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--- /dev/null
+++ b/LaTeX/chapters/protokolle.tex
@@ -0,0 +1,749 @@
+\chapter{Protokolle und Beispiele}

+

+Im Folgenden werden alle verfügbaren Protokolle behandelt. Wie bereits beschrieben wird bei Protokollen zwischen Server- und Clientseite unterschieden. Server können auf Clientnachrichten, und Clients auf Servernachrichten antworten. Jeder Prozess kann beliebig viele Protokolle sowohl clientseitig als auch serverseitig unterstützen. Theoretisch ist es auch möglich, dass ein Prozess für ein bestimmtes Protokoll gleichzeitig der Server und der Client ist. Der Anwender kann auch weitere eigene Protokolle in der Programmiersprache Java mittels einer speziellen API (Application Programming Interface) erstellen. Wie eigene Protokolle erstellt werden können wird später behandelt. 

+

+Im dieser Diplomarbeit mitgelieferten Verzeichnis \textit{saved-simulations} befinden sich alle Beispielsimulationen zum selbst-probieren als \textit{.dat} (Serialisierter Java-Bytecode) abgespeichert. Alle Protokolle, bis auf das Beispiel-, das Ping Pong- sowie das Broadcast-Protokoll, orientieren sich an den in \cite{Tanenbaum} und \cite{Vorlesung} behandelten Protokollen.

+

+\section{Beispiel (Dummy) Protokoll}

+

+Das Dummy-Protokoll dient lediglich als leeres Template für die Erstellung eigener Protokolle. Bei der Verwendung des Dummy-Protokolls werden bei Ereignissen lediglich Lognachrichten ausgegeben. Es werden aber keine weiteren Aktionen ausgeführt.

+

+\newpage

+\section{Das Ping-Pong Protokoll \small{\textit{(ping-pong.dat, ping-pong-sturm.dat)}}}

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-ping-pong}}

+	\caption{Das Ping-Pong Protokoll}

+	\label{fig:PingPongProto}

+\end{figure}

+

+Bei dem Ping-Pong Protokoll (Abbildung \ref{fig:PingPongProto}.) werden zwischen zwei Prozessen, Client P1 und Server P2, ständig Nachrichten hin- und hergeschickt. Der Ping-Pong Client startet die erste Anfrage, worauf der Server dem Client antwortet. Auf diese Antwort wird vom Client ebenfalls geantwortet und so weiter. Jeder Nachricht wird ein Zähler mitgeschickt, der bei jeder Station um eins inkrementiert- und jeweils im Logfenster protokolliert wird. In Tabelle \ref{tb:PingPongTasks}. sind alle für dieses Beispiel programmierten Ereignisse aufgeführt. 

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-ping-pong-sturm}}

+	\caption{Das Ping-Pong Protokoll (Sturm)}

+	\label{fig:PingPongSturmProto}

+\end{figure}

+

+Wichtig ist, dass Prozess 1 seinen Ping-Pong Client aktiviert, bevor er eine Ping-Pong Clientanfrage startet! Wenn die Eintrittszeiten für die Aktivierung des Protokolls und das Starten der Anfrage identisch sind, so ordnet der Task-Manager (mehr dazu später) diese Ereignisse automatisch in der richtigen Reihenfolge an. Bei nicht-aktiviertem Ping-Pong Client könnte P1 auch keine Ping-Pong Anfrage starten. Bevor ein Prozess eine Anfrage starten kann, muss er das dazugehörige Protokoll unterstützen beziehungsweise aktiviert haben. Dies gilt natürlich für alle anderen Protokolle analog. Anhand diesem Beispiel ist erkennbar, dass die noch nicht ausgelieferte Nachrichten grün eingefärbt ist während alle ausgelieferten Nachrichten bereits die Farbe Blau tragen.

+

+Werden die Ereignisse wie in Tabelle \ref{tb:PingPongSturmTasks}. abgeändert, so lässt sich ein Ping-Pong Sturm realisieren. Dort wurde ein neuer Prozess 3 eingeführt, der als zusätzlicher Ping-Pong Server agiert. Da auf jede Clientnachricht stets zwei Serverantworten folgen, verdoppelt sich bei jedem Ping-Pong Durchgang die Anzahl der kursierenden Nachrichten. Auf Abbildung \ref{fig:PingPongSturmProto}. ist der dazugehörige Simulationsverlauf bis zum Zeitpunkt \textit{12676ms} dargestellt.

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	0 & 1 & Ping Pong Client aktivieren\\

+		 	0 & 2 & Ping Pong Server aktivieren\\

+		 	0 & 1 & Ping Pong Clientanfrage starten

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Ping-Pong Ereignisse}

+	\label{tb:PingPongTasks}

+\end{table}

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	0 & 1 & Ping Pong Client aktivieren\\

+		 	0 & 2 & Ping Pong Server aktivieren\\

+		 	0 & 3 & Ping Pong Server aktivieren\\

+		 	0 & 1 & Ping Pong Clientanfrage starten

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Ping-Pong Ereignisse (Sturm)}

+	\label{tb:PingPongSturmTasks}

+\end{table}

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	0000 & 1 & Broadcast Client aktivieren\\

+		 	0000 & 2 & Broadcast Client aktivieren\\

+		 	0000 & 3 & Broadcast Client aktivieren\\

+		 	0000 & 4 & Broadcast Client aktivieren\\

+		 	0000 & 5 & Broadcast Client aktivieren\\

+		 	0000 & 6 & Broadcast Client aktivieren\\

+		 	0000 & 1 & Broadcast Server aktivieren\\

+		 	0000 & 2 & Broadcast Server aktivieren\\

+		 	0000 & 3 & Broadcast Server aktivieren\\

+		 	0000 & 4 & Broadcast Server aktivieren\\

+		 	0000 & 5 & Broadcast Server aktivieren\\

+		 	0000 & 6 & Broadcast Server aktivieren\\

+		 	0000 & 1 & Broadcast Clientanfrage starten\\

+		 	2500 & 1 & Broadcast Clientanfrage starten

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Broadcast Ereignisse}

+	\label{tb:BroadcastSturmTasks}

+\end{table}

+\section{Das Broadcast Protokoll \small{\textit{(broadcast.dat)}}}

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-broadcast-sturm}}

+	\caption{Das Broadcast Protokoll}

+	\label{fig:BroadcastSturmProto}

+\end{figure}

+

+Das Broadcast Protokoll verhält sich ähnlich wie das Ping-Pong Protokoll. Der Unterschied besteht darin, dass sich das Protokoll anhand einer eindeutigen Broadcast-ID merkt, welche Nachrichten bereits verschickt wurden. Das Broadcast Protokoll (server- und clientseitig) verschickt alle erhaltenen Nachrichten, sofern sie vom jeweiligen Prozess noch nicht schon einmal verschickt wurden, erneut. 

