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Sesion 3 Sistemas Distribudos FISI UNMSM, año 2012
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Comunicacion entre procesos SSDD
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2.
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3.
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4.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Comunicación en Sistemas Distribuidos Red de comunicación es elemento fundamental para comunicación entre procesos. Dos modelos de comunicación entre procesos: Memoria compartida. zona común en que los mensajes podrán ser compartidos entre cliente y servidor , la base de datos distribuida es un ejemplo de uso. Lic. Jorge Guerra Guerra 4
5.
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6.
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7.
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8.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Uso de colas y puertos Proceso cliente Proceso cliente send Proceso cliente Proceso cliente receive send Puerto mensaje mensaje Cola de mensajes Comunicación con Comunicación con puertos colas de mensajes Lic. Jorge Guerra Guerra 9
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Tipos de paso de mensajes Paso de mensajes puro Llamada a procedimientos remotos Invocación a métodos remotos Lic. Jorge Guerra Guerra 10
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Modelo multicapa Lic. Jorge Guerra Guerra 13
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16.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Factores de Comunicación Los diferentes mecanismos de comunicación se caracterizan por los siguientes factores: Rendimiento: Latencia, ratio de transferencia, ancho de banda, ... Escalabilidad: Número de elementos activos. Fiabilidad: Pérdida de mensajes. Seguridad:Cifrado, certificación, ... Movilidad: Equipos móviles. Calidad de Servicio (QoS): Reserva y garantía de anchos de banda. Comunicación en grupo: Multicast. Lic. Jorge Guerra Guerra 16
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Fundamentos de la comunicación entre procesos Procesos en diferentes maquinas. Se requiere: Una red de comunicaciones Lenguaje común de comunicaciones Protocolo de transporte Lic. Jorge Guerra Guerra 17
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Niveles de Comunicación Lic. Jorge Guerra Guerra 18
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Tipos de comunicacion Comunicación asíncrona - el remitente continúa inmediatamente después de enviar el mensaje, el mensaje se almacena en un búfer local. Comunicación Síncrona - el remitente está bloqueado hasta que el mensaje sea almacenado en un búfer del host receptor, o efectivamente sea entregado al receptor Lic. Jorge Guerra Guerra 19
20.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Comunicación Síncrona VS Asíncrona • Una cola está asociado con cada destino del mensaje. • Los procesos de envío causaran que los mensajes se añadan a colas remotas. • Los procesos de recepción eliminaran los mensajes de las colas locales. La comunicación entre los procesos de envío y recepción puede ser sincrónica o asincrónica. Lic. Jorge Guerra Guerra 20
21.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Comunicación Sincrona Los procesos de envio y recepcion se sincronizan en cada mensaje. En este caso, El send y receive son operaciones bloqueantes: cuando un send() es ejecutado, el proceso de envío está bloqueado hasta que la recepción correspondiente se emita; cada vez que una receive() es ejecutado,se bloquea el proceso de recepción hasta que llegue un mensaje. Lic. Jorge Guerra Guerra 21
22.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Comunicación Asincrona • La operacion send() es no-bloqueante: ‣ el proceso de envío termina tan pronto como el mensaje ha sido copiado en un buffer local; ‣ la transmisión del mensaje se realiza en paralelo con el proceso de envío. • La operacion receive() puede ser bloqueante o no bloqueante: ‣ [no-bloqueante] El proceso de recepcion se realiza normalmente aun se haya ejecutado la operacion receive(); ‣ [bloqueante] procesos de recepcion se bloquean hasta que un mensaje llegue. Lic. Jorge Guerra Guerra 22
23.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Primitivas de funcion para comunicación entre procesos Lic. Jorge Guerra Guerra 23
24.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Algoritmo: Paso de Mensajes Los modelos de comunicación basados en cliente- servidor con paso de mensajes responden al esqueleto: msg CLIENTE SERVIDOR msg Send(msg) Receive(msg) msg Mensaje msg,reply; Mensaje op,ack; msg=<dato a trasmitir> receive(op); send(msg); if(validOp(op)) receive(reply); ack=<operación OK> if(isOK(reply)) else <operación correcto> ack=<operación ERROR> else send(ack); <error en operación> ... ... Lic. Jorge Guerra Guerra 24
25.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. • Direcciones IP Las direcciones IP son una serie de cuatro cifras 0..255 (4 bytes, 32 bits) separadas por puntos. Existe una dirección IP especial: 127.0.0.1 que referencia siempre nuestra máquina local. Por ello, tiene asociado el nombre "localhost". Rangos reservados: 192.168.0.0 .. 192.168.0.255 192.168.1.0 .. 192.168.1.255 Lic. Jorge Guerra Guerra 25
26.
