XML-basierter Datentransport SOAP und der W3C-standardisierte Nachfolger Mario Jeckle DaimlerChrysler Forschungszentrum Ulm

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1 XML-basierter Datentransport SOAP und der W3C-standardisierte Nachfolger Mario Jeckle DaimlerChrysler Forschungszentrum Ulm

2 Gliederung I Herausforderung: Kommunikation in herterogenen Umgebungen II Lösungsansatz: XML basierter Remote Procedure Call Implementierung: Simple Object Access Protocol (SOAP) III Ausblick auf dem standardisierten SOAP-Nachfolger: W3C's XML Protocols M. Jeckle XML-basierter Datentransport

3 Die Herausforderung... GIOP/IIOP RMI DHCP-Server Mail-Server Sockets Internet Internet Firewall-Server Proxy-Server DCOM TCP/IP RPC RDA Web-Server DNS-Server FTP Mainframe Host M. Jeckle XML-basierter Datentransport

4 I n t e r n e t I n t e r n e t I n t e r n e t Research and Technology Die Herausforderung... GIOP/IIOP RMI DHCP-Server Mail-Server GIOP/IIOP Sockets RMI DHCP-Server Internet Mail-Server Firewall-Server Proxy-Server RPC RDA Sockets DCOM TCP/IP Mail-Server GIOP/IIOP Sockets RMI DHCP-Server Firewall-Server Web-Server Proxy-Server DNS-Server RPC RDA FTP DCOM TCP/IP GIOP/IIOP Host RMI Mainframe DHCP-Server Web-Server DNS-Server FTP Host Mainframe Internet Firewall-Server Web-Server Proxy-Server DNS-Server RPC RDA FTP DCOM TCP/IP Mainframe Mail-Server Sockets Internet Host Firewall-Server Proxy-Server RPC RDA DCOM TCP/IP GIOP/IIOP RMI DHCP-Server Mail-Server Web-Server DNS-Server FTP GIOP/IIOP Sockets RMI DHCP-Server Host Mainframe Internet Mail-Server Internet Firewall-Server Proxy-Server RPC RDA Sockets DCOM TCP/IP Firewall-Server Web-Server Proxy-Server DNS-Server Mail-Server RPC Firewall-Server Web-Server RDA FTP Proxy-Server DNS-Server DCOM RPC TCP/IP RDA FTP GIOP/IIOP Sockets Host DCOM TCP/IP RMI Mainframe Host DHCP-Server Mainframe Internet I n t e r n e t Mail-Server Firewall-Server Web-Server FTP M. Jeckle XML-basierter Datentransport Proxy-Server DNS-Server RPC RDA GIOP/IIOP Sockets DCOM TCP/IP Host RMI DHCP-Server Mainframe Web-Server DNS-Server FTP Host Mainframe

5 Lösungsidee... Internettechnologie Firewall Firewall M. Jeckle XML-basierter Datentransport

6 Internettechnologie... HTTP und XML POST /soap/servlet/rpcrouter HTTP/1.0 POST /soap/servlet/rpcrouter HTTP/1.0 Host: localhost:8081 Host: localhost:8081 Content-Type: text/xml; charset=utf-8 Content-Type: text/xml; charset=utf-8 Content-Length: 474 Content-Length: 474 SOAPAction: "" SOAPAction: "" <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <SOAP-ENV:Envelope <SOAP-ENV:Envelope xmlns:soap-env=" xmlns:soap-env=" xmlns:xsi=" xmlns:xsi=" xmlns:xsd=" xmlns:xsd=" <SOAP-ENV:Body> <SOAP-ENV:Body> <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" SOAP-ENV:encodingStyle=" SOAP-ENV:encodingStyle=" <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> </ns1:add> </ns1:add> </SOAP-ENV:Body> </SOAP-ENV:Body> </SOAP-ENV:Envelope> </SOAP-ENV:Envelope> Web-Server HTTP-Port Request HTTP-Port Web-Server Firewall Firewall M. Jeckle XML-basierter Datentransport

