Transmisión de datos sin conexión y Multicasting
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1Universidad de Chile – Av. Tupper 2007, Santiago - Fono: 678 4888 - Fax: 698 8427 - Email: victoria.gaete @die.uchile.cl 2001
Módulo 8: Desarrollo de Aplicaciones en Redes
Transmisión de datos sin conexión y Multicasting
Capítulo 6
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Módulo 8: Desarrollo de Aplicaciones en Redes
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.
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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
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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
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message
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Mandando 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.
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Antes que el datagrama abandone al cliente, éste recibe la dirección del computador de origen y el número de socket.
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Mandando datagramas con protocolo UDP
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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.
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Mandando datagramas con protocolo UDP
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El servidor puede extraer la dirección del cliente y el número del puerto para crear otro datagrama con la respuesta.
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Mandando datagramas con protocolo UDP
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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...
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TiroPaquetes ReciboPaquetes
Mandando datagramas con protocolo UDP
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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 !!!
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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) 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);
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El Reloj Remoto
Un servidor reloj remoto estará poniendo al día el reloj con los paquetes UDP
Servidor reloj remoto
UDPClockClient.java
UDPClockServer.java
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El Servidor Reloj Remoto Múltiple
UDPClockServerThread.java
UDPClockMServer.java
Un servidor reloj remoto estará poniendo al día el reloj con los paquetes UDP
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¿ 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 Germanypackage loss entre Japan and Chilepackage loss entre Chile and Japan
Lo mismo para una red local:con un número variable de clientes
Tiro/ReciboPaquetesNoEnd
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Un cliente Ping UDP Usaremos el servidor de echo en una máquina unix el servidor de echo está
oyendo en el port 7 para UDP y para TCP No es el mismo programa servidor sino que hay 2
sockets amarrados al mismo port !pero con diferente protocolo
El cliente ping va a mandar un paquete al servidor con la hora en que se mandó y el servidor lo enviará de vuelta
Comparando la hora en el datagrama y la actual podemos ver cuánto se demoró el viaje en redondo
El programa también calculará el max/min y med
Ping.java
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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”
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El Paradigma del Multicast
PROG1
PROG2
PROG2
PROG2
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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
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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 !
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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
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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)
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Fallas en Multicast
Ya que se basa en UDP puede pasar : • Tolerancia a fallas basada en la replicación de servicios: Si los servidores parten de un mismo estado inicial y se coordinan con los updates en un orden preciso. Si un miembro no recibe el update o lo recibe en mal orden se vuelve inconsistente• Encuentro de servicios de descubrimiento de servidores: esto no es problema si las peticiones de localización se hacen reiterativamente en tiempos regulares. Así se hace en Jini• Mejor performance por datos replicados: si en vez de replicar operaciones en los datos lo que se replica es el dato mismo, estos pueden aparecer inconsistentemente en cada servidor• Propagación de eventos de notificación: El servicio de anuncio acerca de nuevos servicios en la red provisto por Jini envía mensajes multicast reiterativos a tiempos regulares
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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 Java
import 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) {} }}
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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
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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 lo procesará si pertenece al grupo
Agreement : si un proceso procesa un mensaje m el resto de los miembros del grupo también lo hará
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Reliable Multicast con IP !
• Cada proceso p mantiene un número de secuencia S(p,g) para grada 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 !!!!
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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
• ¿ Cómo se puede demostrar que esto es monotonicamente creciente ?
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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.
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Apoyo de Java para Multicast MulticastSocket: extensión de DatagramSocket
MulticastSocket( ) se amarra a cualquier port libreMulticastSocket(int port) usa port específico
Muchos socekts multicast pueden ser amarrados al mismoport! (no como en TCP o UDP)
Métodos heredados (send, receive) + 3 nuevosjoinGroup(InetAddress group)leaveGroup(InetAddress group)setTimeToLive(int ttl)
MulricastServer/client
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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
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Módulo 8: Desarrollo de Aplicaciones en Redes
Spontaneous Networking Multicasting is the right way to program systems
when the participants in the session may come and go very frecuently
This is the case of spontaneous networking with mobile devices in a room
Someone “announce” her precence 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
MulticastRegister
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Módulo 8: Desarrollo de Aplicaciones en Redes
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
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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 -> 192.1.2.255Para 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
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Módulo 8: Desarrollo de Aplicaciones en Redes
¿ 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