAddress();
int port = packet.getPort();
System.out.println("Paket von " + packet.getAddress() +
"am Port " + packet.getPort() + " erhalten");
insertIntoDatabase(packet.getData());
}
}}
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 28 -
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Vorteile Low-Level Client Server
• effizient bzgl. Laufzeit
• überall verfügbar
• standardisiertes Interface
• für interne und externe Kommunikation
verfügbar
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 29 -
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Nachteile Low-Level Kommunikation
• zu komplex bzgl. der
Kommunikationsdetails
• Synchronisation/Fehlerbehandlung liegt voll
beim Anwendungsprogrammierer
• nicht binär-transparent ohne Arbeit
• Clients müssen wissen, wo Server sind
• Mix von Applikationslogik +
Netzwerktransportlogik
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 30 -
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Client-Server Zugriff auf Datenbanken
(am Beispiel von JDBC)
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 31 -
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Was ist die JDBC API
• eigentlich Produktname, aber oft übersetzt als Java
Database Connectivity API
• API zum Zugriff auf Datenquellen, die eine tabellenartige Struktur haben
• Beispiele für Datenquellen sind:
– relationale Datenbanken
– Dateien mit tabellenartiger Struktur
– ODBC Datenquellen unter Windows
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 32 -
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Typisches Nutzungsschema
Connection con = DriverManager.getConnection( "jdbc:myDriver:wombat",
"myLogin", "myPassword");
Statement stmt = con.createStatement();
ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT a, b, c FROM Table1");
while (rs.next()) {
int x = rs.getInt("a");
String s = rs.getString("b");
float f = rs.getFloat("c");
}
•
Treiber für spezielle Datenquelle laden
•
Verbindung mit Datenquelle herstellen
•
Abfrage machen oder Update Operation durchführen
•
Resultate der Abfrage bearbeiten
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 33 -
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Typen von JDBC Treibern
•
JDBC-ODBC Bridge Treiber
– nutzt die ODBC API, um auf ODBC Datenquellen zuzugreifen
•
Native-API Java Treiber
– ruft von Java aus Native Datenbank API auf
•
Netz-Protokoll All-Java Treiber
– benutzt Netz-Protokoll, um auf Middleware Server zuzugreifen,
der seinerseits auf Datenbank zugreift
•
Native Protocol All-Java Treiber
– direkter Aufruf des Datenbankservers über DBMS
Netzprotokoll
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 34 -
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JDBC-ODBC Datenquelle
try {
Class.forName("sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver");
} catch (Exception e) {
System.out.println("Konnte JDBC-ODBC Bridge Treiber nicht laden");
return;
}
Connection con = DriverManager.getConnection(
"jdbc:odbc:myDatabase",
"myLogin", "myPassword");
•
Treiber lassen sich mit Class.forName laden
•
Oben wird im JDK enthaltener JDBC-OBDC Bridge Treiber geladen
•
ODBC Datenquellen werden mit jdbc:odbc:Name-der-Datenquelle
referenziert
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 35 -
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Technik und Umwelt
JDBC-MSQL Datenquelle
try {
Class.forName("com.imaginary.sql.msql.MsqlDriver");
} catch (Exception e) {
System.out.println("Konnte JDBC Treiber nicht laden");
return;
}
Connection con = DriverManager.getConnection(
"jdbc:msql://machine-name:port#/database-name",
"myLogin", "myPassword");
•
Treiber lassen sich mit Class.forName laden
•
Oben Treiber für mSQL Datenbank geladen
•
Datenquellen werden allgemeiner durch URL's der Form
jdbc:subprotocol:subname referenziert
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 36 -
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DriverManager Klasse
DriverManager
static Connection getConnection(String url)
static Connection getConnection(String url, Properties info)
static Connection getConnection(String url,
String user, String password)
// verschiedene Arten Verbindung aufzubauen
...
static void registerDriver(Driver driver)
// wird von Treibern zum Registrieren verwendet
...
static void setLogWriter(PrintWriter out)
// Loggen von Informationen über JDBC Protokollverkehr
stativ void println(String message)
// Ausgabe von Messagestrings auf Logging Ausgang
…
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 37 -
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Technik und Umwelt
Verschiedene Statement-Objekte
• Statement Objekt erzeugen
Statement stmnt = con.createStatement()
• PreparedStatement Objekt erzeugen
PreparedStatement pstmnt = con.prepareStatement("...")