+

+Der Server und der Client unterscheiden sich in diesem Fall nicht und führen bei Ankunft einer Nachricht jeweils die selben Aktionen durch. Somit lässt sich, unter Verwendung mehrerer Prozesse (hier 6), wie auf Abbildung \ref{fig:BroadcastSturmProto}., ein Broadcast erzeugen. P1 ist der Client und startet je eine Anfrage nach \textit{0ms} und \textit{2500ms}. Die Simulationsdauer beträgt hier genau \textit{5000ms}. Da ein Client nur Servernachrichten und ein Server nur Clientnachrichten empfangen kann, ist in dieser Simulation jeder Prozess, wie in Tabelle \ref{tb:BroadcastSturmTasks}. angegeben, gleichzeitig Server und Client. 

+

+

+\section{Das Protokoll zur internen Synchronisierung in einem synchronen System \small{\textit{(int-sync.dat)}}}

+

+Bisher wurden nur Protokolle vorgeführt, in denen die beteiligten Prozesse keine Uhrabweichung eingestellt hatten. Das Protokoll zur internen Synchronisierung ist ein Protokoll zur Synchronisierung der lokalen Prozesszeit, welches beispielsweise angewendet werden kann, wenn eine Prozesszeit aufgrund einer Uhrabweichung falsch geht. Wenn der Client seine falsche lokale Zeit $t_c$ mit einem Server synchronisieren möchte, so schickt er ihm eine Clientanfrage. Der Server schickt als Antwort seine eigene lokale Prozesszeit $t_s$ zurück, womit der Client seine neue und genauere Prozesszeit berechnen kann. Wie genau die neue Prozesszeit berechnet wird, ist im Folgenden beschrieben: 

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-time-sync}}

+	\caption{Das Protokoll zur internen Synchronisierung}

+	\label{fig:TimeSyncProto}

+\end{figure}

+

+Hier (Abbildung \ref{fig:TimeSyncProto}.) stellt P1 den Client und P2 den Server dar. Da die Übertragungszeit $t_u$ einer Nachricht angenommen zwischen $t'_{min}$ und $t'_{max}$ liegt, setzt der Client P1 nach Empfang der Serverantwort seine lokale Prozesszeit auf 

+

+\begin{equation*}

+	t_c := t_s + \frac{1}{2} (t'_{min} + t'_{max})

+\end{equation*}

+

+Somit wurde die lokale Zeit von P1, bis auf einen Fehler von $< \frac{1}{2} (t'_{max} - t'_{min})$, synchronisiert. 

+

+Der Clientprozess hat in der Abbildung \ref{fig:TimeSyncProto}. als Uhrabweichung den Wert \textit{0.1} und der Server hat als Uhrabweichung den Wert \textit{0.0} konfiguriert. Der Client startet, wie in Tabelle \ref{tb:InterneSyncTasks}. angegeben, nach \textit{0ms}, \textit{5000ms} und \textit{10000ms} seiner lokalen Prozesszeit jeweils eine Clientanfrage. In der Abbildung lässt sich erkennen, dass die 2. und die 3. Anfrage nicht synchron zu der globalen Zeit (siehe Sekunden-Gatter) gestartet wurden, was auf die Uhrabweichung von P1 zurückzuführen ist. Nach Simulationsende ist die Zeit von P1 bis auf \textit{15000ms} - \textit{15976ms} = \textit{-976ms} synchronisiert.

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	00000 & 1 & Interne Sync. Client aktivieren \\

+		 	00000 & 2 & Interne Sync. Server aktivieren\\

+		 	00000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\

+		 	05000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\

+		 	10000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Ereignisse zur internen Synchronisierung}

+	\label{tb:InterneSyncTasks}

+\end{table}

+

+\subsubsection{Protokollvariablen}

+

+Dieses Protokoll verwendet folgende zwei clientseitige Variablen, die in den Prozesseinstellungen unter dem Punkt ``Interne Sync. Client'' konfiguriert werden können. Serverseitig gibt es hier keine Variablen.

+

+\begin{itemize}

+	\item \textbf{Min. Übertragungszeit} \textit{(Long: 500)}: Gibt den Wert $t'_{min}$ in Millisekunden an

+	\item \textbf{Max. Übertragungszeit} \textit{(Long: 2000)}: Gibt den Wert $t'_{max}$ in Millisekunden an

+\end{itemize}

+

+$t'_{min}$ und $t'_{max}$ sind die bei den Protokollberechnungen verwendeten Werte. Sie können sich allerdings von den tatsächlichen Nachrichtenübertragungszeiten $t_{min}$ und $t_{max}$ (siehe Sektion über Prozesseinstellungen) unterscheiden. Somit lassen sich auch Szenarien simulieren, in denen das Protokoll falsch eingestellt wurde und wo in der Zeitsynchronisierung große Fehler auftreten können.

+

+

+\section{Christians Methode zur externen Synchronisierung \small{\textit{(ext-vs-int-sync.dat)}}}

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-time-sync-2}}

+	\caption{Interne Synchronisierung und Christians Methode im Vergleich}

+	\label{fig:TimeSync2Proto}

+\end{figure}

+

+Ein weiteres Protokoll für die Synchronisierung von Uhrzeiten funktioniert nach der Christians Methode zur externen Synchronisierung. Die Christians Methode benutzt die RTT (Round Trip Time) $t_{rtt}$, um die Übertragungszeit von einzelnen Nachrichten zu approximieren. 

+

+Wenn der Client seine lokale Zeit $t_c$ bei einem Server synchronisieren möchte, so verschickt er eine Anfrage, und misst dabei bis zur Ankunft der Serverantwort die dazugehörige RTT $t_{rtt}$. Die Serverantwort beinhaltet die lokale Prozesszeit $t_s$ vom Server von dem Zeitpunkt, als der Server die Antwort verschickte. Der Client setzt dann seine lokale Zeit neu auf:

+

+\begin{equation*}

+	t_c := t_s + \frac{1}{2} t_{rtt}

+\end{equation*}

+

+und zwar mit einer Genauigkeit von $\pm(\frac{1}{2} t_{rtt} - u_{min}$) wenn $u_{min}$ eine Schranke für eine Nachrichtenübertragung mit $t_{rtt} < u_{min}$ ist (siehe \cite{Vorlesung}).