7 Internettechnologie... HTTP und XML Web-Server Firewall HTTP-Port HTTP/ OK Content-Type: HTTP/ text/xml; OK charset=utf-8 Content-Length: Content-Type: text/xml; 529 charset=utf-8 Set-Cookie2: Content-Length: JSESSIONID=tibpjehn11;Version=1;Discard;Path="/soap" 529 Set-Cookie: Set-Cookie2: JSESSIONID=tibpjehn11;Path=/soap JSESSIONID=tibpjehn11;Version=1;Discard;Path="/soap" Servlet-Engine: Set-Cookie: JSESSIONID=tibpjehn11;Path=/soap Tomcat Web Server/3.2.1 (JSP Servlet-Engine: 1.1; Servlet 2.2; Tomcat Java Web 1.3.0; Server/3.2.1 Windows x86; java.vendor=sun Microsystems Inc.) (JSP 1.1; Servlet 2.2; Java 1.3.0; Windows x86; java.vendor=sun Microsystems Inc.) <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <SOAP-ENV:Envelope <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <SOAP-ENV:Envelope xmlns:soap-env=" xmlns:xsi=" xmlns:soap-env=" xmlns:xsd=" xmlns:xsi=" <SOAP-ENV:Body> xmlns:xsd=" <SOAP-ENV:Body> <ns1:addresponse <ns1:addresponse xmlns:ns1="urn:numberadder" SOAP-ENV:encodingStyle=" xmlns:ns1="urn:numberadder" <return SOAP-ENV:encodingStyle=" xmlns:ns2=" <return xsi:type="ns2:vector"> xmlns:ns2=" <item xsi:type="ns2:vector"> xsi:type="xsd:int">3</item> </return> <item xsi:type="xsd:int">3</item> HTTP-Port </ns1:addresponse> </return> </SOAP-ENV:Body> </ns1:addresponse> </SOAP-ENV:Envelope> </SOAP-ENV:Body> </SOAP-ENV:Envelope> Response Firewall Web-Server M. Jeckle XML-basierter Datentransport

8 Schemaversionierung vs. SOAP Programmiermodellneutral Lesbarer Text (human readable) Unabhängiges Datenschema SOAP XML -Schema Datentypen (über String hinaus) IDL Gemeinsames Datenschema Skalierbarkeit (data shipping) Verteilungsunterstützung Transportprotokoll unabhängigkeit Objektorientiert Plattformunabhängigkeit M. Jeckle XML-basierter Datentransport IDL

9 vs. SOAP Kriterium Plattformunabhängigkeit: Realisierung von Client und Server in (nahezu) beliebiger Programmiersprache auf beliebigem Betriebssystem Lesbarer Inhalt: Ausgetauschte Dateninhalte mit Low-End Werkzeugen (wie Texteditoren) verarbeitbar Datentypen: Verarbeitung von programmiersprachlichen Datentypen Definition eigener Inhaltstypen SOAP M. Jeckle XML-basierter Datentransport

10 vs. SOAP Kriterium Verarbeitung großer Datenmengen: Können Datenbestände größer als der zur Verfügung stehende Hauptspeicher verarbeitet werden Schemaversionierung: Verarbeitung von Instanzen verschiedener Schemaversionen durch die Applikation Verteilungsunterstützung: Verteilungstransparenz Lookup-Funktionalität Authentifizierung und Sicherheit Transaktionsunterstützung SOAP M. Jeckle XML-basierter Datentransport

11 vs. SOAP Kriterium Nachrichtenübermittlung Informationstransfer im Stile von Datagrammen (keine RPC-Semantik) Programmiermodellunabhängigkeit Einsetzbarkeit in verschiedenen Programmiersprachen; Paradigmenneutralität Transportprotokollunabhängigkeit Transparente Verwendung verschiedener (Transport- oder Sitzungs-)Protokolle SOAP M. Jeckle XML-basierter Datentransport

12 Research and Technology SOAP vs. Antwortzeitverhalten (WAN) 60 sec #Objekte: 100 Objektgröße: 512 Byte Roundtrip-Zeit: 300ms Antwortzeit M. Jeckle XML-basierter Datentransport Datentransferrate kbit/sec

13 SOAP vs. Antwortzeitverhalten (LAN) 60 Antwortzeit sec #Objekte: 100 Objektgröße: 512 Byte Roundtrip-Zeit: 170ms Datentransferrate kbit/sec M. Jeckle XML-basierter Datentransport

14 XML-basierte RPC-Mechanismen: SOAP/XMLP vs. RMI Sprachunabhängig Programmiermodellneutral Typsystem Zentrale Registrierungsinstanz Plattformunabhängigkeit Lesbarer Text (human readable) Verteilungsunterstützung Firewallüberwindung Hauptnutzung: B2B asynchron Verbosität SOAP/ XMLP XML -Schema Transportprotokoll unabhängigkeit Objektorientiert synchron Hauptnutzung: A2A Effiziente Binärrepräsentation M. Jeckle XML-basierter Datentransport

