Aplicación Multicast - Servidor / Cliente de imagenes en movimiento.

Diego González - Diego del Valle

Indice

       1....Resumen
       2....Introducción
       3....Conceptos de Desarrollo
             3.1....MulticastServer
             3.2....MulticastClient
             3.3....Sistema de Mensajería
             3.4....Modos de Ejecución
       4....Diagramas UML
       5....Archivos
       6....Conclusiones
       7....Anexo

Resumen


    En este proyecto se busca incorporar un uso útil de Multicast para efectos visuales en pantallas formadas por un arreglo de monitores. La idea es poder crear una aplicación multisistemas con Java que pueda desplegar algún tipo de mensaje o cadena de texto, o simplemente mostrar imagenes en este arreglo.

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Introducción



    Multicast es un servicio de red de distribución de flujos de datos a múltiples receptores interesados desde una determinada fuente. Su función principal es reducir el número de paquetes replicados dentro de una red, liberando recursos en las rutas necesarias para envíar el paquete, dejando la tarea de replicar el paquete a los routers.


Figura 1. Multicast v/s Broadcast

    A pesar de todas estas ventajas, dada su naturaleza, multicast no puede ser usado en sistemas masivos como internet por lo que sólo se puede usar en aplicaciones locales o de redes cerradas.

    Nuestro trabajo será demostrar la utilidad de Multicast en un simple programa en el cual hay un balón que rebotará dentro de un arreglo de pantallas de distintos computadores que estén unidos en este dominio multicast.


Figura 2.  Cliente funcionando en  distintos terminales

    Para esta demostración sólo se usará un computador, el cual se unirá a una red multicast con cuatro clientes independientes entre sí.



Figura 3. Cuatro Clientes trabajando en el mismo terminal


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Conceptos de Desarrollo



MulticastServer


    Lo que buscamos es crear un servidor, el cual de manera abstracta generará una pantalla donde hay un balón dando botes, la información que contenga será enviada a distintos clientes, los cuales deberán representar el panel abstracto sobre una pantalla que es un arreglo de los monitores de estos.   

    Esto implica que toda la información del balón  y de su comportamiento será comandada por el Servidor por simple mensajería relativa a su espacio abstracto, y los clientes para deberán traducir esta información al espacio gráfico por los datos obtenidos al iniciar la sesión multicast con el servidor (un pequeño handshaking).

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MulticastClient


    Para darle al sistema la posibilidad de expansión a futuro, los clientes deben conectarse al Servidor, el cual les dará su posición dentro del espacio virtual de este, además el Servidor es quien le da el tamaño del panel donde se moverá el balón. Finalmente se le entrega que bordes debe pintar, para mostrar cuales son las paredes límites del cuadro total.

    Con lo dicho anteriormente, el cliente tiene su propia referencia de posición, que será dependiente de los datos otorgados por el servidor de la forma mostrada a continuación.

    x' = x - (nº_ventanas_horizontales - 1) * tamaño_base_ventana
    y' = y - (nº_ventanas_verticales - 1) * tamaño_altura_ventana


Figura 4. Referencia entre Server y Cliente 3
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Sistema de Mensajería

 
 
 
    El sistema de Mensajería en la arquitectura propuesta, consta de 3 mensajes: 1 mensaje del cliente al servidor y 2 mensajes del servidor al cliente.
La Figura a continuación muestra un esquema del funcionamiento del sistema.

esquema sistema
Figura 5.  Diagrama de Sistema de mensajería entre Cliente y Servidor

Explicaremos a continuación los pasos marcados en el diagrama de flujo:

1.- Se inicia el servidor.
2.- Se inicia hebra para envio de datos a clientes. Aunque no hayan conexiones este envia datos de posicion.
3.- Se inicia hebra para manejo de recepcion de conexiones. El servidor esta disponible para aceptar conexiones de clientes
4.- Se inicia el cliente.
5.- Se solicita conexion con el servidor.
6.- Se envia mensaje "Hello" que indica solicitud de cliente.
7.- Hebra de manejo de conexiones acepta solicitud.
8.- Hebra de manejo de conexiones actualiza informacion de servidor por cada nueva conexion de cliente
9.- Para clientes nuevos se envia informacion de datos de cliente, para clientes antiguos se actualiza su informacion dada la cantidad de clientes actual.
10.- Se recepcionan los datos de actualizacion enviados por el servidor y se modifican los parametros recibidos.
11.- Los clientes recepcionan los datos de posicion enviados por el receptor.
12.- Los datos de posicion que recibe constantemente el cliente son dibujados por pantalla en la ventana del cliente.
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Modos de Ejecución

Las diferentes formas de ejecución del sistema se describen a continuación:

Usage: java MulticastServer <Modo_arquitectura> <Modo_circular> <Ancho_cliente> <Alto_cliente> <Numero_de_servidores>

 
Para activar el server con valores por defecto (rectangular false 640 480 1):

                    java MulticastServer


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Diagramas UML

    Para un mejor entendimiento de como están relacionadas las clases del Cliente y del Servidor, mostramos los diagramas UML de cada uno y sus relaciones.

