Laborator 09. Implementarea Serviciilor de Rețea în Android

În Android, prin intermediul serviciilor, sunt puse la dispoziție funcționalități care pot fi accesate de către dispozitivele care se găsesc în aceeași rețea locală. De obicei, o astfel de abordare se folosește pentru stabilirea de conexiuni punct la punct peste care pot fi dezvoltare jocuri la care pot participa mai mulți utilizatori, aplicații de partajare a unor resurse sau pentru transmiterea de mesaje. Totodată, pot fi expuse și servicii ale unor alte dispozitive din cadrul rețelei locale cum ar fi: calculatoare, imprimante, televizoare, ceasuri inteligente, acestea putând fi astfel accesate la distanță.

Serviciile pot fi implementate folosind două variante:

1. Android Network Service Discovery (NSD), un protocol integrat în Android începând cu nivelul de API 16 (Jelly Bean), pentru implementarea de servicii disponibile în rețeaua locală;
2. JmDNS, un proiect open-source care își propune implementarea în Java a unor funcționalități legate de proiectarea și dezvoltarea de servicii disponibile în rețeaua locală, fără a realiza nici un fel de configurări legate de infrastructura de comunicație.

Operațiile utilizate în implementarea serviciilor de rețea sunt:

1. configurarea diferiților parametri (pregătirea mediului de lucru);
2. înregistrarea unui serviciu, prin care celelalte dispozitive din rețeaua locală pot afla detalii cu privire la funcționalitatea oferită (tip de serviciu, adresă, port, descriere);
3. descoperirea unui serviciu, prin care un dispozitiv este informat cu privire la serviciile care pot fi accesate în rețeaua locală, filtrându-le în funcție de denumire și tip;
4. rezolvarea unui serviciu, prin care sunt identificate adresa și portul la care trebuie realizată o conexiune în vederea exploatării funcționalității pe care acesta o pune la dispoziție.

Cele mai multe servicii accesibile prin rețeaua locală sunt descrise prin intermediul unui tip care are de obicei forma _<protocol_nivel_aplicatie>._<protocol_nivel_transport>., unde:

• <protocol_nivel_aplicatie> poate fi standard sau definit de utilizator;
• <protocol_nivel_transport> este de regulă tcp sau udp (sau variații ale acestora).

Se poate consulta lista cu tipurile de servicii rezervate, gestionată de IANA (Autoritatea Internațională pentru Numere Alocate). Unele tipuri de servicii au definite și porturile pe care pot fi accesate.Pentru rezervarea unui astfel de tip de serviciu, este necesară o solicitare prealabilă, care poate fi aprobată sau respinsă, după caz.

Pentru Android NSD, pentru cele mai multe servicii nespecifice, se poate folosi tipul _http._tcp. (se folosește transferul de date prin HTTP folosind protocolul de transport TCP).

În cazul JmDNS, trebuie să se precizeze faptul că serviciul rulează local, definindu-se un tip corespunzător aplicației care implementează funcționalitatea respectivă (_<denumire_aplicatie>._tcp.local.).

Configurarea Android NSD presupune obținerea unei referințe către un obiect de tipul NsdManager, care oferă funcționalități referitoare la gestiunea serviciilor existente doar în cadrul rețelei locale.

NsdManager nsdManager = (NsdManager)context.getSystemService(Context.NSD_SERVICE);

API-ul pe care îl pune la dispoziție un astfel de obiect este asincron, astfel încât metodele apelate în cadrul claselor ascultător pentru diferite evenimente (înregistrare, descoperire, rezolvare) sunt executate în contextul unor fire de execuție dedicate, așa cum trebuie procedat în condițiile unor operații ce implică comunicația prin rețea.

