Server-Client communication without connection

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Server-Client communication without connection

• When the communication consists of sending and/or
  receiving datagram packets instead of a data
  stream it is called a connectionless
  communication
• This means there is no virtual link created
  between both end of a communication.
• This is very near to how the packages are
  actually delivered over the over the internet.
• This is why the arriving, order or uniqueness of
  packages cannot be guaranteed.

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Datagram management with JAVA

• Communication is based on assembling UDP packages
  and sending them to the interent. An UDP package
  consists of
• Data a bytes array
• Destination Port int
• Destination Address InetAddress
• A server start by listening at a certain port for
  packages.
• The client assembles a packages and send it to
  the net.
• The server receives the package (routed by the
  net to its final destination) and extracts the
  data.
• If the server needs to answer, it extracts the
  sender address and port (the client must be
  listening for packages)

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Classes for Datagrams in Java Send

• Create a socket for sending a Datagram to the
  internet
• DatagramSocket ds new DatagramSocket()
• Create and assemble the Datagram
• byte data new byte256
• InetAddress address InetAddress.getByName(www.c
  tc.cl)
• DatagramPacket pack new DatagramPacket(data,
  data.length,address,4444)
• Send
• ds.send(pack)
• Wait for an answer
• socket.receive(pack) //make sure it is clean
  before, perhaps by using a new one !!!

EchoUDPClient DateUDPClient
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Classes for Datagrams in Java Receive

• Start listening for Datagrams on a certain socket
• socket new DatagramSocket(4444)
• Preparing a Datagram for receiving data
• byte data new byte256
• DatagramPacket pack new DatagramPacket(data,data
  .length)
• Start listening for a package
• socket .receive(pack)
• Obtaining the data and address and port of sender
• int port pack.getPort()
• InetAddress address pack getAddress()
• String content new String(pack.getData())
• Or just by using the data variable which points
  to the byte-array

DateUDPServer EchoUDPServer
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An UDP Ping Client

• We will use the echo server by default
• In a unix machine there is normally an echo
  server listening at port 7 for UDP and for TCP
  requests
• It is not the same server, but it is possible to
  open 2 sever sockets for the same port but for
  different protocols
• The Ping client will send a package to the server
  with time of issue, which will be returned by the
  server
• By comparing time in the Datagram and current
  time we can have the round-trip delay
• The program will also calculate max/min and avg

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 gt 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
PROG2
PROG1
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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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)

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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 byte256 DatagramPacket packet while(tru
e) 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 i1 ilt 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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Sending video by Multicast
MulticastMovieServer
MulticastMovieClient
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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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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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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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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

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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
  vectors content

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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 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
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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 ltq,R(q,g)gt, 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 lt R(p,g) es un mensaje repetido y lo
  descarta
• Si S gt 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 ltm,igt 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 lti,agt
• cada proceso entonces ordena la cola de mensajes
  antes de procesarlos según los números de
  secuencia acordados

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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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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 -gt 192.1.2.255
• Para una subred de 16 hosts 197.84.66.192 -gt
  197.84.66.207
• Se debe en todo caso especificar el número de
  port

UDPBroadcastClient/Server
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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