🌐 Lab-Redes: Laboratório de Aplicações Distribuídas e Protocolos de Rede

Este repositório contém a implementação prática de quatro modelos fundamentais de comunicação em rede: TCP, UDP, Multicast e WebSockets. O projeto foi desenvolvido como parte do laboratório de desenvolvimento de aplicações móveis e distribuídas, contendo implementações paralelas e funcionais em Java e Python.

O principal objetivo deste projeto é explorar a comunicação multiplataforma (cross-communication) entre diferentes linguagens de programação e entender na prática as nuances de sockets e redes em sistemas operacionais distintos, incluindo a superação de limitações de multicast em ambientes macOS.

📁 Estrutura do Projeto

A organização dos diretórios do repositório está disposta da seguinte forma:

.
├── 📂 atividade/            # Arquivos do roteiro da atividade prática e slides de apoio
│   ├── 📂 roteiro/
│   └── 📂 slide/
├── 📂 evidencias/           # Capturas de tela que comprovam o funcionamento de cada protocolo
│   ├── 📂 tcp/
│   ├── 📂 udp/
│   ├── 📂 multicast/
│   └── 📂 websocket/
├── 📂 java/                 # Códigos-fonte da implementação em Java
│   ├── 📂 tcp/              # Servidor e Cliente TCP simples
│   ├── 📂 udp/              # Servidor e Cliente UDP
│   ├── 📂 multicast/        # Comunicação de grupo com ajustes de interface
│   └── 📂 websocket/        # Projeto do mural WebSocket estruturado com Maven
├── 📂 python/               # Códigos-fonte da implementação em Python
│   ├── 📂 tcp/              # Servidor e Cliente TCP (com comando 'hora')
│   ├── 📂 udp/              # Servidor e Cliente UDP
│   ├── 📂 multicast/        # Transmissão e escuta multicast local
│   └── 📂 websocket/        # Mural em tempo real usando asyncio/websockets
├── 📄 LICENSE               # Licença MIT aplicável ao código do projeto
├── 📄 RESPOSTAS.md          # Relatório técnico contendo as respostas às questões do roteiro
└── 📄 README.md             # Documentação de apresentação e instrução do projeto

🚀 Tecnologias Utilizadas

Linguagens e Ambientes

Java 17 (Utilizando sockets nativos, java.net, threads e Maven para gerenciamento de dependências).
Python 3.10+ (Utilizando as bibliotecas nativas socket, struct e a biblioteca assíncrona asyncio).

Protocolos e Comunicação

TCP (Transmission Control Protocol): Sockets de fluxo orientados a conexão e confiáveis. Adicionada uma funcionalidade customizada de resposta de horário do servidor (hora) e encerramento (sair).
UDP (User Datagram Protocol): Canal de datagramas não orientado a conexão, focado em baixo atraso e sem garantias de entrega.
Multicast IP: Comunicação em grupo de um-para-muitos sob o endereço de grupo 230.0.0.1 e porta calculada via deslocamento dinâmico (offset 74, totalizando porta 4520).
WebSockets: Protocolo de comunicação bidirecional de baixa latência estabelecido a partir de um handshake HTTP, permitindo a criação de um mural de mensagens persistente e em tempo real.
- Java WebSocket Dependency: Java-WebSocket (v1.5.6) gerenciado no Maven.
- Python WebSocket Dependency: websockets com suporte assíncrono.

🛠️ Como Executar o Projeto

Certifique-se de ter o Java JDK 17+, Maven, Python 3+ e o gerenciador de pacotes pip instalados na sua máquina.

Instalação de Dependências (WebSockets)

Antes de testar a parte de WebSockets, instale os pacotes e dependências necessárias:

# Para a versão em Python
pip install websockets

# Para a versão em Java (Maven)
cd java/websocket
mvn clean compile

1️⃣ TCP (Transmission Control Protocol)

O servidor e o cliente TCP estabelecem conexão de fluxo de bytes. O servidor escuta na porta 5074 e reage aos comandos "hora" (mostra o horário do servidor) e "sair" (desconecta).

Em Python:

# Terminal 1: Iniciar o Servidor
python python/tcp/servidor_tcp.py

# Terminal 2: Iniciar o Cliente
python python/tcp/cliente_tcp.py

Em Java:

# Compilar os arquivos Java
javac java/tcp/ServidorTCP.java java/tcp/ClienteTCP.java

# Terminal 1: Iniciar o Servidor
java -cp java/tcp ServidorTCP

# Terminal 2: Iniciar o Cliente
java -cp java/tcp ClienteTCP

2️⃣ UDP (User Datagram Protocol)

Sockets baseados em envio e recebimento de datagramas avulsos e sem conexão estabelecida. O servidor escuta na porta 5075.

Em Python:

# Terminal 1: Iniciar o Servidor
python python/udp/servidor_udp.py

# Terminal 2: Iniciar o Cliente
python python/udp/cliente_udp.py

Em Java:

# Compilar os arquivos Java
javac java/udp/ServidorUDP.java java/udp/ClienteUDP.java

# Terminal 1: Iniciar o Servidor
java -cp java/udp ServidorUDP

# Terminal 2: Iniciar o Cliente
java -cp java/udp ClienteUDP

3️⃣ Multicast (Comunicação de Grupo)

O servidor transmite 5 avisos periódicos para um grupo de transmissão no endereço 230.0.0.1 e porta 4520 (calculada como 4446 + 74 de offset). Todos os clientes inscritos no mesmo grupo recebem as mensagens instantaneamente.