15 Was ist SOAP? "The Simple Object Access Protocol is a protocol specification for invoking methods on servers, services, components and objects. SOAP codifies the existing practice of using XML and HTTP as a method invocation mechanism. The SOAP specification mandates a small number of HTTP headers that facilitate firewall/proxy filtering. The SOAP specification also mandates an XML vocabulary that is used for representing method parameters, return values, and exceptions." Ziele: einfacher offener Kommunikationsmechanismus auf Basis von Internet-Standards Erweiterbares XML-Format (DevelopMentor) M. Jeckle XML-basierter Datentransport

16 Von SOAP zu XML-Protocols... XML-RPC SOAP v1.0 SOAP W3C Note SOAP v1.1 W3C's XML Protocol Activity/ Start Protocol Working Group W3C Workshop 1 st web services Working Draft M. Jeckle XML-basierter Datentransport

17 SOAP-Architektur SOAP-Envelope Beschreibung einer XML-codierten Nachricht (XML-Namensräume, etc.) Envelope Header Body ANY ANY SOAP-Codierungsrichtlinien Mechanismus zur Überführung der Applikationsdatenstrukturen in XML SOAP-Nachrichtendarstellung Richtlinien für die Darstellung aufgerufener Dienste M. Jeckle XML-basierter Datentransport

18 SOAP und XML Transportprotokoll (z.b. HTTP) Serialisierung und Encoding des Aufrufs SOAP Envelope W3C's XML-Schema XML v1.0, 2 nd edition + Namespaces M. Jeckle XML-basierter Datentransport

19 Ablauf eines SOAP-Aufrufs target object URI NumberAdderCall Parameters number1 number2 value = 1 value = 2 Dienst- Nutzer <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <SOAP-ENV:Envelope xmlns:soap-env=" <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> xmlns:xsi=" <SOAP-ENV:Envelope xmlns:xsd=" xmlns:soap-env=" <SOAP-ENV:Body> xmlns:xsi=" <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" xmlns:xsd=" SOAP-ENV:encodingStyle=" <SOAP-ENV:Body> <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> SOAP-ENV:encodingStyle=" </ns1:add> <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> </SOAP-ENV:Body> <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> </SOAP-ENV:Envelope> </ns1:add> </SOAP-ENV:Body> </SOAP-ENV:Envelope> SOAP-Schicht Transportprotokoll (z.b. HTTP) <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <SOAP-ENV:Envelope xmlns:soap-env=" <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> xmlns:xsi=" <SOAP-ENV:Envelope xmlns:xsd=" xmlns:soap-env=" <SOAP-ENV:Body> xmlns:xsi=" <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" xmlns:xsd=" SOAP-ENV:encodingStyle=" <SOAP-ENV:Body> <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> SOAP-ENV:encodingStyle=" </ns1:add> <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> </SOAP-ENV:Body> <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> </SOAP-ENV:Envelope> </ns1:add> </SOAP-ENV:Body> </SOAP-ENV:Envelope> Dienst- Erbringer SOAP-Schicht NumberAdderCall value = 1 number1 Parameters Transportprotokoll (z.b. HTTP) value = 2 number2 Serialisierung und Encoding des Aufrufs Serialisierung und Encoding des Aufrufs SOAP Envelope SOAP Envelope W3C's XML-Schema W3C's XML-Schema XML v1.0, 2 nd edition + Namespaces XML v1.0, 2 nd edition + Namespaces M. Jeckle XML-basierter Datentransport

