Client/Server-Systeme

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1 Client/Server-Systeme Prof. Dr.-Ing. Wilhelm G. Spruth WS 2004 / 2005 Teil 3 Remote Procedure Call cs 0400 ww6 wgs 09-96

2 Schwierigkeiten mit Sockets Sockets nur Schnittstelle zur Transportschicht. Keine Unterstützung zur Kommunikationssteuerung Datendarstellung Anwendungsprogrammierer muß selber Protokolle definieren und implementieren um und Kommunikationspartner finden Austausch von Nachrichten steuern Eigenschaften des Transportmechnanismus berücksichtigen Name Server Sync Punkte Verbindungsorientiert verbindungslos Wechsel der Transferrichtung steuern Please Token auf Fehler reagieren (z.b. Verbindungsabbruch) Waisen einheitliche Datendarstellung XDR, ASN.1 Bei komplizierten Anforderungen aufwendige und fehleranfällige Programmierung cs 0408 ww6 wgs 09-98

3 RPC - Remote Procedure Call Unterprogrammaufruf auf einem anderen Rechner standardisierte Interprozeßkommunikation (Interprocess Communication, IPC) zwischen Rechnern unterschiedlicher Architektur und Hersteller verdeckt den Transportmechanismus. RPC definiert: Auffinden des Kommunikationspartners Steuerung des Datenaustausches Wechsel der Transferrichtung Erkennung von Fehlern Überwachung von Zugriffsberechtigungen Datenrepräsentation Der Begriff "RPC" wird sowohl generisch als auch für spezifische Implementierungen verwendet : Sun RPC DCE RPC RPC ähnliche Interprozesskommunikation CICS Direct Program Link (DPL) Corba RMI Microsoft DotNet (DCOM, COM+, DNA) cs 0307 ww6 wgs 09-99

4 Viele Hersteller,. viele RPC Produkte OSI SUN CICS ASN.1 RPC, XDR DPL DCE RPC Zeitachse CORBA Microsoft RMI Web Object RPC Services Viele Programm Pakete, die RPC intern benutzen z. B. Tivoli (DCE) Entwicklung des RPC cs 0327 ww6 wgs 02-03

5 SUN RPC (auch als ONC RPC bezeichnet) Die Firma SUN entwickelt 1. RPC (Remote Procedure Call) Aufruf eines Unterprogramms auf einem anderen Rechner ohne Wechsel des Programmkontextes einheitliches Protokoll für die Prozeßkommunikation auf Rechnern unterschiedlicher Architektur und Hersteller 2. XDR (external Data Representation) betriebssystem- und rechnerunabhängige, einheitliche Darstellung von Daten RPC und XDR Protokolle und Quellcode werden von SUN als Public Domain Software zur Verfügung gestellt. Internet Activity Board nimmt RPC und XDR als RFC (Request For Comment) auf: RPC RFC 1050 XDR RFC 1014 cs 0404 ww6 wgs 09-98

6 OSI Schichten 5-7 Anwendung 4 TCP UDP 3 IP 2 z. B. Ethernet 1 Hardware Schichten der Internet Protokoll Suite cs 0406 ww6 wgs 09-98

7 OSI Schichten 7 Anwendung 6 XDR 5 RPC 4 TCP UDP 3 IP 2 z. B. Ethernet 1 Hardware Einordnung des SUN RPC in das OSI Modell cs 0405 ww6 wgs 09-98

8 Klient Server Klienten- Programm warten RPC (... ) ; RPC Aufruf warten Server Programm RPC Ergebnis warten Synchroner RPC Klient blockiert während der Ausführung des Server Programms cs 0316 ww6 wgs 09-00

9 Client Argumente Server Aufrufende Aufgerufene Prozedur Ergebnisse Prozedur Local Procedure Call Ein aufrufender Prozess führt eine aufgerufene Prozedur in seinem eigenen Adressraum aus Client Server Aufrufende Aufgerufene Prozedur Prozedur Argumente Ergebnisse Argumente Ergebnisse Client Server Stub Stub Request Reply Request Reply Nachricht Nachricht Nachricht Nachricht Netzwerk Remote Procedure Call Client und Server laufen als zwei separate Prozesse. Sie können (Ausnahmefall), müssen aber nicht, auf dem gleichen Rechner laufen. Die beiden Prozesse kommunizieren über Stubs. Stubs sind Routinen, welche lokale Prozedur Aufrufe auf Netzwerk RPC Funktionsaufrufe abbilden. cs 0308u ww6 wgs 09-99