+

+Im Prinzip sieht ein Verlauf einer Christians-Simulation so aus wie auf Abbildung \ref{fig:TimeSyncProto}., daher wird hier auf eine einfache Abbildung vom Christians-Protokoll verzichtet. Viel interessanter ist der direkte Vergleich zwischen dem Protokoll zur internen Synchronisierung und der Christians Methode der externen Synchronisierung (Abbildung \ref{fig:TimeSync2Proto}.). Hier stellt P1 den Client zur internen Synchronisierung und P3 den Client zur externen Synchronisierung dar. P2 fungiert für beide Protokolle gleichzeitig als Server. P1 und P3 starten jeweils zu den lokalen Prozesszeiten \textit{0ms}, \textit{5000ms} und \textit{10000ms} eine Clientanfrage (Tabelle \ref{tb:InterneSync2Tasks}.). P1 und P3 haben als Uhrabweichung \textit{0.1} eingestellt und die Simulationsdauer beträgt insgesamt \textit{15000ms}.

+

+Auf der Abbildung \ref{fig:TimeSync2Proto}. ist ablesbar, dass nach Ablauf der Simulation P1 seine Zeit bis auf \textit{15000ms} - \textit{14567ms} = \textit{433ms} und P3 seine Zeit bis auf \textit{15000ms} - \textit{15539ms} = \textit{-539ms} synchronisiert hat. In diesem Beispiel hat also das Protokoll zur internen Synchronisierung ein besseres Ergebnis geliefert. Dies ist allerdings nicht zwingend immer der Fall, da nach einer erneuten Simulationsausführung alle Nachrichten jeweils eine neue zufällige Übertragungszeit zwischen $t_{min}$ und $t_{max}$ haben werden, die auf das eine oder andere Protokoll wieder andere Auswirkungen haben können.

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	00000 & 1 & Interne Sync. Client aktivieren \\

+		 	00000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\

+		 	00000 & 2 & Christians Server aktivieren\\

+		 	00000 & 2 & Interne Sync. Server aktivieren\\

+		 	00000 & 3 & Christians Client aktivieren \\

+		 	00000 & 3 & Christians Clientanfrage starten\\

+		 	05000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\

+		 	05000 & 3 & Christians Clientanfrage starten\\

+		 	10000 & 1 & Interne Sync. Clientanfrage starten\\

+		 	10000 & 3 & Christians Clientanfrage starten\\

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Ereignisse, Vergleich interne und externe Synchronisierung}

+	\label{tb:InterneSync2Tasks}

+\end{table}

+

+

+\section{Der Berkeley Algorithmus zur internen Synchronisierung \small{\textit{(berkeley.dat)}}}

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-berkeley}}

+	\caption{Der Berkeley Algorithmus zur internen Synchronisierung}

+	\label{fig:BerkeleyProto}

+\end{figure}

+

+Der Berkeley Algorithmus zur internen Synchronisierung ist eine weitere Möglichkeit lokale Uhrzeiten abzugleichen. Dies ist das erste Protokoll, wo der Server die Anfragen startet. Der Server stellt den Koordinator des Protokolls dar. Die Clients sind somit passiv und müssen warten, bis eine Serveranfrage eintrifft. Hierbei muss der Server wissen, welche Clientprozesse an dem Protokoll teilnehmen, was sich in den Protokolleinstellungen des Servers einstellen lässt.

+

+Wenn der Server seine eigene lokale Zeit $t_s$ und auch die lokalen Prozesszeiten $t_i$ der Clients ($i = 1, ..., n$) synchronisieren möchte, so verschickt er eine Serveranfrage. $n$ sei hierbei die Anzahl beteiligter Clients. Die Clients senden dann ihre lokalen Prozesszeiten in einer Nachricht zurück zum Server. Der Server hat dabei die RTTs $r_i$ bis zur Ankunft aller Clientantworten gemessen. 

+

+Nachdem alle Antworten vorliegen, setzt er zunächst seine eigene Zeit $t_s$ auf den Mittelwert $t_{avg}$ aller bekannten Prozesszeiten (seiner eigenen Prozesszeit eingeschlossen). Die Übertragungszeit einer Clientantwort wird auf die Hälfte der RTT geschätzt und in der Berechnung berücksichtigt: 

+

+\begin{equation*}

+	t_{avg} :=

+	\frac{1}{n+1} ( t_s +

+		\sum_{\substack{

+			i=1\\

+		}}^n

+		\frac{r_i}{2} + t_i

+	)

+\end{equation*}

+\begin{equation*}

+	t_s := t_{avg}

+\end{equation*}

+

+Anschließend berechnet der Server für jeden Client einen Korrekturwert $k_i := t_{avg} - t_i$, den er jeweils in einer separaten Nachricht zurückschickt. Die Clients setzten dann jeweils die lokalen Prozesszeiten auf $t'_i := t'_i + k_i$. Hierbei stellt $t'_i$ die derzeit aktuelle Prozesszeit des jeweiligen Clients dar, denn bis zum Eintreffen des Korrekturwertes ist inzwischen wieder neue Zeit verstrichen.

+

+Im Beispiel auf Abbildung \ref{fig:BerkeleyProto}. gibt es die 2 Clientprozesse P1 und P3 sowie den Serverprozess P2. Der Server startet nach jeweils \textit{0ms} und \textit{7500ms} eine Synchronisierungsanfrage (Tabelle \ref{tb:BerkeleyTasks}.). Hier fällt auf, dass der Server stets 2 Korrekturwerte verschickt, die jeweils P1 und P3 erreichen. Es werden hier also pro Synchronisierungsvorgang insgesamt 4 Korrekturwerte ausgeliefert. Eine Korrekturnachricht enthält neben dem Korrekturwert $k_i$ auch die PID des Prozesses, für den die Nachricht bestimmt ist. Indem das Protokoll die PID überprüft verarbeitet ein Client so nur die für ihn bestimmten Korrekturwerte.

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	0000 & 1 & Berkeley Client aktivieren \\

+		 	0000 & 2 & Berkeley Server aktivieren \\

+		 	0000 & 3 & Berkeley Client aktivieren \\

+		 	0000 & 2 & Berkeley Serveranfrage starten\\

+		 	7500 & 2 & Berkeley Serveranfrage starten\\

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Ereignisse zum Berkeley Algorithmus}

+	\label{tb:BerkeleyTasks}

+\end{table}

+\subsubsection{Protokollvariablen}

+

+Dieses Protokoll verwendet folgende serverseitige Variable, die in den Prozesseinstellungen unter dem Punkt ``Berkeley Server'' konfiguriert werden kann. Clientseitig gibt es hier keine Variablen.

