Comunicación Servidor-Cliente sin conexión

• Hasta ahora hemos visto cómo se logran comunicar 2 programas estableciendo entre ellos un circuito virtual a través de una conexión TCP/IP.

• Sabemos que en una conexión de este tipo se genera mucho tráfico y que la comunicación es más lenta, ya que el protocolo subyacente de confirmación, retransmisión, descarte y/o reordenación de paquetes se basa en mensajes de datagramas.

• Habíamos visto que a veces el usuario debería optar por una transmisión sin conexión, especialmente si no es necesario garantizar la llegada de todos los datagramas.

• Para eso existen en JAVA todos lor recursos de modo de mandar un datagrama aislado a un destinatario dado.

Manejo de Datagramas en JAVA

• La comunicación se basa en armar paquetes UDP y enviarlos a la internet con la siguiente información:– Datos: un arreglo de bytes– Número de port del destinatario: int– Dirección Internet del destinatario: InetAddress

• El servidor se pone a escuchar en un socket dado si hay paquetes destinados a él.

• El cliente arma un paquete y lo lanza a la internet.• El servidor recibe el paquete y extrae los datos, número de

port y dirección internet del enviador.• Si necesita responder manda un paquete a la dirección (port

y dirección internet) que venía en el paquete recibido

UDP: comunicación con datagramasDATAGRAMA: un mensaje independiente, autocontenido, enviado a través de la internet internet, cuya llegada, tiempo de llegada y contenido no están garantizados (como el cooreo regular en algunos países....)Una vez que un servidor está escuchando, el cliente podría crear un datagrama con la dirección del servidor, número de puerto y el mensaje.

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

www.waseda1.jp

message

4444

www.waseda2.jp

?

Enviando datagramas con protocolo UDP

Luego éste podría abrir un socket y enviar el datagrama a la internet. El “algoritmo de enrutamiento” encontrará el camino al computador blanco.

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

?

Antes que el datagrama abandone al cliente, éste recibe la dirección del computador de origen y el número de socket.

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

!

Enviando datagramas con protocolo UDP

Luego de que el datagrama es enviado, el computador del cliente puede empezar a escuchar en el puerto creado para enviar el datagrama si es que se espera una respuesta del servidor.

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

?

Enviando datagramas con protocolo UDP

El servidor puede extraer la dirección del cliente y el número del puerto para crear otro datagrama con la respuesta.

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

answer

?

Enviando datagramas con protocolo UDP

Finalmente el datagrama es enviado con la respuesta al “cliente”. Cuando un datagrama es enviado no hay garantía de que llegará al su destino. Si se desea comunicación confiable, debera proveerse de un mecanismo de chequeo, o usar...

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

?

TiroPaquetes ReciboPaquetes

Enviando datagramas con protocolo UDP

Clases para Datagramas en JAVA: envío

• Definición: Un datagrama es un mensaje independiente, autocontenido que se manda de un programa a otro por la red pero que su llegada, tiempo de llegada y contenido no estan garantizados.

• Crear un socket por donde mandar el datagrama – DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

• Crear y armar el datagrama– byte[] datos = new byte[256];– InetAddress direccion = InetAddress.getByName(“www.ctc.cl”);– DatagramPacket paquete = new DatagramPacket(datos,

datos.length,direccion,4444);

• Mandarlo– ds.send(paquete);

• Esperar respuesta– socket.receive(packet); //limpiarlo antes !!!

Clases para Datagramas en JAVA: recepción

• Para poder recibir tengo que escuchar en un port acordado (ya que de otra manera no hay cómo ponerse de acuerdo)– DatagramSocket socket = new DatagramSocket(4444);

• Preparar un Datagrama para recibir datos– byte[] datos = new byte[256];– DatagramPacket paquete = new DatagramPacket(datos,datos.length);

• Ponerse a escuchar si alguien manda un datagrama a este computador a este port– socket .receive(paquete);

• Sacar los datos, el port y la dirección de donde venía– int port = paquete.getPort();– InetAddress dirección = paquete getAddress();– String contenido = new String(paquete.getData());

• Mandar una respuesta– DatagramPacket respuesta = new DatagramPacket(datos,

datos.length, port, direccion);

Ejemplo: El Reloj Remoto

Un servidor reloj remoto estará poniendo al día el reloj con los paquetes UDP

Servidor reloj remoto

UDPClockClient.java

UDPClockServer.java

El Servidor Reloj Remoto Múltiple

UDPClockServerThread.java

UDPClockMServer.java

Un servidor reloj remoto estará poniendo al día el reloj con los paquetes UDP

¿ Qué hay de la pérdida de paquetes ?

• Datagramas UDP pueden perderse como los paquetes de internet

• Podemos ver esto numerando los paquetes • Hagamos experimentos:

– package loss entre Chile and Germany– package loss entre Japan and Chile– package loss entre Chile and Japan

• Lo mismo para una red local:– con un número variable de clientes

Tiro/ReciboPaquetesNoEnd

Multicasting• Qué pasa cuando se quiere hacer un broadcasting de

datos demasiado pesados ?• Por cada cliente, el servidor queda mucho rato

“pegado” escribiendo datos.• Imáginémonos ahora la situación en una

videoconferencia: se trata de transmitir varios frames de video por segundo a una cantidad grande de “oyentes” => no es posible en la práctica!

