Passagem de Mensagens
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- Kléber Bento Macedo
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1 Passagem de Mensagens Francisco José da Silva e Silva Laboratório de Sistemas Distribuídos (LSD) Departamento de Informática / UFMA 22 de novembro de 2011 Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
2 Agenda 1 Protocolos em Camadas 2 Passagem de Mensagens 3 Sockets 4 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Java Sockets sem Conexão Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
3 Protocolos em Camadas Protocolos em Camadas Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
4 Protocolos em Camadas Modelo de Referência ISO/OSI International Standards Organization Open Systems Interconnection model Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application protocol Presentation protocol Session protocol Transport protocol Network protocol Data link protocol Physical protocol Network Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
5 Protocolos em Camadas Camadas do Modelo ISO/OSI Camada Física Move bits através de um meio físico; Define as características elétricas e mecânicas do meio, taxa de transferência dos bits, conectores, etc. Camada de enlace de Dados Agrupa bits em quadros (frames) e verifica se foram transmitidos corretamente; Controle de Acesso ao Meio (ex. CSMA/CD): tipicamente em LANs; Controle lógico de enlace Confirmação (ack) e retransmissão de quadros; Controle da quantidade e velocidade de transmissão de informações na rede. Camada de Rede Movimenta pacotes a partir de sua fonte original até seu destino através de um ou mais enlaces, caso necessário; Define como dispositivos de rede descobrem uns aos outros e como os pacotes são roteados até seu destino final. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
6 Protocolos em Camadas Camadas do Modelo ISO/OSI Camada de Transporte Determina a classe de serviço necessária: Orientada a conexão e com controle de erro e serviço de confirmação (acknowledgment); Sem conexões e nem confiabilidade. Camada de Seção Disponibiliza serviços como, por exemplo, pontos de controle (checkpoint) periódicos a partir dos quais a comunicação pode ser re-estabelecida em caso de pane na rede. Camada de Apresentação Define como inteiros, mensagens de texto e outros dados são codificados e transmitidos na rede; Isso permite que computadores com arquitetura de hardware e SOs diferentes troquem informação. Camada de Aplicação Transmitem informações específicas para uma dada aplicação; Exemplos: FTP (File Transfer Protocol), HTTP (Hypertext Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
7 Passagem de Mensagens Passagem de Mensagens Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
8 Passagem de Mensagens Comunicação Interprocessos A comunicação entre um par de processos em um ambiente distribuído envolve: A transferência de dados do ambiente do processo emissor para o ambiente do processo receptor; Em algumas operações de comunicação, a sincronização das atividades de envio e recepção, de forma a impedir que o processo emissor ou receptor progrida até que o outro processo realize uma ação que o libere. O mecanismo de passagem de mensagens permite que dois processos se comuniquem através da cópia do dado a ser compartilhado do espaço de endereçamento do emissor para o do receptor; Isto é realizado enviando-se uma mensagem de um processo a outro contendo o dado a ser compartilhado; Esta forma de comunicação é mais comum quando os processos não compartilham memória. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
9 Passagem de Mensagens Primitivas de Passagem de Mensagem Send (destino, mensagem); Receive (origem, mensagem); Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
10 Passagem de Mensagens Organização do Sistema de Comunicação em Rede Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
11 Passagem de Mensagens Classificação das Primitivas de Passagem de Mensagem Persistente Uma mensagem que tenha sido enviada permanece armazenada no sistema de comunicação o tempo necessário até que seja entregue ao destinatário; Portanto, não é necessário que o emissor continue executando depois da submissão da mensagem nem que o receptor esteja executando quando do envio da mensagem. Transiente A mensagem é armazenada pelo sistema de comunicação apenas enquanto o emissor e receptor estiverem executando; Se um servidor de comunicação não puder entregar a mensagem ao próximo servidor ela é simplesmente descartada. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
12 Passagem de Mensagens Classificação das Primitivas de Passagem de Mensagem Assíncrona O emissor pode continuar sua execução após ter submetido a mensagem para transmissão. Síncrona O emissor é bloqueado até que a mensagem tenha sido armazenada em um buffer local no nó destino ou até que tenha sido efetivamente entregue ao destinatário. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
13 Passagem de Mensagens Endereçamento nas Primitivas de Passagem de Mensagem: Nome Simétrico Send (destino, mensagem); Receive (origem, mensagem); Utiliza-se nomes de processos. Em um sistema distribuído isto pode ser: Um único caminho de comunicação direto é criado: Este esquema é também conhecido como endereçamento simétrico já que tanto o processo emissor quanto o receptor devem explicitamente identificar o nome nas primitivas de comunicação. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