Metodele pe care le implementează un obiect de tipul NsdManager sunt legate de operațiile ce pot fi realizate cu serviciile accesibile în cadrul rețelei locale:

• înregistrare
  • registerService(NsdServiceInfo, int, NsdManager.RegistrationListener) - folosită pentru înregistrarea unui serviciu, care să poată fi disponibil ulterior în cadrul rețelei locale;
  • unregisterService(NsdManager.RegistrationListener) - folosită pentru deînregistrarea unui serviciu, astfel încât acesta să nu mai poată fi accesat, atunci când nu mai este necesar sau aplicația Android este distrusă.
• descoperire
  • discoverServices(String, int, NsdManager.DiscoveryListener) - folosită pentru pornirea descoperirii de servicii accesibile în rețeaua locală, operație care va fi realizată permanent, până când se va specifica altfel (explicit), afectând resurse precum transferul de informații prin rețeaua locală (lățimea de bandă) și bateria;
  • stopServiceDiscovery(NsdManager.DiscoveryListener) - folosită pentru oprirea descoperirii de servicii, atunci când acesta nu mai este necesară sau aplicația Android este întreruptă temporar.
• rezolvare - resolveService(NsdServiceInfo, NsdManager.ResolveListener), pentru a identifica parametrii de conexiune ai unui serviciu (adresă și port).

Se observă că de regulă aceste metode primesc parametrii de tip:

• NsdServiceInfo - în care sunt stocate perechi de tipul (atribut, valoare) cu privire la serviciul disponibil în rețea:
  • denumire;
  • tip;
  • adresă;
  • port.
• ascultător pentru diferite evenimente legate de operațiile cu serviciile accesibile în rețea (înregistrare, descoperire, rezolvare), fiecare definind metode care descriu comportamentul pentru fiecare rezultat posibil al acestora.

În fișierul AndroidManifest.xml, singurele permisiuni care trebuie oferite aplicației sunt cele legate de accesul la rețeaua locală:

AndroidManifest.xml

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="ro.pub.cs.systems.pdsd.lab09.chatservice"
    android:versionCode="1"
    android:versionName="1.0">
 
    <uses-permission 
        android:name="android.permission.INTERNET" />
 
    <!-- ... -->
 
</manifest>

Întrucât versiunea curentă a JmDNS (3.4.1) oferă o bibliotecă sub forma unei arhive .jar care nu poate fi procesată în momentul în care este transformată în formatul .dex, este necesar ca aceasta să fie prelucrată, în sensul menținerii acelor clase care sunt strict necesare pentru gestiunea serviciilor de rețea, și anume cele din pachetul javax.jmdns.

student@pdsd2015:~$ jar xf jmdns.jar
student@pdsd2015:~$ jar cfm jmdns.jar META-INF/MANIFEST.MF javax/

JmDNS folosește pachete de tip multicast pentru a gestiona serviciile disponibile în rețea. Politica Android este de a dezactiva implicit astfel de transferuri, pentru a optimiza bateria, motiv pentru care această funcționalitate trebuie activată temporar, doar pe parcursul aplicației Android. În acest sens, trebuie obținut mutext-ul corespunzător operațiilor de acest tip, care va fi eliberat ulterior:

ChatActivity.java

public class ChatActivity extends Activity {
 
  // ...
 
  protected WifiManager wifiManager = null;
 
  @Override
  protected void onCreate(Bundle state) {
    super.onCreate(state);
 
    // ...
 
    WifiManager wifiManager = (WifiManager)getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);
    multicastLock = wifiManager.createMulticastLock(Constants.TAG);
    multicastLock.setReferenceCounted(true);
    multicastLock.acquire();
  }
 
  @Override
  protected void onDestroy() {
    super.onDestroy();
 
    // ...
 
    if (multicastLock != null) {
      multicastLock.relase();
      multicastLock = null;
    }
  }
 
  // ...
 
}

Configurarea JmDNS presupune crearea unei instanțe a unui obiect de tipul JmDNS, care oferă funcționalități referitoare la gestiunea serviciilor existente doar în cadrul rețelei locale. Se utilizează metoda statică create(InetAddress, String), care primește ca parametri:

• adresa mașinii, obținută prin intermediul metodei getIpAddress() apelată pe obiectul ConnectionInfo asociat obiectului care gestoniează interfața pentru comunicația prin intermediul rețelei fără fir;
• denumirea mașinii (determinată pe baza adresei, prin rezoluție inversă).