• En el Multicasting se trata de transmitir una sola vez la información a un punto en la internet, y desde ahí la leen los clientes.

• Esto implica que el hardware (el de la red, se entiende) debe ser “multicastingable”

El Paradigma del Multicast

PROG1

PROG2

PROG2

PROG2

Multicast & Broadcast• Multicast & Broadcast son protocolos que

permiten a una aplicación poner un paquete único en la red el cual será recibido por varias aplicaciones

• Broadcast trabaja sólo dentro de la red local. Un paquete mandado por broadcast lo recibirán todos.

• Requiere soporte de hardware de la red local. • Un paquete de multicast sólo lo recibirán los

programas que se registraron para ello previamente

• Multicast requiere apoyo en el host y los routers

Multicast• Multicast en Java es similar a UDP excepto que el

envío-recibo de paquetes debe ser implementado para una dirección IP en el rango (224.0.0.0 - 239.255.255)

• Para poder recibir paquetes de multicast el cliente debe haber previamente haber expresado su interes en unirse a un grupo multicast identificado por una direccion IP multicast y un port.

• La red (es decir los ruteadores) se encargarán de transmitir los paquetes a todas las aplicaciones interesadas en la internet (teóricamente!)

• Cualquier aplicación puede mandar paquetes al grupo !

Qué pasa cuando se lanza un paquete

• El paquete será tomado por todas las máquinas de la red local interesadas.

• Además, los ruteadores tomarán el paquete y lo mandarán a las redes vecinas si hay una aplicación interesada

• El determinar si hay una aplicación interesada en las redes adyacentes añade una complejidad significativa al algoritmo de ruteo

• El problema es cómo va a saber el ruteador si una vecina a la vecina está interesada

• Esto requiere el almacenaje de mayor información en las tablas de ruteo

Apoyo de Java para Multicast

• MulticastSocket: extensión de DatagramSocket– MulticastSocket( ) se amarra a cualquier port libre– MulticastSocket(int port) usa port específico

• Muchos socekts multicast pueden ser amarrados al mismoport! (no como en TCP o UDP)

• Métodos heredados (send, receive) + 3 nuevos– joinGroup(InetAddress group)– leaveGroup(InetAddress group)– setTimeToLive(int ttl)

import java.io.*;import java.net.*;public class MulticastClient { public static void main(String[] args) throws IOException { MulticastSocket socket = new MulticastSocket(4446);

InetAddress address = InetAddress.getByName("224.2.2.3");

socket.joinGroup(address);

byte[] buf = new byte[256];DatagramPacket packet;

while(true) { packet = new DatagramPacket(buf, buf.length); socket.receive(packet);

String received = new String(packet.getData()); System.out.println("Received: " + received); try {

Thread.currentThread().sleep(0); }catch (InterruptedException e) {

} }}

Ejemplo de Multicast en Javaimport java.io.*;import java.net.*;import java.util.*;public class MulticastServer { static public void main(String args[]) { DatagramSocket socket = null; BufferedReader in = null; boolean moreQuotes = true; try { socket = new DatagramSocket(); while (true) { InetAddress grupo = InetAddress.getByName("224.2.2.3"); for (int i=1; i< 1000; i++) { String dString = i+"--"+(InetAddress.getLocalHost()); byte[] buf = dString.getBytes();

DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, grupo, 4446); socket.send(packet); try {

Thread.currentThread().sleep(200); }catch (InterruptedException e) {}

} } } catch (IOException e) {} }}

Sending video by Multicast

MulticastMovieServer

MulticastMovieClient

Un Chat basado en Multicast• No hay servidor.• Cada participante corre el mismo

programa uniéndose al grupo multicast• Los mensajes salen como datagramas

“multicast” a la red, por lo cual cualquier aplicación interesada lo recibirá

• No hay garantía de si llegará, en cuanto rato, en qué órden ni si se duplicarán !

MulticastChat

Comunicación de Grupo con Multicast

Provee: • Tolerancia a fallas basada en la replicidad de servicios: un servicio replicado consiste en un grupo de servidores. El cliente manda el request a todos los servidores que realizan la misma operación. • Encuentro de servicios de descubrimiento de servidores: clientes y servidores usan mensajes de multicast para localizar servicios presentes en la red para poder registrar sus interfaces y y hacer lookup de interfaces de otros servicios• Mejor performance por datos replicados: a veces se replican los datos en los computadores cliente (cache) cuando estos varían el servidor manda mensajes por multicast• Propagación de eventos de notificación: para notificar a procesos interesados en ciertos eventos que estos tuvieron lugar (jini)

Modelo de Multicast para grupos Multicast tiene cualidades que lo hacen más eficiente para transmitir un mensaje a varios miembros de un grupo

Modelo: message(g,m) : operación de transmisión de un

mensaje m a los miembros de un grupo g deliver(m) : operación de proceso de mensaje m sender(m) : identificación del que manda el mensaje group(m) : grupo de destino del mensaje open/closed group : el grupo puede/no puede recibir mensajes mandados por un por un miembro que no pertenece al grupo