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27.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Capas, Protocolos y Mensajes Application M M Transport Ht M Ht M Internet Hi Ht M Hi Ht M Media access Hm Hi Ht M Hm Hi Ht M Lic. Jorge Guerra Guerra 28
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Representacion del modelo TCP/IP Lic. Jorge Guerra Guerra 29
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Protocolos en TCP/IP Lic. Jorge Guerra Guerra 30
31.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Capa de transporte La capa de transporte tiene la misión de establecer la forma de enviar el mensaje producido en la capa de aplicación, para ello establece las siguientes operaciones: La división del mensaje a enviar en unidades más pequeñas denominadas paquetes. En el proceso emisor estos paquetes serán enviados mediante un criterio de transmisión determinado con destino al proceso receptor. En el proceso receptor la operación consiste en recuperar los paquetes recibidos y mediante un algoritmo de reconstrucción regenerar el mensaje original. Lic. Jorge Guerra Guerra 31
32.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Tipos de servicios en Capa de transporte Servicios orientados a conexión envío de paquetes en forma secuencial camino o ruta de envío predefinida entre cliente/servidor (stream) capacidad de retransmisión es confiable y es poco probable la perdida de paquetes el algoritmo de recuperación del mensaje recibido es sencillo Lic. Jorge Guerra Guerra 32
33.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Tipos de servicios en Capa de transporte Servicios orientados a no conexión No hay camino predeterminado entre cliente y servidor La transmisión de los mensajes es de tipo paralela o simultánea Cada paquete toma su propio camino para llegar a su destino Es poco confiable El algoritmo de recuperación del mensajes es más complejo utilizando para ello un algoritmo de ordenamiento Lic. Jorge Guerra Guerra 33
34.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Datagramas En Internet, la información se transmite mediante datagramas. La información se divide en paquetes, denominados datagramas IP. Cada paquete puede seguir un camino diferente desde el origen hasta el destino, pueden llegar en distinto orden de cuando se enviaron, o no llegar. Lic. Jorge Guerra Guerra 34
35.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. TCP y UDP para Cliente / Servidor request response UDP TCP T/TCP Lic. Jorge Guerra Guerra 35
36.
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37.