10 RPC Beispiel (1) Angenommen, der Server ist nur eine Library. Dann ist Add lediglich ein Procedur Aufruf.

11 RPC Beispiel (2)

12 RPC Beispiel (3)

13 Aufgaben der Stubs (Prozedurrümpfe) Binden des Client-Anwendungsprogramms an den Server Parameter des RPC einsammeln und in einen Puffer packen, dessen Inhalt in der Form einer Nachricht an den Empfänger gesendet wird. Dieser Vorgang wird als Parameter marshalling bezeichnet. Fehlerbehandlung Kommunikationsfehler Klientenfehler Serverfehler Transparente Kommunikation Transportmechanismus, z.b. TCP, UDP Datenrepräsentation, z.b. ASN.1, XDR Sicherheit Verschlüsselung, Authentifizierung z.b. Kerberos, SSL vs1010 ww wgs 06-95

14 Client Server Aufrufende Aufgerufene Prozedur Prozedur Client Server Stub Stub RPC/XDR RPC/XDR Bibliothek Bibliothek Netzwerk Aufruf eines SUN Remote Procedure Calls Aufgaben der Stubs: Parameter des RPC Aufrufs einsammeln und in eine Nachricht packen (marschalling) Transparente Weiterleitung (entfernte Ausführung soll für den Anwendungsprogrammierer verborgen bleiben) Aufgaben der RPC/XDR Bibliothek: Fehlerbehandlung (Client, Server, Netzwerk) Transparente Kommunikation, z.b. TCP, UDP Datenrepräsentation Sicherheit s 0310u ww6 wgs 09-99

15 Stub RPC Routine SVC System Call User Status Kernel Status Transport Schicht Routine Stub des Klienten-Programms RPC und XDR sind System Calls. Die Routinen laufenteilweise im User Status, verzweigen aber in den Kernel status. cs 0317 ww6 wgs 09-00

16 RPC RPC RPC Service Service Service RPC Server andere Prozesse Betriebssystem Kernel Die RPC Services (RPC Dienstprogramme) können entweder in getrennten virtuellen Adressenräumen laufen, oder alternativ als Threads innerhalb eines virtuellen Adressenraums implementiert werden. Ein RPC Service wird auch als Implementation bezeichnet. Häufig Hunderte oder Tausende unterschiedlicher RPC Services auf dem gleichen Rechner. Der RPC Server stellt Verwaltungsdienste für seine RPC Services zur Verfügung, z.b. das Binding. Auf einem Rechner können mehrere RPC Server laufen, die z.b. unterschiedliche Arten von RPC Services gruppieren.

17 Die RPC Ebenen RPC bietet Schnittstellen in mehreren Ebenen an. Die wichtigsten sind: High Level einfache Schnittstelle, um ein RPC abzusetzen keine besonderen Kenntnisse über Netzwerkarchitektur notwendig basiert auf dem UDP-Protokoll Lower Level erlaubt detaillierte Kontrolle über Verbindung Auswahl des Protokolls (z.b. TCP oder UDP) Übermittelung komplexer Datenstrukturen verschiedene Arten der Zugriffsüberwachung Setzen von Zeitkonstanten (timeouts) Überwachen der Sockets Reaktion auf Fehler Call Back Mechanismen cs 0409 ww6 wgs 06-94

18 Identifikation eines RPC Dienstprogrammes o Jedes RPC Dienstprogramm auf einem Server ist eindeutig durch das Tripel Programmnummer Versionsnummer Prozedurnummer program number version number procedure number identifiziert. Jede Nummer wird durch einen 4-Byte langen Integer- Wert dargestellt. o Klient kennt nur Internetadresse und das Tripel Programmnummer, Versionsnummer, Prozedurnummer um über einen RPC ein Dienstprogramm des Servers aufzurufen. o Portnummer des Servers ist dem Klienten unbekannt. cs 0201 ww wgs 06-94

19 0 31 Transaktions-ID Senderichtung RPC - Protokollversionsnummer Programmnummer Versionsnummer Prozedurnummer Berechtigungsnachweis Berechtigungsnachweis-Verifizierung Parameter des Prozeduraufrufes RPC - Protokollkopf cs 0315 ww6 wgs 05-94

20 RPC Binding Wie findet der Klient die Lokation des RPC Services und des dazugehörigen Servers? 2 Probleme für den Klienten: 1. Server identifizieren (z.b. Internet Adresse) 2. RPC Service identifizieren (z.b. Port Nummer) Portnummer muss aus Portierungsgründen variabel sein. Binding ist die Abbildung (mapping) von Programmnummer, Versionsnummer und Prozedurnummer auf die physische Adresse (z.b. Internet Adresse und Port Nummer). Ein Binder ist ein Dienst der das Binding zur Verfügung stellt (z.b.. portmapper beim Sun RPC). Der Binder hat drei Functionen: 1. Register 2. Unregister 3. LookUp Der High Level RPC setzt voraus, das der Klient die physische Adresse des Servers kennt (z.b. Internet ID).