14 Passagem de Mensagens Endereçamento nas Primitivas de Passagem de Mensagem: Nome Assimétrico Pode ser conveniente receber mensagens de fontes desconhecidas. Neste caso, o endereço origem da primitiva Receive é uma variável de entrada que recebe o identificador do processo emissor. O endereçamento torna-se assimétrico. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
15 Passagem de Mensagens Endereçamento nas Primitivas de Passagem de Mensagem: Links Nos esquemas anteriores, apenas um caminho de comunicação unidirecional pode ser estabelecido entre um par de processos comunicantes; Para podermos estabelecer múltiplos caminhos temos que poder identificar cada caminho individualmente nas primitivas de comunicação; Links são criados e destruídos através de requisições ao kernel; Eles constituem canais de comunicação unidirecionais. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
16 Passagem de Mensagens Endereçamento nas Primitivas de Passagem de Mensagem: Mailbox Comunicação indireta: processos emissores não necessitam se preocupar com a identidade do receptor e vice-versa; Por exemplo, vários clientes podem requisitar um serviço que pode ser realizado por múltiplos servidores; A identidade do cliente pode estar contida na própria mensagem enviada. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
17 Passagem de Mensagens Endereçamento nas Primitivas de Passagem de Mensagem: Portas Uma porta pode ser entendida como um caso específico de Mailbox; A porta é uma abstração de uma fila mantida pelo kernel; Comunicação indireta; Criadas através de uma chamada ao kernel e são de propriedade de um processos individuais; Disponibilizam comunicação muitos-para-um enquanto Mailbox também permitem comunicação muitos-para-muitos. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
18 Passagem de Mensagens Endereçamento nas Primitivas de Passagem de Mensagem: Portas Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
19 Sockets Sockets Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
20 Sockets Sockets Socket é o ponto final de um enlace de comunicação estabelecido entre dois programas que se comunicam em rede; Sua interface de programação utiliza o conceito de portas de comunicação; O socket é associado a um número de forma a tornar possível à camada TCP localizar a aplicação que deve receber os dados. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
21 Sockets Sockets Criado através de uma chamada ao sistema que retorna um descritor utilizado em operações subsequentes; O descritor é chamado de LCE (Local Communication Endpoint); O LCE deve ser associado a um PCE (Physical Communication Endpoint) para o transporte de dados; O PCE é especificado pelo endereço de rede da máquina e por um número correspondente a uma porta; Esta associação é realizada pela chamada bind(). A comunicação envolve dois PCEs, cada um pertencente a um dos processos envolvidos; Tanto o endereço local quanto o PCE remoto são necessários a cada operação sendto()/recvfrom() a não ser que se utilize um socket orientado à conexão. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
22 Sockets Sockets sem Estabelecimento de Conexão Analogia UDP = Correios - Você envia pacotes em cartas destinadas a um endereço; - A maioria das cartas chega mas algumas podem ser perdidas no caminho; - As cartas provavelmente chegarão na ordem em que foram enviadas mas não há garantias; - Quanto mais distante você estiver do destinatário, aumenta a chance das cartas chegarem fora de ordem ou serem perdidas; - Você pode acordar em numerar as cartas e o destinatário lhe escrever solicitando aquelas que não recebeu. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
23 Sockets Sockets sem Estabelecimento de Conexão Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
24 Sockets Sockets com Estabelecimento de Conexão Analogia TCP = Sistema Telefônico - Você disca para um número, o outro lado atende e uma conexão é estabelecida; - O outro lado escuta suas palavras na ordem em que foram emitidas; - Se o telefone está ocupado ou se não há resposta você descobre prontamente. O endereçamento expĺıcito do PCE remoto nas chamadas send/receive pode ser eliminado através da chamada connect() que realiza o bind do LCE com o PCE remoto antes de iniciar a transferência de dados; O cliente envia um connect() ao servidor que aceita a comunicação através da chamada accept() e assim estabelece uma conexão com o cliente. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
25 Sockets Sockets com Estabelecimento de Conexão: Código do Servidor 1 Cria o socket; 2 Realiza o bind() do socket com uma porta; 3 Escuta no socket até que alguém se comunique através dele; 4 Aceita a comunicação; 5 Realiza a comunicação através de comandos read() e write(); 6 Encerra a comunicação. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
26 Sockets Sockets com Estabelecimento de Conexão Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
27 Java Sockets Java Sockets Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
28 Java Sockets Introdução a Java Sockets Socket é o ponto final de um enlace de comunicação estabelecido entre dois programas que se comunicam em rede; Sua interface de programação utiliza o conceito de portas de comunicação. O socket é associado a um número de porta de forma a tornar possível à camada TCP localizar a aplicação que deve receber os dados; Extensão de um dos conceitos mais fortes do Unix: toda E/S deve parecer ao programador como uma E/S de arquivo; O pacote java.net disponibiliza as classes necessárias para programação com sockets em Java; Leitura recomendada: tutorial da Sun All About Sockets, disponível em: Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