20 SOAP am Beispiel ein einfacher Rechner NumberAdderCall Parameters number1 number2 value = 1 value = Dienst- Nutzer <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <SOAP-ENV:Envelope xmlns:soap-env=" <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> xmlns:xsi=" <SOAP-ENV:Envelope xmlns:xsd=" xmlns:soap-env=" <SOAP-ENV:Body> xmlns:xsi=" <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" xmlns:xsd=" SOAP-ENV:encodingStyle=" <SOAP-ENV:Body> <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> SOAP-ENV:encodingStyle=" </ns1:add> <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> </SOAP-ENV:Body> <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> </SOAP-ENV:Envelope> </ns1:add> </SOAP-ENV:Body> </SOAP-ENV:Envelope> SOAP-Schicht Transportprotokoll (z.b. HTTP) 33 <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <SOAP-ENV:Envelope xmlns:soap-env=" <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> xmlns:xsi=" <SOAP-ENV:Envelope xmlns:xsd=" xmlns:soap-env=" <SOAP-ENV:Body> xmlns:xsi=" <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" xmlns:xsd=" SOAP-ENV:encodingStyle=" <SOAP-ENV:Body> <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> <ns1:add xmlns:ns1="urn:numberadder" <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> SOAP-ENV:encodingStyle=" </ns1:add> <number1 xsi:type="xsd:int">1</number1> </SOAP-ENV:Body> <number2 xsi:type="xsd:int">2</number2> </SOAP-ENV:Envelope> </ns1:add> </SOAP-ENV:Body> </SOAP-ENV:Envelope> Dienst- Erbringer SOAP-Schicht Transportprotokoll (z.b. HTTP) NumberAdderCall value = 1 number1 Parameters value = 2 number2 Serialisierung und Encoding des Aufrufs Serialisierung und Encoding des Aufrufs SOAP Envelope SOAP Envelope W3C's XML-Schema W3C's XML-Schema XML v1.0, 2 nd edition + Namespaces XML v1.0, 2 nd edition + Namespaces M. Jeckle XML-basierter Datentransport

21 Anforderungen an XML Protocols (XMLP) Anforderungen Allgemeines Einfachheit und Stabilität Datenkapselung und Erweiterbarkeit RPC-Vermittler Datenrepräsentation Protokollbindung RPC-Konvention berücksichtigte unberücksichtigte Direkte Behandlung binärer Daten Kompaktifizierung und Kompression Transport- und Vermittlungsspezifika Applikationssemantik (Transaktionen, Sicherheit) Dienst-Metadaten (Service Directory) M. Jeckle XML-basierter Datentransport

22 Anforderungen an XMLP: Allgemeines Keine Festlegung auf Programmiermodell (Sprache oder Paradigma) Kommunikationsmechanismus (protocol binding) Kommunikationsszenarien (one-way, request-response, publish-subscribe,...) Leichtgewichtige Spezifikation minimale Anzahl zwingender Eigenschaften Orthogonalität optionaler Eigenschaften Kommunikation zuwischen Partnern ohne vorheriges Wissen übereinander M. Jeckle XML-basierter Datentransport

23 Anforderungen an XMLP: Einfachheit und Stabilität XML-Schemabeschreibung eines Umschlages (envelope) zur Kapselung der transportierten Daten Definition eines Verarbeitungsmodells für den Umschlag; Berücksichtigung möglicher Fehlersituationen Einbettungsszenarien für Applikationsinformation in den Umschlag: Umschlag enthält Applikationsinformation physisch Applikationsinformation wird extern gehalten und durch den Inhalt des Umschlages referenziert Umschlag enthält weitere Umschläge Referenz auf externe Umschläge innerhalb eines Umschlages M. Jeckle XML-basierter Datentransport

24 Anforderungen an XMLP: Datenkapselung und Erweiterbarkeit Einsetzbarkeit über Organisationsgrenzen hinweg Modularität und Erweiterbarkeit durch Schichtenbildung als Basis einer langlebigen und zukunftssicheren Spezifikation Formulierung der Spezifikation so, daß Konformitätstests einfach durchzuführen sind; somit für Implementierer einfache Möglichkeit zur Gewährleistung der Konformität Dezentrale unabgestimmte Erweiterungsmöglichkeit Einfach Einsetzbarkeit in Systemen die bereits XML (insbesondere XML-Schema und XML-Namensräume) unterstützen Einsetzbarkeit auf Endgeräten mit beschränkten Ressourcen M. Jeckle XML-basierter Datentransport

25 Anforderungen an XMLP: RPC-Vermittler Vermittler (intermediaries) können verschiedene Aufgaben auf dem Weg der XMLP-Nachricht zwischen Sender und dem Empfänger erfüllen: Proxy (Empfang obwohl nicht entgültiger Empfänger) Cache (Zwischenspeicherung zur Geschwindigkeitssteigerung) Store-and-forward (Zwischenspeicherung gesamter XMLP-Nachrichten vor Weitersendung) Protokollumsetzer (Gateways) Transportvermittler (transport intermediary) Keine Verarbeitung der übermittelten Nachricht, sondern Operation als Teil der Bindung an das Transportprotokoll Verarbeitender Vermittler (processing intermediary) Vollständige XMLP-Prozessoren mit der Möglichkeit die XMLP-Nachricht zu verarbeiten M. Jeckle XML-basierter Datentransport