21 #include... int main(... ) { int result; static char *datain ; static char *dataout ; result=callrpc(host, PROGNUM, VERSNUM, PROCNUM, inproc, &datain, outproc, &dataout); } return(1); High Level RPC Client Programm inproc() ist eine XDR Routine, welche die Daten von &datain encodiert um dem Server das Request Argument mitzuteilen. outproc() ist eine XDR Routine, welche die Antwort des Servers nach &dataout decodiert.

22 #include... servicexxx(... ) { /* hier passiert die eigentliche Arbeit der RPC Server Routine */ } int main(void) { /* register with port mapper so that the client knows where to contact for service */ registerrpc(prognum, VERSNUM, PROCNUM, progname, inproc, outproc); /* run the server RPC */ svc_run(); return 1; } High Level RPC Server Programm Ein RPC Server Programm besteht in der Regel aus zwei Teilen: dem eigentlichen Server, und einem oder mehreren Services ( auch als Server Implementation bezeichnet) Wenn der Server eine Anforderung für PROGNUM, VERSNUM, PROCNUM erhält, versucht er progname auszuführen.

23 Arbeitsweise des High Level RPC Aufrufes Der High Level RPC Aufruf bewirkt unter der Decke 2 RPC Aufrufe: 1. Aufruf des Server-Portmappers. Dieser teilt dem Klienten die zu der angegebenen Programmnr./Versionsnummer dazugehörige Portnummer des Serverrechners mit. 2. Aufruf des Server Programms über die so ermittelte Portnummer. Jeder High Level RPC Aufruf benötigt somit für den Benutzer unsichtbar 2 reale Aufrufe (zusätzliche Netzbelastung). Das aufgerufene Server-Programm kann aus mehreren Prozeduren bestehen, von denen der RPC Aufruf eines in Anspruch nimmt. Nur das Server-Programm ist über die Portnummer ansprechbar. Das Server-Programm enthält einen Dispatcher, welcher in die gewünschte Prozedur verzweigt. High Level RPC Aufrufe benutzen das verbindungslose UDP Protokoll. Die Verwendung von TCP ist nur in Verbindung mit den lower level RPC Aufrufen möglich. vs1016 ww + wgs 05-94

24 Client Server Rechner Rechner Port Port 111 Mapper 2 1 Port a Port b Client Port RPC Program c Service 3 Client - Server Adressierung 1. RPC Server etabliert Adresse, auf der er auf Anforderungen lauscht. Er registriert diese Adresse (hier Port c) beim Port Mapper 2. Klient erfragt beim Port Mapper die Adresse der gewünschten Server Prozedur 3. Klient öffnet Übertragungsweg mit der gewünschten Server Prozedur cs 0411 ww6 wgs 06-94

25 Erfragen der Portnummer cs 0403a ww6 wgs 07-03

26 Lower Level RPC

27 Interface Definition Language Ein RPC Programm definiert seine Interface (Schnittstelle) unter Benutzung einer Interface Definition Language (IDL). Die IDL Beschreibung der Schnittstelle enthält die Namen und Parameter aller Proceduren des RPC Programms, sowie Angaben zur Fehlerbehandlung. Jede Prozedur muss in der Schnittstellenbeschreibung festgehalten werden Ein Stub Compiler liest die IDL Schnittstellenbeschreibung und produziert zwei Stub Proceduren für jede Server Procedure (client side stub und server side stub). Der Server Programmierer implementiert die Server Procedur und linked sie mit dem Server Side Stub Der Klient Programmer implementiert das Klienten Programm und linked es mit dem Client Side Stub Die Stubs sind zuständig, alle Details der Kommunikation zwischen Klient und Server zu steuern und zu verwalten. Ein Client Side Stub ist eine Procedur die so aussieht, als wäre es eine callable Server Procedur. Ein Server Side Stub sieht für die Server Prozedur so aus, als hätte ein Klient sie aufgerufen. Das Klienten Programm glaubt, es hätte den Server aufgerufen. In Wirklichkeit ruft es den Client Side Stub auf. Das Server Programm glaubt, es würde vom Klienten Programm aufgerufen. In Wirklichkeit ruft es der Server Side Stub auf. Die Stubs senden sich gegenseitig Messages für eine transparente Ausführung des RPC. In Corba and Java/RMI werden die Server Side Stubs als Skeletons bezeichnet.

