Effiziente SOAP-Transportprotokolle

Diplomarbeit von Tobias Jäcker

Einleitung:

Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP) hat sich zum Standardprotokoll im Bereich der Webservice Technologie entwickelt. Vor allem die ubiquitäre Verfügbarkeit und einfache Struktur von HTTP haben ihren Teil dazu beigetragen. HTTP als SOAP-Transportprotokoll ist in allen verfügbaren SOAP-Engines implementiert. Für viele Webservice Applikationen und Anwendungsszenarien ist HTTP jedoch zu unflexibel und kann den Anforderungen der Anwendungen nicht gerecht werden.

Die zunehmende Verbreitung der Webservice Technologie verlangt nach alternativen Konzepten hinsichtlich der verwendeten SOAP-Transportprotokolle. Als kritische Faktoren können hier der vom Protokoll verursachte Overhead und die Latenz betrachtet werden. So benötigen zum Beispiel Multimediaanwendungen häufig eine Kombination aus hoher Bandbreite und geringer Latenz. Hier erscheinen Webservices mit HTTP als Transportbinding durch den relativ großen Protokolloverhead und die hohe Latenz den Bedürfnissen nicht gerecht zu werden. Kabelgebundene Netze bieten heute zwar ausreichend Bandbreite auch für Anwendungen mit hohen Anforderungen, in Netzen, in denen die Nutzung jedoch beispielsweise nach verursachtem Datenvolumen abgerechnet wird (z.B. Mobilfunk), werden durch den Protokolloverhead zusätzlich Kosten verursacht. Webservices bieten die Möglichkeit, Applikationen aus vielen Bausteinen zusammenzubauen.

Denkt man beispielsweise an Buchungsfunktionen für Reisen, können hierbei viele sequentielle Aufrufe von Webservices notwendig sein. Ein mögliches Szenario könnte folgendermaßen aussehen: Das Hotel wird nur gebucht, wenn der Flug erfolgreich gebucht wurde. Der Mietwagen wird nur gebucht, wenn Flug und Hotel erfolgreich gebucht wurden usw. Bei Applikationen dieser Art summieren sich die Antwortzeiten, so dass schließlich eine vom Benutzer nicht mehr akzeptierte Verzögerung entsteht. Ziel dieser Arbeit ist es, ein bezüglich des Protokolloverheads und der Latenz minimales SOAP-Transportprotokoll zu entwickeln.

In Kapitel 2 werden zunächst die Anforderungen der SOAP-Spezifikation an das Binding betrachtet und alle dem Autor bekannten existierenden Bindings kurz vorgestellt. Diese Bindings werden dann in Kapitel 3 hinsichtlich des verursachten Protokolloverheads und der Latenz in zwei Anwendungsszenarien untersucht, um zu ermitteln, wie gut oder schlecht HTTP im Vergleich zu den anderen Bindings ab- schneidet.

Basierend auf den Ergebnissen dieser experimentellen Analyse, wird in Kapitel 4 ein minimales SOAP-Transportprotokoll mit dem Namen PURE entworfen und mit Hilfe einer vom Autor entwickelten Implementierung in die experimentelle Analyse aus Kapitel 3 einbezogen. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen von PURE.

Abstract:

The importance of the webservice technology was growing within the past years. The Hypertext Transfer Protocol (HTTP) evolved into the standard protocol for the transmission of SOAP messages. But SOAP in conjunction with HTTP has a siginificant larger demand for network bandwith than other Remote Procedure Call (RPC) technologies like Corba or Java-RMI.

Moreover in webservice applications with user interaction the high latency of the webservice technology has a negative impact on usability. Within this thesis HTTP and other existing SOAP Transportbindings will be experimentally analyzed in regard to protocol overhead and latency using different SOAP RPCs.

Then an optimized UDP-based transport binding called PURE will be introduced. PURE significantly reduces protocol overhead and latency and adds interesting features in regard to reliable message transport.

Inhaltsverzeichnis:

1.	Einleitung	1
2.	Existierende SOAP-Bindings	3
2.1	Anforderungen der SOAP-Spezifikation	3
2.2	SOAP-Erweiterungen	3
2.2.1	WS-Addressing	4
2.3	SOAP-Bindings	5
2.3.1	HTTP	5
2.3.2	Email	6
2.3.3	MSMQ	9
2.3.4	JMS	9
2.3.5	Beep	10
2.3.6	FTP	12
2.3.7	TCP	12
2.3.8	UDP	13
3.	Experimentelle Analyse der Bindings	15
3.1	Eigenschaften von Transportprotokollen	15
3.1.1	TCP	15
3.1.2	UDP	17
3.2	Protokolloverhead	18
3.2.1	Testumgebung	18
3.2.2	Ergebnisse	22
3.2.3	Interpretation	24
3.3	Latenz	24
3.3.1	Testumgebung	26
3.3.2	Ergebnisse	27
3.3.3	Interpretation	30
3.4	Ergebnis	31
4.	PURE - Ein minimales SOAP-Transportprotokoll	33
4.1	PURE – Architektur	33
4.1.1	Nachrichtenfragmentierung	35
4.1.2	Automatic Repeat Request (ARQ)	36
4.1.3	Positive Acknowledgements	38
4.2	Sicherheit	40
4.3	Evaluation	41
4.3.1	Protokolloverhead	41
4.3.2	Latenz	42
5.	Zusammenfassung und Ausblick	45
	Literaturverzeichnis	47
A.	Anhang	51
	Kurzdokumentation PURE-Client und Server	51