29 Java Sockets Java Sockets: Classes TCP orientado a conexão java.net.socket java.net.serversocket UDP sem conexão java.net.datagrampacket java.net.datagramsocket Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
30 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Java Sockets Orientado a Conexão Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
31 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Java Sockets Orientado a Conexão O servidor executa em um computador específico e possui um socket associado a um número de porta; O servidor apenas escuta, aguardando que um cliente solicite o estabelecimento de uma conexão; O cliente deve conhecer em qual máquina o servidor está sendo executado e a porta no qual ele escuta. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
32 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Java Sockets Orientado a Conexão O servidor aceita a conexão e recebe um novo socket associado à mesma porta; Ele necessita do novo socket para poder continuar escutando no socket original por requisições de conexão, enquanto atende o cliente já conectado; Do lado cliente, se a conexão foi aceita, um socket é criado para ser utilizado na comunicação com o servidor; O cliente e o servidor podem agora se comunicar, escrevendo e escutando em seus respectivos sockets: Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
33 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Código Cliente O Cliente: 1 Cria o socket através do construtor da classe Socket; 2 Tenta estabelecer uma conexão com o servidor; 3 Uma vez estabelecida a conexão, envia e recebe fluxos de dados; 4 Quando a comunicação for concluída, fecha a conexão. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
34 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Código Servidor O Servidor: 1 Cria um ServerSocket; 2 Escuta no socket através do método accept(); 3 Uma vez estabelecida a conexão, envia e recebe fluxos de dados; 4 Quando a comunicação for concluída, fecha a conexão. 5 Tipicamente retorna ao passo 2. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
35 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Classe Socket: Construtores Esta classe implementa sockets cliente que utilizam conexão. Alguns Construtores: Socket(InetAddress address, int port): cria um socket e conecta ele a um número de porta específico em um determinado endereço IP; Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localaddr, int localport): cria um socket e conecta ele a um endereço remoto e em uma porta remota específica; Socket(String host, int port): cria um socket e conecta ele a um número de porta específico em uma máquina com um determinado nome (host); Socket(String host, int port, InetAddress localaddr, int localport): cria um socket e conecta ele a uma máquina remota a partir de um nome e uma porta remota específica. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
36 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Classe Socket: Métodos void close(): fecha este socket; InetAddress getinetaddress(): retorna o endereço no qual o socket está conectado; InetAddress getlocaladdress(): retorna o endereço local que o socket está ligado; int getlocalport(): retorna a porta local que o socket está ligado; int getport(): retorna a porta remota que o socket está conectado; boolean isclosed(): retorna verdadeiro caso o socket esteja fechado ou falso caso contrário; boolean isconnected(): retorna o estado de conexão do socket. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
37 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Fluxos de Entrada e Saída Os dados são enviados e recebidos através de fluxos de entrada e saída. Os seguintes métodos são utilizados: InputStream getinputstream(): retorna um fluxo de entrada para este socket. OutputStream getoutputstream(): retorna um fluxo de saída para este socket. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
38 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Classe ServerSocket Esta classe implementa socket servidor que utiliza conexão. Um socket servidor espera por requisições que venham da rede. Ele realiza operações baseadas na requisição e possivelmente envia os resultados ao requerente. Um Construtor: ServerSocket(int port): Cria um servidor socket, limitado a uma porta especificada. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
39 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Classe ServerSocket: Métodos Alguns métodos: Socket accept(): fica escutando uma conexão feita por este socket e aceita ela; void close(): fecha este socket; InetAddress getinetaddress(): retorna o endereço local deste socket servidor; int getlocalport(): retorna a porta que este socket está escutando; SocketAddress getlocalsocketaddress(): retorna o endereço ip e porta que este socket está ligado, ou null caso contrário; boolean isclosed(): retorna verdadeiro caso o socket do servidor esteja fechado ou falso caso contrário. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
40 Java Sockets Java Sockets Orientado a Conexão Exemplo de Código Exemplo de código: Banco de Dados de Cotações Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