28 Sun RPC: XDR and RPC language XDR - external Data Representation language Use to describe data formats Transfer data between different computer architectures It is not a programming language XDR data types, similiar as in C/C++ RPC Language (Interface Definition Language, IDL) identical to XDR, only added program- definition Parameters passing o A single argument and a single result are allowed o Multiple arguments and result values should be packaged into a single structure

29 /* date.x - Specification of remote date and time service. */ /* Define 2 procedures: bin_date_1() returns the binary time and date (no arguments). str_date_1() takes a binary time and returns a human-readable string. */ program DATE_PROG { version DATE_VERS { long BIN_DATE(void) = 1; /* procedure number = 1 */ string STR_DATE(long) = 2; /* procedure number = 2 */ } = 1; /* version number = 1 */ } = 0x ; /* program number = 0x */ Lower Level RPC Interface Definition Language (IDL)

30 Compilation Schritte für den Lower Level Remote Procedure Call

31 Fehlerbehandlung Fehlermöglichkeiten Server kann Prozedur nicht beenden (z.b. Rechnerausfall, SW-Fehler) Klient wird während des RPCs abgebrochen (z.b. Rechnerausfall, SW-Fehler) Im Gegensatz zum lokalen Prozeduraufruf sind Fehlerbehandlungsmaßnahmen erforderlich. Klient Server Fehler Fehler cs 0311 ww6 wgs 11-99

32 Fehlerbehandlung - Ausfall des Servers 1. Idempotente Arbeitsvorgänge "Idempotent" sind Arbeitsvorgänge, die beliebig oft ausgeführt werden können; Beispiel: Die neuesten Fußballergebnisse in die Bundesligatabelle auf einer Webseite eintragen. Nicht idempotent ist die Überweisung eines Geldbetrages von einem Konto auf ein anderes. 2. Nicht-idempotente Arbeitsvorgänge Problem: Wie wird festgestellt, ob ein Arbeitsgang durchgeführt wurde oder nicht. "Genau einmal" (exactly once). "Höchstens einmal" (at most once). "Wenigstens einmal" (at least once). Ideal für idempotente Vorgänge. Die genau einmal (exactly once) Semantik wird mit Hilfe von Transaktionen verwirklicht. cs 0324 ww6 wgs 08-00

33 Fehlerbehandlung Nicht-idempotente Arbeitsgänge Ohne Fehler garantiert das RPC System, daß entfernte Operationen genau einmal durchgeführt werden. Problem: wie wird im Fehlerfall festgestellt, daß Arbeitsgang durchgeführt wurde oder nicht. "Genau einmal" (exactly once) Semantik ist mit TCP für die Datenübertragung erreichbar. Problem bei den auf UDP basierenden High Level RPC Aufrufen. Die ACID Eigenschaften eines Transaktionsmonitors garantieren die Genau einmal Semantik für die Verarbeitung durch den (die) Server. "Höchstens einmal" (at most once, maybe). Das Client Anwendungsprogramm erhält eine Fehlermeldung, und muß die Fehlerbehandlung übernehmen. Kann versuchen, das "Genau einmal" Ideal zu simulieren. Garantiert keine Mehrfachausführungen des RPC. "Wenigstens einmal" (at least once). Ideal für idempotente Vorgänge. Bei nicht-idempotenten Vorgängen wird jede durch den Zeitgeber verursachte Neuübertragung mit einer Kennziffer versehen, die vom Server zurückgegeben wird und von der Fehlerbehandlungsroutine des Clientprogrammes ausgewertet wird. cs0321 ww6 wgs 09-00

34 Eingabe Queue enqueue dequeue Queue Manager RPC Prozess Klient dequeue enqueue Ausgabe Queue Server Fehlerbehandlung - Ausfall des Klienten Getrennte Warteschlangen für eingehende und ausgehende Nachrichten lösen viele Probleme. Wenn der Klient abstürzt (Waise), schließt der Server seine Arbeit ab. Das Ergebnis der RPC Verarbeitung steht in der Ausgabe Queue, und kann beim Wiederanlauf des Klienten dort abgeholt werden. Andere Aufgaben der Queues: Prioritätensteuerung Lastverteilung auf mehrere Server cs 0323 ww6 wgs 08-00

