Server-Client communication without connection

1. 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.

2. 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)

3. 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 byte[256]; • InetAddress address = InetAddress.getByName(“www.ctc.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

4. 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 byte[256]; • 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

5. 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

6. 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”

7. El Paradigma del Multicast PROG2 PROG1 PROG2 PROG2

8. 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

9. 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 !

10. 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

11. 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)

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. Sending video by Multicast MulticastMovieServer MulticastMovieClient

14. 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

15. 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)

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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 !!!!

21. 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

22. 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.

23. 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

24. 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

25. ¿ 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