+

+\begin{itemize}

+	\item \textbf{PIDs beteiligter Prozesse} \textit{(Integer[]: [1,3])}: Dieser Vektor aus Integerwerten beinhaltet alle PIDs der Berkeley Clientprozesse, mit denen der Berkeley Server die Zeit synchronisieren soll. Das Protokoll funktioniert nicht, wenn hier eine PID angegeben wird die gar nicht existiert oder nicht das Berkeley Protokoll clientseitig gar nicht unterstützt. In diesem Fall würde ewig auf eine fehlende Clientantwort gewartet werden.

+\end{itemize}

+

+

+\section{Das Ein-Phasen Commit Protokoll \small{\textit{(one-phase-commit.dat)}}}

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-one-phase-commit}}

+	\caption{Das Ein-Phasen Commit Protokoll}

+	\label{fig:OnePhaseCommitProto}

+\end{figure}

+

+Das Ein-Phasen Commit Protokoll ist dafür gedacht beliebig vielen Clients zu einer Festschreibung zu bewegen. Im realen Leben könnte dies beispielsweise das Erstellen oder Löschen einer Datei sein, von der auf jedem Client eine lokale Kopie existiert. Der Server ist der Koordinator und auch derjenige, der einen Festschreibewunsch initiiert. Hierbei verschickt der Server periodisch so oft den Festschreibewunsch, bis er von jedem Client eine Bestätigung erhalten hat. Der Server muss dabei die PIDs aller beteiligten Clientprozesse sowie einen Wecker für erneutes Versenden des Festschreibewunsches eingestellt bekommen. 

+

+Die programmierten Ereignisse des Beispiels auf Abbildung \ref{fig:OnePhaseCommitProto}. sind in Tabelle \ref{tb:OnePhaseCommitTasks}. aufgelistet. P1 und P3 simulieren jeweils einen Client und P2 den Server. Damit die Simulation mehrere Festschreibewünsche verschickt, stürzt in der Simulation P1 nach \textit{1000ms} ab und nach \textit{5000ms} steht er wieder zur Verfügung. Die ersten beide Festschreibewünsche erreichen dadurch P1 nicht und erst der dritte Versuch verläuft erfolgreich. Bevor die Bestätigung von P1 bei P2 eintrifft, läuft jedoch der Wecker erneut ab, so dass ein weiterer Festschreibewunsch versendet wird. Da P1 und P3 jeweils schon eine Bestätigung verschickt haben, wird diese Festschreibewunschnachricht ignoriert. Jeder Client bestätigt auf einen Festschreibewunsch nur ein einziges Mal.

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	0000 & 1 & 1-Phasen Commit Client aktivieren\\

+		 	0000 & 2 & 1-Phasen Commit Server aktivieren\\

+		 	0000 & 3 & 1-Phasen Commit Client aktivieren\\

+		 	0000 & 2 & 1-Phasen Commit Serveranfrage starten\\

+		 	1000 & 1 & Prozessabsturz\\

+		 	5000 & 1 & Prozesswiederbelebung

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Ein-Phasen Commit Ereignisse}

+	\label{tb:OnePhaseCommitTasks}

+\end{table}

+

+\subsubsection{Protokollvariablen}

+

+Dieses Protokoll verwendet folgende serverseitige Variablen, die in den Prozesseinstellungen unter dem Punkt ``1-Phasen Commit Server'' konfiguriert werden können. Clientseitig gibt es hier keine Variablen.

+

+\begin{itemize}

+	\item \textbf{Zeit bis erneute Anfrage} \textit{(Long: timeout = 2500)}: Gibt die Anzahl von Millisekunden an, die gewartet werden sollen, bis der Festschreibewunsch erneut verschickt wird.

+	\item \textbf{PIDs beteiligter Prozesse} \textit{(Integer[]: pids = [1,3])}: Dieser Vektor aus Integerwerten beinhaltet alle PIDs der Clientprozesse, die festschreiben sollen. 

+\end{itemize}

+

+

+\section{Das Zwei-Phasen Commit Protokoll \small{\textit{(two-phase-commit.dat)}}}

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-two-phase-commit}}

+	\caption{Das Zwei-Phasen Commit Protokoll}

+	\label{fig:TwoPhaseCommitProto}

+\end{figure}

+

+Das Zwei-Phasen Commit Protokoll ist eine Erweiterung des Ein-Phasen Commit Protokolls. Der Server startet zunächst eine Anfrage an alle beteiligten Clients, ob festgeschrieben werden soll. Jeder Client antwortet dann mit \textit{true} oder \textit{false}. Der Server fragt so oft periodisch nach, bis alle Ergebnisse aller Clients vorliegen. Nach Erhalt aller Abstimmungen überprüft der Server, ob alle mit \textit{true} abgestimmt haben. Für den Fall dass mindestens ein Client mit \textit{false} abgestimmt hat, wird der Festschreibevorgang abgebrochen und als globales Abstimmungsergebnis \textit{false} verschickt. Wenn jedoch alle mit \textit{true} abstimmten, soll festgeschrieben werden. Dabei wird das globale Abstimmungsergebnis \textit{true} verschickt. Das globale Abstimmungsergebnis wird periodisch so oft erneut verschickt, bis von jedem Client eine Bestätigung des Erhalts vorliegt.

+

+In dem Beispiel (Abbildung \ref{fig:TwoPhaseCommitProto}.) sind P1 und P3 Clients und P2 der Server. Der Server verschickt nach \textit{0ms} seine erste Anfrage (Tabelle \ref{tb:TwoPhaseCommitTasks}.). Da diese Simulation recht unübersichtlich ist, liegen in den Tabellen \ref{tb:TwoPhaseCommitLogs}. und \ref{tb:TwoPhaseCommitLogs2}. Auszüge aus dem Logfenster vor. Auf die Lamport- und Vektor-Zeitstempel sowie die lokalen Prozesszeiten wurde hier wegen Irrelevanz verzichtet. Da keine Uhrabweichungen konfiguriert wurden, sind die lokalen Prozesszeiten stets gleich der globalen Zeit und deswegen wird in den Tabellen pro Logeintrag jeweils nur eine Zeit angegeben. Anhand der Nachrichten IDs lassen sich dort die einzelnen Sendungen zuordnen. In den Logs wird auch ständig der Inhalt der verschickten Nachricht sowie die dazugehörigen Datentypen aufgeführt. Hier stimmen P1 und P3 jeweils mit \textit{true}, d.h. es soll festgeschrieben werden, ab. 

