Ejemplo UDP en Java

1. Ejemplo UDP en Java import java.net.*; import java.io.*; public class UDPClient { public static void main(String args[]) { DatagramSocket socket = null; try { socket = new DatagramSocket(); byte[] m = args[0].getBytes(); InetAddress host = InetAddress.getByName(args[1]); int port = 6789; DatagramPacket req = new DatagraPacket(m, args[0].length, host, port); socket.send(req); byte[] n = new byte[1000]; DatagramPacket rep = new DatagraPacket(n, n.length); socket.receive(rep); System.out.println(“Received “+ new String (rep.getData())); } catch (SocketException e) { System.out.println(“Socket: “+e.getMessage()); } } catch (IOException e) { System.out.println(“IO: “+e.getMessage());} } finally { if (socket != null) socket.close(); } } } import java.net.*; import java.io.*; public class UDPServer { public static void main(String args[]) { DatagramSocket socket = null; try { socket = new DatagramSocket(6789); byte[] n = new byte[1000]; while (true) { DatagramPacket req = new DatagraPacket(n, n.length); socket.receive(req); DatagramPacket rep = new DatagramPacket(req.getData(), req.getLength(), req.getAddress(), req.getPort()); socket.send(rep); } } catch (SocketException e) { System.out.println(“Socket: “+e.getMessage()); } } catch (IOException e) { System.out.println(“IO: “+e.getMessage());} } finally { if (socket != null) socket.close(); } } }

2. Particularidades de UDP • Tamaño del mensaje: el recibidor debe establecer el largo del mensaje a recibir, si es más chico que el que se mandó se trunca (se puede hasta 216 pero muchos ambientes lo limitan a 8 kilobytes) • Bloqueo: la instrucción de send no bloquea Los datagramas son almacenados en una cola en el destino. Si no hay proceso esperándolos se descartan. Receive bloquea hasta que hay algo que leer de la cola o hasta el timeout • Timeouts: se pueden definir sobre el socket, por default no hay setSoTimeout. Concurrencia ? • Recibe de cualquiera: el receive no especifica de quién, así que el origen se saca del datagrama. Se puede abrir un DatagramSocket que sólo pueda mandar a una dirección y a un port connect (en qué casos es útil?)

3. Lo mismo con TCP import java.net.*; import java.io.*; public class TCPClient { public static void main(String args[]) { Socket socket = null; try { s = new Socket(args[1], 6789); DataInputStream in = new DataInputStram(s.getInputStream()); DataOutputStream out = new DataOutputStream(s.getOutputStream()); out.writeUTF(args[0]); String data = in.readUTF(); System.out.println(“Received “+ data); } catch (UnknownHostException e) { System.out.println(“Sock: “+e.getMessage()); } } catch (EOFException e) { System.out.println(“EOF: “+e.getMessage());} } catch (IOException e) { System.out.println(“IO: “+e.getMessage());} } finally { if (socket != null) try { socket.close(); } catch(IOException e) {} } } import java.net.*; import java.io.*; public class UDPServer { public static void main(String args[]) { try { DataInputStream in = null; DataOutputStream out = null; ServerSocket ss = new ServerSocket(6789); while(true) { Socket s = ss.accept(); in = new DataInputStream(s.getInputStream()); out = new OutputStream(s.getOutputStream()); String data = in.readUTF(); out.writeUTF(data); } } catch (EOFException e) { System.out.println(“EOF: “+e.getMessage());} } catch (IOException e) { System.out.println(“IO: “+e.getMessage());} } finally { if (socket != null) try { socket.close(); } catch(IOException e) {} } }

4. Particularidades de TCP • Coincidencia de datos en los extremos : • Bloqueo: hay chequeo (ack) • Fallas : TCP trata de hacer coincidir las velocidades de escritura y lectura. Si el escribidor es muy rápido, trata de bloquearlo hasta que el lector haya consumido suficiente. • Duplicación y orden de mensajes: los paquetes ip contienen identificadores correlativos que permiten al recibidor detectar duplicados o cambiados de orden • Destino de los mensajes: como se abre una conexión virtual entre ambos extremos, no es necesario especificar a quién va ya que el socket se abre con un connect