Spontaneous Networking

• Multicasting is the right way to program systems when the participants in the session may come and go very frequently

• This is the case of spontaneous networking with mobile devices in a room

• Someone “announce” her presence to the other members by sending message to all at regular intervals

• The fact that someone has left is recorded by the others when there have been no messages from her since a certain period of time

An Awareness Example

• The MulticastRegister program will show all people participating in the multicast group

• It implements a thread that will send every second a packet with the client's identification

• It starts 3 other threads:– ReceiveThread: will listen to packets sent by other members of

the group. When it receives one, it will register it in a vector containing a pair (participant-id, time) with the time the last packet received from a participant was received

– ChckThread: check the vector every 2 seconds the vector and deletes the entries from the participants whose last package was received more than 10 seconds ago

– RefreshThread: it simply refreshes the list showing the active participants according to the vector’s content

Reliable Multicast Reliable multicast implica que se cumplen 3 propiedades:

Integridad: el mensaje que se manda es igual al que se procesa y que ningún mensaje es procesado dos veces. Un proceso p hace la operación deliver(m) una sola vez y p group(m)

Validez : si un proceso manda un mensaje multicast, tarde o temprano él también lo procesará si pertenece al grupo

Agreement : si un proceso procesa un mensaje m el resto de los miembros del grupo también lo hará

Reliable Multicast con IP !• Cada proceso p mantiene un número de secuencia S(p,g) para cada grupo g al que pertenece. • También mantiene un registro R(q,g) que es el número de secuencia del último mensaje procesado del proceso q que mandó al grupo g. • Cuando p quiere mandar un mensaje a g incluye el número S(p,g) y pares <q,R(q,g)>, luego incrementa S(p,g). • Un proceso del grupo procesa el mensaje mandado por p sólo si el S = R(p,g) +1• Si S <= R(p,g) es un mensaje repetido y lo descarta• Si S > R(p,g) + 1 significa que perdió un mensaje y manda un ack negativo para que lo mande de nuevo. • Integridad se alcanza por la detección de duplicados y los checkeos de IP en los datagramas. Validez por propiedad de IP. Agreement implica que los procesos siempre guardan copias de mensajes enviados para enviarlos de nuevo • para que esto funcione los proceso no deben fallar !!!!

Ordenando los mensajes de Multicast

• Se usa un cola de mensajes multicast para guardarlos antes de procesarlos. Se trata de asignar un número de secuencia para cada mensaje en el cual todos estén de acuerdo. Cada proceso q en un grupo g mantiene un número A(q,g), el más grande de la secuencia acordada que se ha observado para un grupo g y P(q,g) el mayor de la secuencia propia. Cuando p quiere mandar un mensaje:

• Manda en forma segura <m,i> siendo m el mensaje e i un identificador único para m• cada proceso q responde a p con una proposición para acordar un número de secuencia para ese mensaje P(q,g) = Max(A(q,g), P(q,g))+1. Cada proceso guarda en su cola el mensaje con el número de secuencia que propuso provisionalmente ordenado de menor a mayor número de secuencia• p recolecta todos los números de secuencia propuestos y selecciona el mayor a como el que se usará definitivamente y lo transmite en un mensaje broadcast seguro <i,a>• cada proceso entonces ordena la cola de mensajes antes de procesarlos según los números de secuencia acordados

Time to Live

• Los paquetes multicast incluyen (como todos los paquetes de internet) un campo TTL que en este caso adquiere la importancia de evitar que se propague demasiado por la internet

• Por esto también es posible en java definir el TTL que saldrán de un socket dado.

MBone• Multicast no está muy difundida en la internet. Esto

es por un lado porque se genera muho tráfico y, por el otro, la ausencia de ruteadores con el protocolo IGMP

• Hay una subred llamada MBone que comunica islas de redes multicas permitiéndo que los paquetes multicast viajen entre ellas a través de túneles.

• Un tunel omunica los routers de dos redes que no están físicamente adjacentes.

• Los paquetes serán pasados de una red a otra como si estuvieran conectados físicamentes

Broadcast• Broadcast es similar a Multicast pero en una red

local• Cada red basada en broadcast (como ethernet) tiene

una dirección de broadcast IP. Cualquier mensaje mandado a esta dirección será recibido por todos los coputadores de esa red.

• Usualmente esta es la última dirección IP de la subred: – Clase C: 192.1.2.0 -> 192.1.2.255– Para una subred de 16 hosts 197.84.66.192 ->

197.84.66.207 • Se debe en todo caso especificar el número de port

UDPBroadcastClient/Server

¿ Broadcast o Multicast ?• Si se puede elegir es mejor usar multicast

porque moleta sólo a las máquinas interesadas. • A veces es necesario tener privilegios sobre la

red para usar la direccion multicast.• Multicast permite definir varios grupos dentro

de la misma red • El tráfico generado es el mismo: se pone un

paquete en la red pero todos lo leerán• Broadcast no tiene absolutamente ningúna

diferencia con UDP en Java. Sólo la dirección IP es especial