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	0000 & 1 & 2-Phasen Commit Client aktivieren\\

+		 	0000 & 2 & 2-Phasen Commit Server aktivieren\\

+		 	0000 & 3 & 2-Phasen Commit Client aktivieren\\

+		 	0000 & 2 & 2-Phasen Commit Serveranfrage starten

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Zwei-Phasen Commit Ereignisse}

+	\label{tb:TwoPhaseCommitTasks}

+\end{table}

+

+\subsubsection{Protokollvariablen}

+

+Dieses Protokoll verwendet folgende serverseitige Variablen, die in den Prozesseinstellungen unter dem Punkt ``2-Phasen Commit Server'' konfiguriert werden können:

+

+\begin{itemize}

+	\item \textbf{Zeit bis erneute Anfrage} \textit{(Long: timeout = 2500)}: Gibt die Anzahl von Millisekunden an, die gewartet werden sollen, bis der Festschreibewunsch erneut verschickt wird.

+	\item \textbf{PIDs beteiligter Prozesse} \textit{(Integer[]: pids = [1,3])}: Dieser Vektor aus Integerwerten beinhaltet alle PIDs der Clientprozesse die über eine Festschreibung abstimmen und anschließend gegebenenfalls festschreiben sollen. 

+\end{itemize}

+

+Und folgende Clientvariable kann unter den Prozesseinstellungen unter dem Punkt ``2-Phasen Commit Client'' konfiguriert werden:

+

+\begin{itemize}

+	\item \textbf{Festschreibwahrscheinlichkeit} \textit{(Integer: ackProb = 50)}: Gibt die Wahrscheinlichkeit in Prozent an, die der Client mit \textit{true}, also für das Festschreiben, abstimmt.

+\end{itemize}

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Lognachricht} \\

+			\hline

+000000 & & Simulation gestartet\\

+\hline

+000000 & 1 & 2-Phasen Commit Client aktiviert\\

+\hline

+000000 & 2 & 2-Phasen Commit Server aktiviert\\

+\hline

+000000 & 2 & Nachricht versendet; ID: 94; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Boolean: wantVote=true\\

+\hline

+000000 & 3 & 2-Phasen Commit Client aktiviert\\

+\hline

+000905 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 94; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+000905 & 3 & Nachricht versendet; ID: 95; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Integer: pid=3; Boolean: isVote=true; vote=true\\

+\hline

+000905 & 3 & Abstimmung true versendet\\

+\hline

+001880 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 95; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+001880 & 2 & Abstimmung von Prozess 3 erhalten! Ergebnis: true\\

+\hline

+001947 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 94; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+001947 & 1 & Nachricht versendet; ID: 96; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Integer: pid=1; Boolean: isVote=true; vote=true\\

+\hline

+001947 & 1 & Abstimmung true versendet\\

+\hline

+002500 & 2 & Nachricht versendet; ID: 97; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Boolean: wantVote=true\\

+\hline

+003006 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 97; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+003006 & 3 & Nachricht versendet; ID: 98; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Integer: pid=3; Boolean: isVote=true; vote=true\\

+\hline

+003006 & 3 & Abstimmung true versendet\\

+\hline

+003137 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 96; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+003137 & 2 & Abstimmung von Prozess 1 erhalten! Ergebnis: true\\

+\hline

+003137 & 2 & Abstimmungen von allen beteiligten Prozessen erhalten!\\

+	& & Globales Ergebnis: true\\

+\hline

+003137 & 2 & Nachricht versendet; ID: 99; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Boolean: isVoteResult=true; voteResult=true\\

+\hline

+004124 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 99; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+004124 & 1 & Globales Abstimmungsergebnis erhalten. Ergebnis: true\\

+\hline

+004124 & 1 & Nachricht versendet; ID: 100; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Integer: pid=1; Boolean: isAck=true\\

+\hline

+004354 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 99; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+004354 & 3 & Globales Abstimmungsergebnis erhalten. Ergebnis: true\\

+\hline

+004354 & 3 & Nachricht versendet; ID: 101; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Integer: pid=3; Boolean: isAck=true\\

+\hline

+004434 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 97; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+004434 & 1 & Nachricht versendet; ID: 102; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Integer: pid=1; Boolean: isVote=true; vote=true\\

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Auszug aus der Logausgabe des Zwei-Phasen Commit Beispiels}

+	\label{tb:TwoPhaseCommitLogs}

+\end{table}

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Lognachricht} \\

+			\hline

+004434 & 1 & Abstimmung true versendet\\

+\hline

+004527 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 98; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+004975 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 101; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+005311 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 102; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+005637 & 2 & Nachricht versendet; ID: 103; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Boolean: isVoteResult=true; voteResult=true\\

+\hline

+006051 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 100; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+006051 & 2 & Alle Teilnehmer haben die Abstimmung erhalten\\

+\hline

+006766 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 103; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+006766 & 1 & Globales Abstimmungsergebnis erhalten. Ergebnis: true\\

+\hline

+006766 & 1 & Nachricht versendet; ID: 104; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Integer: pid=1; Boolean: isAck=true\\

+\hline

+007279 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 104; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+007618 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 103; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+007618 & 3 & Globales Abstimmungsergebnis erhalten. Ergebnis: true\\

+\hline

+007618 & 3 & Nachricht versendet; ID: 105; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+	& & Integer: pid=3; Boolean: isAck=true\\

+\hline

+009170 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 105; Protokoll: 2-Phasen Commit\\

+\hline

+010000 & & Simulation beendet

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Auszug aus der Logausgabe des Zwei-Phasen Commit Beispiels (2)}

+	\label{tb:TwoPhaseCommitLogs2}

+\end{table}

+

+

+\section{Der ungenügende (Basic) Multicast \small{\textit{(basic-multicast.dat)}}}

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-basic-multicast}}

+	\caption{Das Basic-Multicast Protokoll}

+	\label{fig:BasicMulticastProto}

+\end{figure}

+

+Das Basic-Multicast Protokoll ist sehr einfach aufgebaut. Im Beispiel auf Abbildung \ref{fig:BasicMulticastProto}. sind P1 und P3 Server und P2 der Client. Bei diesem Protokoll startet der Client immer die Anfrage, welche bei diesem Protokoll eine einfache Multicast-Nachricht darstellen soll. Die Basic-Multicast Server dienen lediglich für den Empfang einer Nachricht. Es werden keine Bestätigungen verschickt. Wie in Tabelle \ref{tb:BasicMulticastTasks}. aufgeführt verschickt P2 alle \textit{2500ms} jeweils eine Multicast-Nachricht, die alle voneinander völlig unabhängig sind. 