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Como funciona el socket Lic. Jorge Guerra Guerra 37
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Socket dentro del modelo TCP/IP Lic. Jorge Guerra Guerra 38
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Atributos de un socket Dominio: Especifica el medio de comunicación de la red que el socket va a utilizar Tipo: Define las características de la comunicación entre procesos en la que es usado un socket, es decir el tipo de comunicación que se realizara entre cliente y servidor. Protocolo: La capa de transporte proporciona el protocolo necesario para el uso del socket. Lic. Jorge Guerra Guerra 39
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Tipos de Socket Socket UDP Socket TCP Socket Raw Socket SeqSocket Lic. Jorge Guerra Guerra 40
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Flujograma de sockets UDP Lic. Jorge Guerra Guerra 41
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Flujograma de sockets TCP Lic. Jorge Guerra Guerra 42
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets en Java Engloba en objetos cada una de las estructuras de la comunicación. Las funciones se tratan como métodos de dichos objetos: InetAddress Socket DatagramSocket ServerSocket Connection DatagramPacket Define un nivel de abstracción mayor, proporcionando constructores que realizan parte del proceso de inicialización de los elementos. Lic. Jorge Guerra Guerra 43
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Clases de comunicaciones-paquete java.net Lic. Jorge Guerra Guerra 44
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets en Java(Direccionamiento) Las direcciones de Internet se asocian a objetos de la clase InetAddress. Estos objetos se construyen en base a métodos estáticos de la clase: static InetAddress getByName(String host) Obtiene una dirección IP en base al nombre (dominios o números). static InetAddress getLocalHost() Obtiene la dirección IP local. Lic. Jorge Guerra Guerra 45
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets en Java (UDP) La información a trasmitir se asocia a un objetos de la clase DatagramPacket. Estos objetos se construyen con un array de bytes a transmitir: Lic. Jorge Guerra Guerra 46
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets en Java (UDP) La comunicación vía UDP se realiza por medio de objetos de la clase DatagramSocket. DatagramSocket(int puerto,InetAddress dir) Crea un socket UDP con un bind a la dirección y puerto indicados. Dirección y puerto son opcionales (se elige uno libre). void send(DatagramPacket paquete) Envía el datagrama a la dirección del paquete. void receive(DatagramPacket paquete) Se bloquea hasta la recepción del datagrama. Lic. Jorge Guerra Guerra 48
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets en Java (TCP) Se utilizan dos clases de socket (una para el cliente y otra para socket servidor). Para el cliente: Socket(InetAddress dir, int puerto) Crea un socket stream para el cliente conectado con la dirección y puerto indicados. Existen otros constructores con diferentes argumentos. Para el servidor: ServerSocket(int puerto) Crea un socket stream para el servidor. Existen otros constructores con diferentes argumentos. Socket accept() Prepara la conexión y se bloquea a espera de conexiones. Equivale a listen y accept de BSD Sockets. Devuelve un Socket. Lic. Jorge Guerra Guerra 49
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Usando InputStream y OutputStream en TCP Lic. Jorge Guerra Guerra 53
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Cliente-servidor con sockets streams de Java Lic. Jorge Guerra Guerra 54
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Clases URL / URLConnection Estas clases tienen la misma funcionalidad que las clases Socket y ServerSocket, pero son más sencillas de utilizar (más alto nivel). Nos permiten establecer una conexión con cualquier recurso de Internet y descargar su contenido, así como conectar dos ordenadores y transferir datos mediante flujos (streams). Lic. Jorge Guerra Guerra 55
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets en .NET Implementación en C#
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Absolute Basics All socket services in System.Net.Sockets namespace System.Net provides services for DNS, IP Addresses, HTTP services etc Lic. Jorge Guerra Guerra 58