• CallableStatement Objekt erzeugen
CallableStatement cstmnt = con.prepareCall("...")
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 38 -
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Verwendung der verschiedenen
Statement Objektklassen
• Statement für einfache Operationen
• PreparedStatement Objekte verwenden,
wenn SQL Abfragen öfters wiederholt
werden
• CallableStatement Objekte nutzen, um
StoredProcedures auszuführen
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 39 -
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Technik und Umwelt
Datenbankabfrage über Statement Objekt
durchführen
try {
// Statement Objekt über Connection Objekt erzeugen
Statement stmt = con.createStatement();
// SQL Abfrage als String definieren
String query = "SELECT cityName, Population, Temperature" +
" FROM cityTable";
// Abfrage durch Aufruf von Methode executeQuery() durchführen
ResultSet rs = stmt.executeQuery(query);
// hier nun Ergebnisse durch Auswertung von ResultSet
// verarbeiten
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 40 -
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Technik und Umwelt
ResultSet abarbeiten
try {
...
// Abfrage durch Aufruf von Methode executeQuery() durchführen
ResultSet rs = stmt.executeQuery(query);
while (rs.next())
{
System.out.println("Stadt: " + rs.getString("cityName"));
System.out.println("Anzahl Einwohner: " +
rs.getLong("Population"));
System.out.println("Durchschnittstemperatur: " +
rs.getInt("Temperature"));
}
} catch ...
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 41 -
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Technik und Umwelt
Zugriffsmethoden und SQL Datentypen
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
getInt()
getLong()
getFloat()
getDouble()
getBignum()
getBigDecimal()
getBoolean()
getString()
getString()
getAsciiStream()
getDate()
getTime()
getTimestamp()
getObject()
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
INTEGER
BIG INT
REAL
FLOAT
DECIMAL
NUMBER
BIT
VARCHAR
CHAR
LANGVARCHAR
DATE
TIME
TIME STAMP
jeder Typ
- 42 -
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Daten in Datenbank einfügen
try {
// Statement Objekt über Connection Objekt erzeugen
Statement stmt = con.createStatement();
// SQL Statement zum Einfügen von Daten definieren
String sqlstring =
"INSERT INTO cityTable " +
"(cityName, Population, Temperature) " +
"VALUES (Karlsruhe, 275000, 15)";
// Einfügen mit Aufruf der Methode executeUpdate() durchführen
int affectedRows = stmt.executeUpdate(sqlstring);
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 43 -
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Technik und Umwelt
2-Tier Applikation mit JDBC Datenzugriff
Java Applikation
Client Maschine
JDBC
proprietäres Protokoll zu Datenbank
Rechner mit Datenbank
DBMS
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
- 44 -
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Technik und Umwelt
Klassische Multitier Architektur
Präsentationsschicht
Applikationslogik
Datenlogik
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
Datenlogik
- 45 -
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Klassische 3-Tier Architektur mit JDBC
Client
z.B. Browser
Client Maschine
HTTP, RMI, CORBA
Applikationsserver
JDBC
Server mit Middle-Tier
(Applikationslogik)
proprietäres Protokoll zu Datenbank
DBMS
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
Rechner
mit Datenbank
- 46 -
Forschungszentrum Karlsruhe
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4-Tier Architektur mit JDBC
Client
z.B. Browser
Client Maschine
HTTP
Webserver
Servlet
RMI, CORBA
Applikationsserver
JDBC
Server mit
(Applikationslogik)
proprietäres Protokoll zu Datenbank
DBMS
Clemens Düpmeier, 16.05.2016
Rechner
mit Datenbank
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