try {
  WifiManager wifiManager = ((ChatActivity)context).getWifiManager();
  InetAddress address = InetAddress.getByAddress(
    ByteBuffer.allocate(4).putInt(
      Integer.reverseBytes(wifiManager.getConnectionInfo().getIpAddress())
    ).array()
  );
  String name = address.getHostName();
  Log.i(Constants.TAG, "address = " + address + " name = " + name);
  jmDns = JmDNS.create(address, name);
} catch (IOException ioException) {
  Log.e(Constants.TAG, "An exception has occurred: " + ioException.getMessage());
  if (Constants.DEBUG) {
    ioException.printStackTrace();
  }
}	

API-ul pe care îl pune la dispoziție un astfel de obiect este asincron, astfel încât metodele apelate în cadrul claselor ascultător pentru diferite evenimente (înregistrare, descoperire, rezolvare) sunt executate în contextul unor fire de execuție dedicate, așa cum trebuie procedat în condițiile unor operații ce implică comunicația prin rețea.

• înregistrare
  • registerService(ServiceInfo) - folosită pentru înregistrarea unui serviciu, care să poată fi disponibil ulterior în cadrul rețelei locale;
  • unregisterService(ServiceInfo) sau unregisterAllServices()- folosită pentru deînregistrarea unui serviciu, astfel încât acesta să nu mai poată fi accesat, atunci când nu mai este necesar sau aplicația Android este distrusă.
• descoperire
  • addServiceListener(String, ServiceListener) - folosită pentru pornirea descoperirii de servicii accesibile în rețeaua locală, operație care va fi realizată permanent, până când se va specifica altfel (explicit), afectând resurse precum transferul de informații prin rețeaua locală (lățimea de bandă) și bateria; vor fi monitorizate doar serviciile de un anumit tip;
  • removeServiceListener(ServiceListener) - folosită pentru oprirea descoperirii de servicii de un anumit tip, atunci când acesta nu mai este necesară sau aplicația Android este întreruptă temporar.
• rezolvare - requestServiceInfo(String, String), pentru a identifica parametrii de conexiune (adresă și port) ai unui serviciu pentru care se cunoaște tipul și denumirea.â

Se observă că de regulă aceste metode primesc parametrii de tip:

• ServiceInfo - în care sunt stocate perechi de tipul (atribut, valoare) cu privire la serviciul disponibil în rețea:
  • denumire;
  • tip / subtip;
  • adresă / denumire dispozitiv care găzduiește serviciul;
  • port pe care poate fi accesat serviciul;
  • prioritate;
  • protocol
  • date
  • URL.
• ascultător pentru diferite evenimente legate de operațiile cu serviciile accesibile în rețea (înregistrare, descoperire, rezolvare), fiecare definind metode care descriu comportamentul pentru fiecare rezultat posibil al acestora.

Resusele asociate obiectului de tip JmDNS trebuie eliberate în momentul în care acesta nu mai este necesar (aplicația Android este distrusă):

try {
  if (jmDns != null) {
    jmDns.close();
    jmDns = null;
  }
} catch (IOException ioException) {
  Log.e(Constants.TAG, "An exception has occurred: " + ioException.getMessage());
  if (Constants.DEBUG) {
    ioException.printStackTrace();
  }
}

În fișierul AndroidManifest.xml, permisiunile care trebuie oferite aplicației vizează:

• accesul la Internet;
• schimbarea politicii cu privire la procesarea pachetelor de tip multi-cast (implicit dezactivate, pentru a optimiza consumul de energie);
• accesul la starea rețelei fără fir;
• accesul la starea rețelei cu fir.

AndroidManifest.xml

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="ro.pub.cs.systems.pdsd.lab09.chatservice"
    android:versionCode="1"
    android:versionName="1.0">
 
    <uses-permission
        android:name="android.permission.INTERNET"/>
    <uses-permission
        android:name="android.permission.CHANGE_WIFI_MULTICAST_STATE"/>
    <uses-permission
        android:name="android.permission.ACCESS_WIFI_STATE" />
    <uses-permission
        android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE" />
 
    <!-- ... -->
 
</manifest>

Connecting Devices Wirelessly
Quick Tutorial on Using Jmdns on Android
How to discover device (or service) on Android?
Service discovery using JmDNS in Eclipse : Wifistatemachine errors
Service Name and Transport Protocol Port Number Registry

http://jmdns.sourceforge.net/

http://sourceforge.net/projects/jmdns/

http://jmdns.sourceforge.net/apidocs/index.html

Multicast DNS