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets TCP (lado servidor) La creación de un servidor TCP no resulta demasiado complicada. En primer lugar, debemos establecer el socket a través del cual el servidor aceptará peticiones, para lo cual nos hace falta una dirección IP (la correspondiente a la máquina en la que se ejecute el servidor) y un número de puerto TCP: // DNS: nombre del host -> dirección IP IPHostEntry ipHostInfo = Dns.Resolve(Dns.GetHostName()); IPAddress ipAddress = ipHostInfo.AddressList[0]; // Puerto IPEndPoint localEndPoint = new IPEndPoint(ipAddress, 11000); Lic. Jorge Guerra Guerra 59
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Creando un Socket Must specify address family, socket type and protocol type Address Family: InterNetwork (Addr for IP Ver 4).. InterNetworkV6 (ver 6) Socket Type: Stream, Dgram, Raw etc Protocol Type: Tcp, Udp Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); Lic. Jorge Guerra Guerra 60
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets TCP (lado servidor) Una vez que tenemos el puerto a través del cual aceptaremos conexiones, creamos físicamente el socket y lo configuramos para que pueda aceptar conexiones: El método Listen pone el socket en estado de escucha y su parámetro establece la longitud máxima de la cola de conexiones pendientes que puede tener el servidor antes de empezar a rechazar conexiones [backlog, en inglés]. Socket listener = new Socket ( AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp ); listener.Bind(localEndPoint); listener.Listen(100); Lic. Jorge Guerra Guerra 61
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets TCP (lado servidor) A continuación, nos quedamos esperando a que un cliente establezca una conexión con nuestro servidor. El método Accept extrae la primera petición de la cola asociada al servidor y devuelve un nuevo socket que podemos utilizar para comunicarnos con el cliente: Socket handler = listener.Accept(); En este caso hemos utilizado los sockets de la forma tradicional (la misma que originalmente se ideó en la distribución BSD de UNIX): el servidor se queda esperando al llamar a Accept hasta que llegue alguna petición. En Windows, no obstante, también podríamos haber utilizado sockets de forma asíncrona, para evitar que el servidor quede bloqueado indefinidamente. Lic. Jorge Guerra Guerra 62
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Next Step..Creating a data pipe What we need… IP address and port number 162.312.324.400:8000 What we have… a more user friendly web address What we need is known in C# as an Endpoint…there is an Endpoint Class for each family, for IP addresses the class is known as IPEndPoint Lic. Jorge Guerra Guerra 63
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets TCP (lado servidor) Cuando la llamada a Accept devuelve un nuevo socket, entonces podemos realizar la tarea para la cual hayamos diseñado nuestro servidor. Por ejemplo, podemos construir un servidor que haga de eco, devolviéndole al cliente lo mismo que éste le envíe: byte[] bytes = new byte[1024]; int count; String data = ""; do { count = handler.Receive(bytes); data += System.Text.Encoding.ASCII.GetString(bytes,0,count); } while ( data.IndexOf("<FIN>") == -1 ); // Eco Console.WriteLine( "Texto recibido received : {0}", data); byte[] msg = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(data); handler.Send(msg); handler.Shutdown(SocketShutdown.Both); handler.Close(); Lic. Jorge Guerra Guerra 64
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Creating the EndPoint... Give user friendly address to Dns.Resolve Returns a list of addresses… select one Use the address to create the EndPoint IPHostEntry iphost= Dns.Resolve (“http://ist.psu.edu”); IPAddress ip=iphost.AddressList[0]; IPEndPoint EndPoint=new IPEndPoint(ip, portnumber); s.Connect(EndPoint) (note that port number must be Int16..use System.Convert.ToInt16) Lic. Jorge Guerra Guerra 65
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sending Data The Send method can send data through a CONNECTED socket byte[] msg = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes("This is a test"); int bytesSent = s.Send(msg); Lic. Jorge Guerra Guerra 66
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Receiving Data We use the Receive method (similar to Send) byte[] bytes = new byte[1024]; s.Receive(bytes); //Displays to the screen. Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(bytes)); Lic. Jorge Guerra Guerra 67
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. TCPListener La plataforma .NET incluye una clase auxiliar denominada TcpListener que simplifica algo la creación de servidores TCP, si bien internamente se sigue haciendo lo mismo: TcpListener listener = new TcpListener(11000); listener.Start(); TcpClient client = listener.AcceptTcpClient(); ... La única diferencia reseñable es que ahora, en vez de utilizar Send y Receive, el objeto de tipo TcpClient dispone de un stream a través del cual leemos y escribimos datos. Lic. Jorge Guerra Guerra 68