Important

Ajuste para macOS: Durante os testes em macOS, observou-se um problema de roteamento multicast padrão que impedia a entrega das mensagens localmente. A correção implementada consiste em configurar os sockets multicast explicitamente para a interface de rede loopback local (127.0.0.1), usando IP_MULTICAST_IF no Python e setNetworkInterface no Java, além de configurar java.net.preferIPv4Stack como true no Java.

Em Python:

# Terminal 1: Iniciar o Cliente (Inscrito no grupo multicast à espera)
python python/multicast/cliente_multicast.py

# Terminal 2: Iniciar o Servidor (Que transmite os avisos periódicos)
python python/multicast/servidor_multicast.py

Em Java:

# Compilar os arquivos Java
javac java/multicast/ServidorMulticast.java java/multicast/ClienteMulticast.java

# Terminal 1: Iniciar o Cliente
java -cp java/multicast ClienteMulticast

# Terminal 2: Iniciar o Servidor
java -cp java/multicast ServidorMulticast

4️⃣ WebSockets (Mural em Tempo Real)

Implementação de um mural escolar persistente com comunicação em tempo real. O servidor replica todas as mensagens enviadas por um cliente para todos os demais conectados.

Porta Java (MuralServidor): 8961 (8887 + 74 de offset)
Porta Python (mural_servidor): 8962 (8888 + 74 de offset)

Em Python:

# Terminal 1: Iniciar o Servidor
python python/websocket/mural_servidor.py

# Terminal 2: Iniciar o Cliente
python python/websocket/mural_cliente.py

Em Java (usando Maven):

cd java/websocket

# Terminal 1: Iniciar o Servidor
mvn exec:java -Dexec.mainClass="MuralServidor"

# Terminal 2: Iniciar o Cliente
mvn exec:java -Dexec.mainClass="MuralCliente"

📸 Evidências de Funcionamento

Abaixo estão registrados os capturas de tela (screenshots) das execuções do laboratório, demonstrando a comunicação local e interoperabilidade multiplataforma.

🔹 TCP

Conexão persistente de fluxo de bytes com resposta a comandos como "hora". O projeto foi testado e validado com sucesso de maneira cruzada (ex: cliente Java conectando-se ao servidor Python).

Execução Java TCP	Execução Python TCP

🔹 UDP

Envio rápido de datagramas individuais.

Execução Java UDP	Execução Python UDP

🔹 Multicast e Comunicação Cruzada

Demonstração das mensagens transmitidas ao grupo e recebidas simultaneamente, bem como a resolução do comportamento padrão de rede local.

Combinação Cruzada (Servidor Java -> Cliente Python)	Combinação Cruzada (Servidor Python -> Cliente Java)

Cliente Multicast Java	Cliente Multicast Python

Tip

Resolução de Erro de Rota no macOS: O erro inicial de rede multicast em ambiente macOS foi superado realizando o bind explícito à interface local 127.0.0.1 tanto no código Python quanto no código Java.

🔹 WebSockets

Mural dinâmico de troca de mensagens bidirecional sobre conexões persistentes WebSocket.

Mural Java WebSocket	Mural Python WebSocket

🤖 Uso de Inteligência Artificial

Durante o planejamento, desenvolvimento e solução de problemas de rede do laboratório, fez-se o uso estratégico de assistentes virtuais de IA:

GitHub Copilot:
- Utilizado de forma ágil para aceleração da digitação do código-fonte e autocomplete de sintaxe.
- Aplicado para pequenas adaptações funcionais e customizações, como a rápida criação lógica de formatação da data e hora local do servidor em resposta à palavra-chave "hora" na conexão TCP.
ChatGPT:
- Utilizado principalmente para formatação e revisão das respostas e conteúdos produzidos durante o desenvolvimento e documentação.
- Também empregado para consultas rápidas e contextualização teórica sobre comportamentos específicos de protocolos e diagnóstico de problemas (ex: rota multicast no macOS).
Antigravity (Google Gemini):
- Utilizado como assistente de desenvolvimento e escrita para planejar e estruturar o design geral do projeto, tendo sido responsável pela criação deste README.md.

👥 Autores

👤 Nome	🖼️ Foto	GitHub	💼 LinkedIn	📤 Gmail
Eduarda Vieira Gonçalves

📄 Licença

Este projeto está sob a licença MIT. Consulte o arquivo LICENSE para obter mais detalhes.

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Instalação de Dependências (WebSockets)

1️⃣ TCP (Transmission Control Protocol)

Em Python:

Em Java:

2️⃣ UDP (User Datagram Protocol)

Em Python:

Em Java:

3️⃣ Multicast (Comunicação de Grupo)

Em Python:

Em Java:

4️⃣ WebSockets (Mural em Tempo Real)

Em Python:

Em Java (usando Maven):

📸 Evidências de Funcionamento

🔹 TCP

🔹 UDP

🔹 Multicast e Comunicação Cruzada

🔹 WebSockets

🤖 Uso de Inteligência Artificial

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Em Python:

Em Java (usando Maven):

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