5. Qué esconde TCP • Tamaño del mensaje: Las aplicaciones deciden cuánto leer y cuánto escribir. El sistema subyacente decide cómo transmitirlo. • Mensajes Perdidos: hay chequeo (ack) • Control de flujo: TCP trata de hacer coincidir las velocidades de escritura y lectura. Si el escribidor es muy rápido, trata de bloquearlo hasta que el lector haya consumido suficiente. • Duplicación y orden de mensajes: los paquetes ip contienen identificadores correlativos que permiten al recibidor detectar duplicados o cambiados de orden • Destino de los mensajes: como se abre una conexión virtual entre ambos extremos, no es necesario especificar a quién va ya que el socket se abre con un connect

6. Problemas de TCP • Coincidencia de datos: Lo que se mande por un lado y lo que se lea (formato) debe coincidir (en especial al mandar objetos). • Bloqueo: hay que asegurarse que cundo se escribe pocos datos estos se manden si es necesario contar con ellos pronto o pueden bloquear la ejecución (buffer) • La comunicación se establece de punto a punto, así que sólo se atiende a un cliente a la vez (a menos que se haga concurrente) • Falla de la conexión: si se demora mucho en hacer el ack entonces la conexión se declara rota (se tira un IOException). En este sentido TCP no es más seguro de lo que la red lo es. • El proceso usando la conexión no puede distinguir si la falla se debe a la red o a que el proceso par se cayó • No puede saber después de la caída qué llego efectivamente a destino y qué no alcanzó a llegar

7. El esquema request-reply • Muchas veces cuando se usa TCP o UDP se modela el protocolo de comunicación entre cliente y servidor con el esquema de request-reply • Son la base para implementar middleware como RMI, RPC, CORBA o algo parecido • Se basan en un trio de primitivas de comunicación: doOperation, getRequest y sendReply Cliente Servidor doOperation (wait) (continue) getRequest (select object) (execute meth.) sendReplay

8. El esquema request-reply • Aunque a Implementación UDP tiene ventajas se han implementado ya algunas versiones en TCP: • el acknowladge de TCP es innecesario ya que se hace un reply a cada request a nivel de aplicación • se evitan los mensajes para la conexión • el control de flujo es innecesario cuando los argumentos pasados son pequeños (caben en una trama) • Un esquema en Java (Ejemplo) • public byte[] doOperation(RemoteObjectref o, int methodID, byte args) • manda una operación sobre un objeto y retorna el reply • public byte[] getRequest() • recibe un request de un cliente • public void sendReply(byte[] reply, InetAddress clientHost, int clientPort) • manda un reply a la dirección y port especificados

9. Estructura de los mensajes Tipo de mensaje int (0 = request, 1 = reply) int requestID RemoteObjectRef objectReference int methodId arreglo de bytes argumentos Representación de una referencia remota de objeto Internet Address port number time object number interface

10. 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)

11. 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 envia mensajes multicast reiterativos a tiempos regulares

12. Ejemplo de Multicast en Java 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) { } } } 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) {} } }

13. 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

14. 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

15. 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 !!!!

16. 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 ?

17. Un chat Basado en Multicast • Esquema de arquitectura peer-to-peer, no hay servidor • Arquitectura replicada • Comunicación por multicast • El grupo de chat se define por el número IP de multicast y el port acordados • Cada Participante que tiene interés debe abrir un multicast socket y lanzar/recibir paquetes a esa dirección • Dos threads: uno para leer líneas del teclado y mandarlas por el socket y otro para leer datagramas del socket y mostrar su contenido • ¿ Cuáles son los problemas y cómo solucionarlos ?