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets TCP (lado cliente) string mensaje = "Hola... <FIN>"; string respuesta; Byte[] SendBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(mensaje); Byte[] RecvBytes = new Byte[256]; int bytes; // DNS IPAddress address = Dns.Resolve("localhost").AddressList[0]; // EndPoint IPEndPoint EPhost = new IPEndPoint(address, 11000); // Socket Socket socket = new Socket ( AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp ); // Conexión try { socket.Connect (EPhost); socket.Send( SendBytes, SendBytes.Length, SocketFlags.None); bytes = socket.Receive ( RecvBytes, RecvBytes.Length, SocketFlags.None); respuesta = Encoding.ASCII.GetString (RecvBytes, 0, bytes); while (bytes > 0) { bytes = socket.Receive ( RecvBytes, RecvBytes.Length, SocketFlags.None); respuesta += Encoding.ASCII.GetString (RecvBytes, 0, bytes); } Console.WriteLine(respuesta); } catch (Exception error) { Console.WriteLine("ERROR - "+error); Jorge Guerra Guerra Lic. 69 }
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. TCPClient string mensaje = "Hola... <FIN>"; string respuesta; Byte[] SendBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(mensaje); Byte[] RecvBytes = new Byte[256]; int bytes; // Cliente TCP TcpClient client = new TcpClient(); NetworkStream stream; // Conexión try { client.Connect("localhost",11000); stream = client.GetStream(); stream.Write ( SendBytes, 0,SendBytes.Length ); bytes = stream.Read ( RecvBytes, 0, RecvBytes.Length); respuesta = Encoding.ASCII.GetString (RecvBytes, 0, bytes); while (bytes > 0) { bytes = stream.Read ( RecvBytes, 0, RecvBytes.Length ); respuesta += Encoding.ASCII.GetString (RecvBytes, 0, bytes); } Console.WriteLine(respuesta); } catch (Exception error) { Console.WriteLine("ERROR - "+error); } Lic. Jorge Guerra Guerra 70
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Sockets UDP (fragmento de codigo) IPAddress broadcastAddress = IPAddress.Parse("150.214.191.255"); string host = Dns.GetHostName(); IPAddress localAddress = Dns.GetHostByName(host).AddressList[0]; int Port = 11000; Thread listener; // Hebra empleada // para recibir mensajes bool fin = false; // Flag empleado para terminar la ejecución de la hebra Arranque private void ChatForm_Load (object sender, System.EventArgs e) { ThreadStart start = new ThreadStart(Listener); listener = new Thread(start); listener.Start(); } private void Listener() { while (!fin) { ... } } // Detención private void ChatForm_Closed (object sender, System.EventArgs e) { fin = true; Send("FIN"); Lic. Jorge Guerra Guerra 71 listener.Join(); }
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Envio de mensajes UDP private void Send (string message) { IPEndPoint ep; Socket socket; ep = new IPEndPoint(broadcastAddress, Port); socket = new Socket ( localAddress.AddressFamily, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp); byte[] msg = Encoding.Default.GetBytes( message ); try { socket.SendTo ( msg, 0, msg.Length, SocketFlags.None, ep); } catch (Exception e) { MessageBox.Show( e.ToString(), "Error enviando datos"); } } Lic. Jorge Guerra Guerra 72
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Recepción Socket UDP private void Listener() { IPEndPoint localEP; Socket socket; localEP = new IPEndPoint(localAddress, Port); socket = new Socket ( localAddress.AddressFamily, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp); try{ socket.Bind(localEP); while (!fin) { // Buffer para recibir el mensaje byte[] buffer = new byte[1024]; // IPEndPoint para identificar al emisor IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any,0); EndPoint remoteEP = (EndPoint) sender; // Recepción del mensaje (ojo: bloquea al receptor) socket.ReceiveFrom (buffer, ref remoteEP); string mensaje = Encoding.Default.GetString(buffer); textBoxDialog.AppendText(mensaje); } } catch (Exception e) { MessageBox.Show( e.ToString(), Guerra Guerra Lic. Jorge "Error recibiendo datos"); } } 73
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PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Shutdown sockets The SocketShutdown enumeration defines constants that indicate whether the socket should be closed for sending, for receiving, or for both. Call the Close method to free all managed and unmanaged resources associated with the Socket s.Shutdown(SocketShutdown.Both); s.Close(); Lic. Jorge Guerra Guerra 74
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