+

+P1 kann jedoch erst nach \textit{2500ms} Multicast-Nachrichten empfangen, da er vorher das Protokoll nicht unterstützt während P3 von \textit{3000ms} bis \textit{6000ms} abgestürzt ist und in dieser Zeit auch keine Nachrichten empfangen kann. Je nach Interpretation könnte P1 einen Server simulieren, der erst später ans Netz angeschlossen wird. Da die Einstellung ``Nur relevante Nachrichten anzeigen'' aktiviert ist, wird die erste Multicast-Nachricht von P2 an P1 nicht dargestellt. Bei jedem Prozess wurde die Nachrichtenverlustwahrscheinlichkeit auf \textit{30} Prozent gestellt, weswegen alle in dieser Simulation verschickten Nachrichten mit einer Wahrscheinlichkeit von \textit{30} Prozent ausfallen. 

+

+In diesem Beispiel ging die 3. Multicast-Nachricht auf den Weg zu P3- und die 5. sowie 6. Nachricht auf den Weg zu P1 verloren. Lediglich die 4. Multicast-Nachricht hat alle beiden Ziele auf einmal erreicht.

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	00000 & 2 & Basic Multicast Client aktivieren\\

+		 	00000 & 3 & Basic Multicast Server aktivieren\\

+		 	00000 & 2 & Basic Multicast Clientanfrage starten\\

+		 	02500 & 1 & Basic Multicast Server aktivieren\\

+		 	02500 & 2 & Basic Multicast Clientanfrage starten\\

+		 	03000 & 3 & Prozessabsturz\\

+		 	05000 & 2 & Basic Multicast Clientanfrage starten\\

+		 	06000 & 3 & Prozesswiederbelebung\\

+		 	07500 & 2 & Basic Multicast Clientanfrage starten\\

+		 	10000 & 2 & Basic Multicast Clientanfrage starten\\

+		 	12500 & 2 & Basic Multicast Clientanfrage starten

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Basic-Multicast Ereignisse}

+	\label{tb:BasicMulticastTasks}

+\end{table}

+

+

+\section{Der zuverlässige (Reliable) Multicast \small{\textit{(reliable-multicast.dat)}}}

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-reliable-multicast}}

+	\caption{Das Reliable-Multicast Protokoll}

+	\label{fig:ReliableMulticastProto}

+\end{figure}

+

+Bei dem  zuverlässigen (Reliable) Multicast verschickt der Client so oft periodisch seine Multicast-Nachricht erneut, bis er von allen beteiligten Servern eine Bestätigung erhalten hat. Nach jedem erneuten Versuch vergisst der Client, von welchen Servern er bereits eine Bestätigung erhalten hat, womit jeder erneuter Versuch von allen Teilnehmern aufs Neue bestätigt werden muss. In dem Beispiel (Abbildung \ref{fig:ReliableMulticastProto}., Tabelle \ref{tb:ReliableMulticastTasks}., sowie den Logs in den Tabellen \ref{tb:ReliableMulticastLogs}. und \ref{tb:ReliableMulticastLogs2}.) ist P2 der Multicast-verschickende Client, während P1 und P3 die Server darstellen. Bei \textit{0ms} initiiert der Client seine Multicast-Nachricht. Die Nachrichtenverlustwahrscheinlichkeiten sind bei allen Prozessen auf \textit{30} Prozent eingestellt.

+

+In diesem Beispiel benötigt der Client bis zur erfolgreichen Auslieferung des zuverlässigen Multicasts genau 5 Versuche:

+

+\begin{enumerate}

+	\setlength{\itemsep}{-1mm}

+	\item Versuch: 

+		\begin{itemize}

+			\setlength{\itemsep}{-2.5mm}

+			\item P1 unterstützt das Reliable-Multicast Protokoll noch nicht, und kann somit weder Multicast-Nachricht erhalten noch eine Bestätigung verschicken.

+			\item P3 empfängt die Multicast-Nachricht, jedoch geht seine Bestätigungsnachricht verloren.

+		\end{itemize}

+	\item Versuch: 

+		\begin{itemize}

+			\setlength{\itemsep}{-2.5mm}

+			\item P1: Die Multicast-Nachricht geht unterwegs zu P1 verloren.

+			\item P3: Die Multicast-Nachricht erreicht P3, aber P3 ist abgestürzt und kann somit keine Nachricht verarbeiten.

+		\end{itemize}

+	\item Versuch: 

+		\begin{itemize}

+			\setlength{\itemsep}{-2.5mm}

+			\item P1 empfängt die Multicast-Nachricht und seine Bestätigung kommt wie geplant bei P2 an. 

+			\item P3: Die Multicast-Nachricht geht unterwegs zu P3 verloren.

+		\end{itemize}

+	\item Versuch: 

+		\begin{itemize}

+			\setlength{\itemsep}{-2.5mm}

+			\item P1 empfängt die Multicast-Nachricht und seine Bestätigung kommt wie geplant bei P2 an. 

+			\item P3: Die Multicast-Nachricht erreicht P3, aber P3 ist abgestürzt und kann somit keine Nachricht verarbeiten.

+		\end{itemize}

+	\item Versuch: 

+		\begin{itemize}

+			\item P1 empfängt die Multicast-Nachricht und seine Bestätigung kommt wie geplant bei P2 an. 

+			\setlength{\itemsep}{-2.5mm}

+			\item P3 empfängt die Multicast-Nachricht und seine Bestätigung kommt wie geplant bei P2 an. 