Diagrama UML Cliente

Figura 6. Diagrama UML Cliente



Diagrama UML Servidor


Figura 7. Diagrama UML Servidor
          

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Archivos

    Los archivos necesarios de descarga para este programa.

    - Circulo.java (docs)
    - ClientCoordinates.java (docs)
    - ClientData.java (docs)
    - Coordenadas.java (docs)
    - Dibujo.java (docs)
    - EditorFrame.java (docs)
    - MulticastClient.java (docs)
    - MulticasServer.java (docs)

    Todos los Archivos del Cliente, descargar AQUI
    Todos los Archivos del Servidor, descargar AQUI
    Documentación en frames: JAVADOCS

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Conclusiones

        De esta implementación podemos concluir que multicast ahorra muchos problemas  en temas de conexión, ya que simplemente se debe atender el canal y no cliente por cliente.

        De esto mismo nos pudimos dar cuenta que para aplicaciones donde cada cliente debe obtener algún tipo de identificador, se hace necesario crear un mecanismo para diferenciar a los clientes con algún método por software (ya que no existen los sockets para diferenciar conexiones), en este caso, usamos un pequeño protocolo donde cada cliente en el momento de conexión obtiene su identificador. Un punto interesante sería comprobar que pasaría si dos clientes esperando su identificador les llegara un mensaje y ambos lo recibieran como si fuera su respuesta (ya que el mensaje se manda a todo el canal).

        Por el lado del software en sí, pudimos observar las ventajas que nos proporcionaba dejar al cliente como un simple expectador, ya que en un comienzo de las implementaciones el cliente tenía incidencia sobre ciertas configuraciones del balón. La independencia de este significó una mayor versatilidad a la hora de escalar el plano por donde el balón se mueve.   

      

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Referencias



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Anexos


Programación de sockets Multicast en Java



Ejemplo de Cliente Simple Multicast



/**
 * MulticastClient.java
 *
 *
 * Created: Sun Jul 22 19:21:13 2001
 *
 * @author <a href="mailto: "Jan Newmarch</a>
 * @version
 */

import java.io.*;
import java.net.*;

public class MulticastClient{

    public static final String MCAST_ADDR = "230.0.0.1";
    public static final int MCAST_PORT = 9013;
    public static final int DGRAM_BUF_LEN = 512;                                
    public static void main(String[] args){

	String msg = "Hello";
	InetAddress group = null;
	try {
	    group = InetAddress.getByName(MCAST_ADDR);
	} catch(UnknownHostException e) {
	    e.printStackTrace();
	    System.exit(1);
	}

	try {
	    MulticastSocket socket = new MulticastSocket(MCAST_PORT);
	    socket.joinGroup(group);
	    DatagramPacket hi = new DatagramPacket(msg.getBytes(), msg.length(),
						   group, MCAST_PORT);
	    System.out.println("Sending: " + msg);
	    socket.send(hi);
	    // get their responses!

	    while (true) {
		byte[] buf = new byte[DGRAM_BUF_LEN];
		DatagramPacket recv = new DatagramPacket(buf, buf.length);
		socket.receive(recv);
		byte[] data = recv.getData();
		System.out.println("Received: " + new String(data));
	    }
	} catch(IOException e) {
	    e.printStackTrace();
	    System.exit(2);
	}
	// OK, I'm done talking - leave the group...

	// s.leaveGroup(group);
 	// System.exit(0);
    }
} // MulticastClient



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Ejemplo de Servidor Simple Multicast


/**
 * UDPTimeClient.java
 *
 *
 * Created: Sun Jul 22 19:21:13 2001
 *
 * @author <a href="mailto: "Jan Newmarch</a>
 * @version
 */

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.Date;


public class MulticastServer {

    public static final String MCAST_ADDR = "230.0.0.1";
    public static final int MCAST_PORT = 9013;
    public static final int DGRAM_BUF_LEN = 512;

    public static void main(String[] args){
	
	InetAddress group = null;
	try {
	    group = InetAddress.getByName(MCAST_ADDR);
	} catch(UnknownHostException e) {
	    e.printStackTrace();
	    System.exit(1);
	}

	MulticastSocket socket = null;
	try {
	    socket = new MulticastSocket(MCAST_PORT);
	    socket.joinGroup(group);
	} catch (IOException e) {
	    e.printStackTrace();
	    System.exit(3);
	}

	while (true) {
	    try {
		byte[] buf = new byte[DGRAM_BUF_LEN];
		DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
		socket.receive(packet);
		System.out.println("Received: " + new String(buf));

		String date = new Date().toString();
		buf = date.getBytes();

		// get client info

		InetAddress clientAddr = packet.getAddress();
		int port = packet.getPort();
		// prepare packet for return to client
		packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, clientAddr, port);
		System.out.println("Sending: " + new String(buf));
		socket.send(packet);
	    } catch(IOException e) {
		e.printStackTrace();
	    }
	}
    }
} // UDPTimeServer


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