35 Aufruf eines OS/390 Mainframe-Programms aus Java Die Integration von OS/390 Mainframe-Programmen in Javabasierte Client/Server-Systeme funktioniert prinzipiell recht einfach. In der folgenden Methode wird ein OS/390 RPC-Programm namens KFZRES01 aufgerufen.diesem Programm werden zwei Strings übergeben,einer für die Eingabeparameter,der zweite für die durch KFZRES01 erzeugte Ausgabe. /** *Folgende Methode ruft einen RPC auf dem Mainframe auf. */ private boolean rpccall(string inputstring, StringBuffer outbuffer){ RPC m_rpc =new RPC(); try { //Mainframe braucht UserID und Password! m_rpc.setuser( k3216 ); m_rpc.setpwd( TESTPW ); //Name des aufzurufenden Programms setzen m_rpc.setrpcname( KFZRES01 ); //remote procedure call ausführen m_rpc.execute(inputstring,outbuffer); return true; } catch (Exception e) { m_statefield.settext( Execute-Error: +m_rpc.getapimessage()); return false; } } Seitens der OS/390 Mainframe-Programme ändert sich rein gar nichts gegenüber der Nutzung per 3270-Terminal. Das Programm KFZRES01 weiß also nicht, ob es durch ein Java-Programm benutzt wird oder über konventionelle OS/390 Mainframe- Terminals. cs 0328 ww6 wgs 02-03

36 DCE Remote Procedure Call Kann konfiguriert werden, die Host Computer Sicherheitseinrichtungen zu benutzen Unterstützt verbindungslose und verbindungsorientierte Protokolle 20 unterschiedliche Nachrichten Typen definiert, davon einige nur für den verbindungslosen oder den verbindungsorientierten Transport. Die Nachrichten werdenals Protocol Data Units (PDU s) bezeichnet Der Microsoft RPC ist eine auf DCOM basierende objektorientierte Erweiterung des DCE RPC (auch als Objekt RPC bezeichnet. Die Syntax der übertragenen Pakete ist nahezu vollständig mit der ursprünglichen DCE Spezifikation kompatibel. Wird als Bestandteil von NT ausgeliefert. cs 0806 ww6 wgs 06-98

37 XML - RPC Part of Web Services XML - RPC is a Remote Procedure calling protocol that works over the Internet. An XML - RPC Message is a HTTP- POST request. The body of the request is in XML. A procedure executes on the server and the value it returns is also formatted in XML. Procedure parameters can be scalars, numbers, strings, dates, etc. Second generation RPCs: Corba RMI Microsoft.NET Third generation RPCs: Web services and XML XML RPC

38 cs 0313 wgs 09-00

39 Schicht 7 Anwendungen 5-6 Named RPC Pipes CPI-C Sockets NetBIOS APPC NLM API API 4 TCP/IP NetBIOS SNA IPX Gebräuchliche Programmierschnittstellen (zahlreiche Querverbindungen weitere Protokolle: HTTP, 3270 (verwendet SNA) Corba / IIOP, RMI, DCOM, verwenden Sockets und/oder RPC. Microsoft SMB verwendet Named Pipes. cs 0401 ww wgs 01-96

40 Anwendungen SMB TCP/UDP NetBIOS NetBEUI IPX/SPX IP, PPP Ethernet, Token Ring, Seriell Service Message Block (SMB) Protokoll Stack Ein SMB ist ein Kommando mit dessen Hilfe ein Klient auf einen Server zugreift. Beispiel: Die Partition C: eines Servers erscheint auf einem Klienten als Partition E:. Microsoft proprietärer Standard, 1987 definiert, wird mit allen Windows Betriebssystemen (3.11, 95, 98, NT) als Klient und als Server ausgeliefert. Mehrere inkompatible Varianten. Klient sendet negprot Kommando an Server, um Protokollvariante zu vereinbaren. NT LAN Manager, OS/2 LAN Server, PATHWORKS (Digital) sowie LAN Manager for Unix verwenden SMB, ebenso SAMBA s NT Version. Microsoft TCP Implementierung ist in Wirklichkeit eine NetBIOS over RCP/IP Implementierung, entsprechend RFC 1001 und 1002, von Microsoft alternativ auch als NBT oder NetBT bezeichnet. CIFS (Common Internet File System) ist ein neuer, SMB basierter Microsoft Standard. Wird ein NT Netzwerk installiert, erfolgt automatische die Installation des.arbeitsstationsdienstes. Es erscheint Meldung: Installiert Unterstützung für das SMB (Server Message Block) Protokoll. Anderes Beispiel: Interlnk, Intersvr Kommandos. cs 0417x ww6 wgs 11-99