26 Anforderungen an XMLP: Datenrepräsentation Orthogonalität zwischen Datendarstellung (data representation) und Dateneinbettung (data encapsulation) in eine XMLP-Nachricht Unterstützung der XML-Schematypen simple-types und complex-types für die Datenrepräsentation Datenrepräsentation muß Instanzen von nicht XML-Schema-basierenden Modellen (z.b.: Objektgraphen, gerichtete Graphen) Referenzierung von nicht-serialisierten Daten durch Uniform Resource Identifier (URI) Darstellung geschachtelter Arrays M. Jeckle XML-basierter Datentransport

27 Anforderungen an XMLP: Protokoll-Bindung XML protocol binding XML Protocol Sitzungsschicht (Session Layer) Transportschicht (Transport Layer) Netzschicht (Network Layer) Sicherungsschicht (Data Link Layer) Bitübertragungsschicht (Physical Layer) MIME HTTP BEEP M. Jeckle XML-basierter Datentransport TCP SMTP IP (v4, v6), X.25, SPX, IPX HTTPS HDLC, SLIP, PPP, Ethernet, IEEE 802.x analoges Modem, V. 90, ISDN, ADSL UDP

28 Anforderungen an XMLP: Protokoll-Bindung HTTP-Binding wird durch XMLP-Arbeitsgruppe erarbeitet Beliebige andere Protokollbindungen sind jedoch ohne weiteres möglich Mapping auf existierende Applikationsschichtprotokolle (z.b.: HTTP, BEEP) kann zu Problemen hinsichtlich Sicherheit, Skalierbarkeit oder Semantik führen XMLP-Nachricht kann durch Vermittlungsinstanzen über verschiedene Protokolle transportiert werden Nutzung von gesicherten Protokollen (z.b.: secure HTTP, SSL, S/MIME) explizit möglich M. Jeckle XML-basierter Datentransport

29 Anforderungen an XMLP: RPC-Konventionen Vollständige und Eindeutige Identifikation des aufgerufenen Dienstes, Objetes oder Methode durch eine URI Unterstützung des Zusammenfügens von Aufruf und Antwort, falls dies nicht durch das gebundene Protokoll erledigt wird Parameterübergabe und Transport Protokollunabhäniger Mechanismus zur Fehlerrückgabe in Ergebnisnachricht M. Jeckle XML-basierter Datentransport

30 Anatomie einer SOAP-Nachricht SOAP-Nachricht Protokoll-spezifische Information SOAP-Envelope SOAP-Header. Individuelle SOAP-Header SOAP-Body (XML-Nachricht) M. Jeckle XML-basierter Datentransport

31 Ausblick auf die SOAP-Standardisierung: W3C's XML Protocols Anatomie einer XML-Nachricht XMLP-Nachricht. XMLP-Header... XMLP-Block XMLP-Body. XMLP-Block M. Jeckle XML-basierter Datentransport

32 Abstraktes Modell der XML Protocols (XMLP) XML-Knoten (Ursprungssender) XML-Knoten (Empfänger und Sender) XML-Knoten (entgültiges Ziel) XMLP Applikation 1 Handler 1 XMLP Block 1 XMLP Applikation 1 XMLP Applikation 1 Handler 6 Handler 2 XMLP Block 2 XMLP Block Handler 3 3 Handler 7 Handler 4 XMLP Block 4 Handler 8 Handler 5 XMLP XMLP XMLP Processor Nachricht XMLP Processor Nachricht XMLP Processor M. Jeckle XML-basierter Datentransport

33 Kritik am Ansatz XML zur Inhaltsdarstellung zusätzlicher Parsingaufwand beim Empfänger Informationsdarstellung platzraubender als optimierte Binärformate HTTP als Transportprotokoll Probleme bei Transaktionsverarbeitung durch fehlende Zustandsinformation Lösung: anderes Transportprotokoll verwenden (ab SOAP v1.1 möglich) Keine explizite Berücksichtigung von Sicherheit... nicht im durch SOAP angesprochenen Problembereich Lösung: Nutzung von HTTPS möglich M. Jeckle XML-basierter Datentransport

34 Referenzen Allgemeines: Research and Technology Artikel: SOAP die Lösung aller Interoperabilitätsprobleme? OBJEKTspektrum, Nr. 6, Nov./Dez Kommunikation mit dem Simple Object Access Protocol Java Spektrum, Nr. 2, Mrz./Apr SOAP-Implementierungen: Vergleich MS SOAP vs. IBM/Apache SOAP: M. Jeckle XML-basierter Datentransport