41 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Java Sockets Sem Conexão Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
42 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Java Sockets sem Conexão Algumas aplicações não requerem o canal seguro de comunicação ponto-a-ponto provido pelo protocolo TCP; Nestes casos, a aplicação pode utilizar um modo de comunicação que entrega pacotes independentes cuja entrega e sequenciamento das mensagens não são garantidos; O protocolo UDP provê este serviço. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
43 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Java Sockets sem Conexão Classes utilizadas: DatagramPacket: insere bytes em um pacote UDP denominado datagrama; DatagramSocket: envia e recebe datagramas UDP; Para enviar dados, insere-se os mesmos em um DatagramPacket, enviando-o através do DatagramSocket; Para receber dados, recebe-se um DatagramPacket através de um DatagramSocket, procedendo-se em seguida a remoção dos dados a partir do pacote; O mesmo tipo de socket é utilizado tanto no cliente quanto no servidor; Trabalha com pacotes individuais e não com fluxo: os dados enviados em um datagrama são enviados em um único pacote; O socket não é dedicado a uma única conexão. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
44 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Classe DatagramPacket Pacotes datagramas são usados para implementar um serviço de entrega de pacotes sem conexão. Cada mensagem é roteada de uma máquina atá a outra baseada somente na informação contida dentro do pacote. Múltiplos pacotes enviados de uma máquina a outra poderiam ser roteados de uma forma diferente e podem chegar em qualquer ordem. A entrega de pacotes não é garantida. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
45 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Classe DatagramPacket: Construtores DatagramPacket(byte[] buf, int length): constrói um pacote de datagrama (DatagramPacket) para receber pacotes com determinado tamanho (length). DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port): constrói um pacote de datagrama (DatagramPacket) para enviar pacotes de tamanho (length) para uma máquina (host) específica em uma porta específica. DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length): Cconstrói um pacote de datagrama (DatagramPacket) para receber pacotes com determinado tamanho (length), especificando um offset dentro do buffer. DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port): constrói um pacote de datagrama (DatagramPacket) para enviar pacotes de tamanho (length) com um offset, para uma máquina (host) específica em determinada porta. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
46 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Classe DatagramPacket: Métodos InetAddress getaddress(): retorna o endereço IP da máquina que este datagrama está sendo enviado ou da onde este datagrama foi recebido. byte[] getdata(): retorna o buffer de dados. int getlength(): retorna o tamanho dos dados enviados ou tamanho de dados recebidos. int getport(): retorna o número da porta do host que este datagrama está sendo enviado ou de onde ele foi recebido. void setaddress(inetaddress iaddr): altera o endereço IP da máquina que este datagrama será enviado. void setdata(byte[] buf): altera o buffer de dados para este pacote. O offset do pacote é zero. void setdata(byte[] buf, int offset, int length): altera o buffer de dados para este pacote. void setlength(int length): altera o tamanho do pacote. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
47 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Classe DatagramSocket Um socket datagrama é o ponto de envio ou recebimento para um serviço de entrega de pacotes. Cada pacote enviado ou recebido em um socket datagrama é individualmente endereçado e roteado. Múltiplos pacotes enviados de uma máquina para outra pode ser roteado diferentemente e pode chegar em qualquer ordem. Um Construtor: DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) Cria um socket datagrama, ligado a um endereço local (laddr, port) específico. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
48 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Classe DatagramSocket: Métodos void close(): fecha o socket deste datagrama. InetAddress getinetaddress(): retorna o endereço que este socket está conectado. InetAddress getlocaladdress(): retorna o endereço local que este socket está ligado. int getlocalport(): retorna o número de porta da máquina local que este socket está ligado. SocketAddress getlocalsocketaddress(): retorna o endereço do endpoint que este socket está ligado, ou null se ele ainda não estiver ligado a um endereço. int getport(): retorna a porta deste socket. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
49 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Classe DatagramSocket: Envio e Recebimento de pacotes void receive(datagrampacket p): recebe um pacote de datagrama deste socket. void send(datagrampacket p): envia um pacote de datagrama deste socket. Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
50 Java Sockets Java Sockets sem Conexão Exemplo de Código Exemplo de código: Banco de Dados de Cotações Francisco Silva (UFMA/LSD) Passagem de Mensagens 22 de novembro de / 50
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