+		\end{itemize}

+\end{enumerate}

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Ereignis} \\

+		\hline 

+		 	00000 & 3 & Reliable Multicast Server aktivieren\\

+		 	00000 & 2 & Reliable Multicast Client aktivieren\\

+		 	00000 & 2 & Reliable Multicast Clientanfrage starten\\

+		 	02500 & 1 & Reliable Multicast Server aktivieren\\

+		 	03000 & 3 & Prozessabsturz\\

+		 	10000 & 3 & Prozesswiederbelebung\\

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Programmierte Reliable-Multicast Ereignisse}

+	\label{tb:ReliableMulticastTasks}

+\end{table}

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Lognachricht} \\

+			\hline

+000000 & & Simulation gestartet\\

+\hline

+000000 & 2 & Reliable Multicast Client aktiviert\\

+\hline

+000000 & 2 & Nachricht versendet; ID: 280; Protokoll: Reliable Multicast;\\

+	   & & Boolean: isMulticast=true\\

+\hline

+000000 & 3 & Reliable Multicast Server aktiviert\\

+\hline

+001590 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 280; Protokoll: Reliable Multicast\\

+\hline

+001590 & 3 & Nachricht versendet; ID: 281; Protokoll: Reliable Multicast\\

+	   & & Integer: pid=3; Boolean: isAck=true\\

+\hline

+001590 & 3 & ACK versendet\\

+\hline

+002500 & 1 & Reliable Multicast Server aktiviert\\

+\hline

+002500 & 2 & Nachricht versendet; ID: 282; Protokoll: Reliable Multicast\\

+	   & & Boolean: isMulticast=true\\

+\hline

+003000 & 3 & Abgestürzt\\

+\hline

+005000 & 2 & Nachricht versendet; ID: 283; Protokoll: Reliable Multicast\\

+	   & & Boolean: isMulticast=true\\

+\hline

+005952 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 283; Protokoll: Reliable Multicast\\

+\hline

+005952 & 1 & Nachricht versendet; ID: 284; Protokoll: Reliable Multicast\\

+	   & & Integer: pid=1; Boolean: isAck=true\\

+\hline

+005952 & 1 & ACK versendet\\

+\hline

+007500 & 2 & Nachricht versendet; ID: 285; Protokoll: Reliable Multicast\\

+	   & & Boolean: isMulticast=true\\

+\hline

+007937 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 284; Protokoll: Reliable Multicast\\

+\hline

+007937 & 2 & ACK von Prozess 1 erhalten!\\

+\hline

+008469 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 285; Protokoll: Reliable Multicast\\

+\hline

+008469 & 1 & Nachricht versendet; ID: 286; Protokoll: Reliable Multicast\\

+	   & & Integer: pid=1; Boolean: isAck=true\\

+\hline

+008469 & 1 & ACK erneut versendet\\

+\hline

+010000 & 2 & Nachricht versendet; ID: 287; Protokoll: Reliable Multicast\\

+	   & & Boolean: isMulticast=true\\

+\hline

+010000 & 3 & Wiederbelebt\\

+\hline

+010395 & 2 & Nachricht erhalten; ID: 286; Protokoll: Reliable Multicast\\

+\hline

+010995 & 3 & Nachricht erhalten; ID: 287; Protokoll: Reliable Multicast\\

+\hline

+010995 & 3 & Nachricht versendet; ID: 288; Protokoll: Reliable Multicast\\

+	   & & Integer: pid=3; Boolean: isAck=true\\

+\hline

+010995 & 3 & ACK erneut versendet\\

+\hline

+011213 & 1 & Nachricht erhalten; ID: 287; Protokoll: Reliable Multicast\\

+\hline

+011213 & 1 & Nachricht versendet; ID: 289; Protokoll: Reliable Multicast\\

+	   & & Integer: pid=1; Boolean: isAck=true\\

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Auszug aus der Logausgabe des Reliable-Multicast Beispiels}

+	\label{tb:ReliableMulticastLogs}

+\end{table}

+

+\begin{table}

+	\centering

+	\fbox{

+	\begin{tabular}{c|c|l}

+		\textbf{Zeit (ms)} & \textbf{PID} & \textbf{Lognachricht} \\

+			\hline

+011213 & 1 & ACK erneut versendet\\

+\hline

+011813 & 2 &  Nachricht erhalten; ID: 288; Protokoll: Reliable Multicast\\

+\hline

+011813 & 2 &  ACK von Prozess 3 erhalten!\\

+\hline

+011813 & 2 &  ACKs von allen beteiligten Prozessen erhalten!\\

+\hline

+012047 & 2 &  Nachricht erhalten; ID: 289; Protokoll: Reliable Multicast\\

+\hline

+015000 & & Simulation beendet\\

+	\end{tabular}

+	}

+	\caption{Auszug aus der Logausgabe des Reliable-Multicast Beispiels (2)}

+	\label{tb:ReliableMulticastLogs2}

+\end{table}

+

+\subsubsection{Protokollvariablen}

+

+Dieses Protokoll verwendet folgende serverseitige Variablen, die in den Prozesseinstellungen unter dem Punkt ``Reliable Multicast Server'' konfiguriert werden können:

+

+\begin{itemize}

+	\item \textbf{Zeit bis erneute Anfrage} \textit{(Long: timeout = 2500)}: Gibt die Anzahl von Millisekunden an, die gewartet werden sollen, bis der Muticast erneut verschickt wird.

+	\item \textbf{PIDs beteiligter Prozesse} \textit{(Integer[]: pids = [1,3])}: Dieser Vektor aus Integerwerten beinhaltet alle PIDs der Serverprozesse, die die Multicast-Nachricht erhalten sollen.

+\end{itemize}

+

+

+\section{Weitere Beispiele}

+

+Bisher wurden alle verfügbaren Protokolle anhand von Beispielen aufgeführt. Mit dem Simulator lassen sich allerdings noch viel mehr Szenarien simulieren. Daher soll hier auf weitere Anwendungsbeispiele eingegangen werden.

+

+\subsection{Simulation von Lamport- und Vektor-Zeitstempel}

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-berkeley-lamport}}

+	\caption{Lamport-Zeitstempel}

+	\label{fig:Lamportzeit}

+\end{figure}

+

+Die Vektor- und Lamport-Zeitstempel lassen sich sehr gut am bereits behandeltem Beispiel des Berkeley-Protokoll's demonstrieren. Nach Aktivierung des Lamportzeit-Schalters erscheint bei jedem Ereignis eines Prozesses der aktuelle Lamport-Zeitstempel (Abbildung \ref{fig:Lamportzeit}.). Jeder Prozess besitzt einen eigenen Lamport-Zeitstempel, der bei jedem Versenden oder Erhalten einer Nachricht inkrementiert wird. Jeder Nachricht wird die aktuelle Lamportzeit $t_l(i)$ des Senderprozesses $i$ beigefügt. Wenn ein weiterer Prozess $j$ diese Nachricht erhält, so wird der aktuelle Lamport-Zeitstempel $t_l(j)$ von Prozess $j$ wie folgt neu berechnet:

+

+\begin{equation*}

+	t_l(j) := 1 + max(t_l(j), t_l(i))

+\end{equation*}

+

+Es wird also stets die größere Lamportzeit vom Sender- und Empfängerprozess verwendet und anschließend wird diese um \textit{1} inkrementiert. Nach Ablauf der Berkeley-Simulation hat P1 \textit{(16)}, P2 (\textit{14}) und P3 (\textit{15}) als Lamport-Zeitstempel abgespeichert. 

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-berkeley-vektor}}

+	\caption{Vektor-Zeitstempel}

+	\label{fig:Vektorzeit}

+\end{figure}

+

+Mit aktivem Vektorzeit-Schalter werden alle Vektor-Zeitstempel angezeigt (Abbildung \ref{fig:Vektorzeit}.). Wie bei den Lamport-Zeitstempel wird auch hier jeder Nachricht der aktuelle Vektor-Zeitstempel des Senderprozesses beigefügt. Bei $n$ beteiligten Prozessen hat der Vektor-Zeitstempel $v$ die Größe $n$. Somit gibt es für jeden beteiligten Prozess $i$ einen eigenen Index $i$. über $v(i)$ kann jeder Prozess auf seinen lokalen Eintrag zugreifen. Wenn $v$ der Vektor-Zeitstempel des Empfängerprozesses $j$ ist und $w$ der Vektor-Zeitstempel des Senderprozesses ist, dann wird der neue lokale Vektor-Zeitstempel wie folgt (hier in Pseudo-Code angegeben) neu berechnet:

+

+\begin{code}

+for (i := 0; i < n; i++) {

+    if (i = j) {

+        v(i)++;

+    } else if (v(i) < w(i)) {

+        v(i) := w(i);

+    }

+}

+\end{code}

+

+Standardmäßig wird der Vektor-Zeitstempel nur inkrementiert, wenn eine Nachricht verschickt- oder erhalten wird. Bei beiden Fällen inkrementiert der Sender- und Empfängerprozess jeweils seinen eigenen Index im Vektor-Zeitstempel mit $v(i) = v(i) + 1$. Beim Empfang einer Nachricht wird anschließend der lokale Vektor-Zeitstempel mit dem des Senderprozesses verglichen und für alle Indizes stets der größere Wert in den lokalen Vektor-Zeitstempel übernommen.

+

+Im Beispiel auf Abbildung \ref{fig:Vektorzeit}. hat P1 \textit{(8,10,6)}, P2 \textit{(6,10,6)}. und P3 \textit{(6,10,8)} als Vektor-Zeitstempel abgespeichert.

+

+Wenn während einer Simulation Prozesse entfernt- oder neue Prozesse hinzugefügt werden, so passt sich die Größe der Vektor-Zeitstempel aller anderen Prozesse automatisch der totalen Anzahl der Prozesse an.

+

+Wie bereits beschrieben gibt es in den Simulationseinstellungen die boolschen Variablen ``Lamportzeiten betreffen alle Ereignisse'' und ``Vektorzeiten betreffen alle Ereignisse'', die standardmäßig auf \textit{false} gesetzt sind. Mit \textit{true} werden alle Ereignisse, und nicht nur der Empfang oder das Versenden einer Nachricht, berücksichtigt. Für eine weitere Betrachtung der Lamport- sowie Vektor-Zeitstempel siehe \cite{Vorlesung} oder \cite{Tanenbaum}.

+

+\subsection{Simulation langsamer Verbindungen \small{\textit{(slow-connection.dat)}}}

+

+Mit dem Simulator lassen sich auch langsame Verbindungen zu einem bestimmten Prozess simulieren. Für die Demonstration wird das Beispiel aus Kapitel 3.5. wieder aufgegriffen, wo das Protokoll zur internen Synchronisation (P1) mit der Christians-Methode (P3) parallel simuliert wurden. P2 stellt den Server beider Protokolle zur Verfügung. In diesem Szenario soll P3 eine schlechte Netzwerkverbindung besitzen, so dass Nachrichten von- und an P3 stets eine längere Übertragungszeit benötigen.

+

+Die Ereignisse sind so wie bereits auf Tabelle \ref{tb:InterneSync2Tasks}. dargestellt wurde programmiert. In den Simulationseinstellungen ist hier die Einstellung ``Mittelwerte der Übertragungszeiten bilden'' aktiviert. In den Prozesseinstellungen von P3 wurde ``Minimale Übertragungszeit'' auf \textit{2000ms} und ``Maximale Übertragungszeit'' auf \textit{8000ms} gestellt. P1 und P2 behalten als Standardeinstellungen für die minimale und maximale Übertragungszeiten jeweils \textit{500ms} und \textit{2000ms} konfiguriert und die Simulationsdauer betr\"{a}gt nun \textit{20000ms}.

+

+\begin{figure}[h]

+	\centering

+	\fbox{\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokoll-time-sync-2-long-transfer}}

+	\caption{Simulation einer langsamen Verbindung}

+	\label{fig:TimeSync2LongTransferProto}

+\end{figure}

+

+Als Folge (Abbildung \ref{fig:TimeSync2LongTransferProto}.) benötigen Nachrichten, die von- und an P3 verschickt werden, für eine Übertragung immer mehr Zeit. Bevor P3 eine Antwort auf seine vorherige Anfrage bekommt, verschickt er eine erneute Anfrage. Da P3 die Serverantworten immer stets seiner letzten verschickten Anfrage zuordnet, berechnet er die RTTs allesamt falsch und seine lokale Zeit wird bei jedem Durchgang zusätzlich verfälscht. Die Berechnungsformeln der Übertragungszeiten wurde bereits in Kapitel 2.4.3. bei den Prozesseinstellungen behandelt. Konkret bedeutet dies hier für die Übertragungszeiten alle Nachrichten von- und an P3 jeweils:

+

+\begin{equation*}

+	\frac{1}{2} (rand(500, 2000) + rand(2000, 8000)) = \frac{1}{2} rand(2500, 10000) = rand(1250, 5000) ms

+\end{equation*}

+

+In dem Beispiel auf Abbildung \ref{fig:TimeSync2LongTransferProto}. ist die lokale Prozesszeit von P1 bis auf \textit{20000 - 21446 = - 1446ms} synchronisiert, w\"{a}hrend die Prozesszeit von P3 ganze \textit{20000 - 16557 = 3443ms} falsch geht.