Atti della Accademia Peloritana dei Pericolanti Classe II di Scienze Medico-Biologiche Vol. XCIV, Anno Accademico CCLXXIX (2006) (DOI: 10.

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1 Atti della Accademia Peloritana dei Pericolanti Classe II di Scienze Medico-Biologiche Vol. XCIV, Anno Accademico CCLXXIX (2006) (DOI: /57386) Web Services: un nuovo modello per lo sviluppo di applicazioni in ambiente distribuito Bramanti Alessia, Ipsale Maurizio, D Aleo Giangaetano (IRCSS Centro Neurolesi Bonino-Pulejo, Messina) Abstract Il presente lavoro intende fornire uno scenario di massima di un servizio tipo ASP (Application Service Provider), identificando le soluzioni tecnologiche disponibili e le alternative architetturali possibili. Con il termine di architettura logica si vuole indicare l insieme di componenti tecnologici, sia hardware che software, da utilizzare per predisporre un servizio tipo ASP che permettano di realizzare un architettura che sia adeguata rispetto alle necessità dell Azienda e flessibile rispetto ad eventuali evoluzioni.inizialmente si spegherà cosa sia un ASP, quali vantaggi e svantaggi comporta, successivamente si introdurrà l Architettura n-tier illustrandone i vari livelli. Si descriverà poi l importanza della Comunicazione basata sui Web Services.ed i relativi protocolli: S.O.A.P., U.D.D.I., W.S.D.L. Verrà affrontato anche un importante aspetto dei Servizi Web:la Sicurezza. Infine si spiegherà cosa rappresentano i Grid Services,le loro origini,gli Standard utilizzati,la tecnologia e la loro evoluzione. Servizi A.S.P.: Tutti conoscono il termine ASP nel mondo di Internet come l'abbreviativo di Active Server Pages, ma pochi sanno invece che con lo stesso acronimo è indicata anche una nuova realtà che ultimamente si sta affermando nel Web: l'application Service Provider. Per meglio comprendere cosa sia effettivamente un'asp diamo una definizione: "Un ASP è un'azienda che offre l'accesso e l'utilizzo tramite Internet di applicazioni come, per esempio, software per la gestione dell'azienda (ERP), per il commercio elettronico o per la gestione delle relazioni con il cliente. Gli utenti non devono perciò comprare la licenza, ma solo versare un canone mensile del programma o pagare solo il tempo di utilizzo. Inoltre non hanno bisogno di comprare i server o assumere i tecnici informatici: infrastrutture ed esperti si trovano già nei centri di calcolo dell'asp". Lo sviluppo rapidissimo di questa nuovissima modalità di erogazione e convergenza tra software, hardware e comunicazioni sta segnando il modo di utilizzare e di pensare software e computer. Davanti a tanto fervore, le maggiori software house ed i più evoluti fornitori di servizi Internet stanno ridefinendo la propria strategia aziendale. Il motivo di questo inarrestabile fenomeno è dovuto essenzialmente ad una maggiore attenzione delle aziende per il loro "core business". Il raggiungimento del "loro" obiettivo spinge i manager a demandare sempre più a terzi le funzioni di gestione e mantenimento dei servizi legati all'information Technology. L'outsourcing delle applicazioni comporta, però, una perdita di knowhow del patrimonio aziendale. Nella scelta di spostare la gestione dei servizi IT a terze parti si deve tenere conto di quali applicazioni mantenere al proprio interno e quali invece affidare. In altre parole un servizio ASP permette di realizzare un architettura che sia adeguata (alte prestazioni, disponibilità, sicurezza, semplicità di utilizzo, facilità di gestione) rispetto alle necessità della Azienda e flessibile (scalabità, estendibiltà, facilità di modifica del sistema ) rispetto ad eventuali evoluzioni.

2 La crescente necessità di accesso da parte di tutti i membri di un'organizzazione al sistema informativo, unita alle necessità di garantire la sicurezza dei sistemi e di accedere a sistemi concepiti per lavorare in altre situazioni (es. utilizzando terminali), sta alla base della organizzazione n-tier. Un'architettura n-tier è costituita da n sistemi che contribuiscono in successione, a portare a termine una computazione. Nella seguente figura è schematizzata questa struttura: Tra ogni coppia di livelli esiste una relazione client-server e l'interazione viene propagata dal primo all'ultimo livello dell'architettura a viceversa. In ogni passo sono coinvolti programmi che si occupano di rispondere alle richieste eventualmente appoggiandosi ai livelli successivi. Bisogna fare attenzione però a non confondere un tier con un computer: in ogni tier possono infatti essere coinvolti più calcolatori. Le richieste vengono lavorate dai vari tier fino al loro completamento. Il modello N-TIER si è affermato proprio perché riesce a identificare "isole" di calcolo che possono essere associate alle reti su cui risiedono le risorse sulle quali un programma opera. Pensiamo ora a capire come questa venga messa in pratica nel caso n= 3. Le applicazioni three-tier prevedono un primo livello costituito dai clienti, questi si connettono al secondo livello in cui vengono elaborate le richieste. Nel livello intermedio si gestisce l'elaborazione della richiesta accedendo a dati che risiedono sul terzo ed ultimo livello. Procedendo dal basso verso l alto si riconoscono i seguenti livelli: Back-End (si occupa della gestione dei dati, metadata e I documenti utilizzati dai sistemi); Business Logic (detiene tutta la logica applicativa e realizza dei sistemi messi a disposizione delle applicazioni); Front-End (detiene tutta la logica di presentazione;

3 Presenta l informazione e gestisce la comunicazione con gli utenti); Client (deve prevedere i più comuni Browser Web quali Internet Explorer, Mozilla Firefox, Netscape Navigator). Comunicazione basata sui web services I web services rappresentano la convergenza tra le architetture orientate ai servizi e il web. Le prime sono evolute negli ultimi 10 anni per supportare alte prestazioni, scalabilità, affidabilità e disponibilità. I client accedono a questi servizi usando uno spesso strato di protocolli informatici, quali DCOM, CORBA, RMI. Mentre questi protocolli sono molto efficaci per costruire una applicazione specifica, essi limitano la flessibilità del sistema. Ciascuno di questi protocolli è limitato da dipendenze relative all implementazione delle aziende che li costruiscono, piattaforme, linguaggi, o schemi di codifica dei dati che limitano severamente l interoperabilità. L architettura Web services supporta, invece, comunicazioni universali utilizzando connessioni a basso grado di accoppiamento. I protocolli web hanno caratteristiche completamente indipendenti dal vendor, dalla piattaforma e dal linguaggio. I Web services possono essere sviluppati usando qualsiasi linguaggio di programmazione e possono essere sviluppati su qualsiasi piattaforma. I Web services sono in grado di comunicare perché possono parlare tutti la stessa lingua ossia l Extensible Markup Language (XML). I Web services usano XML per descrivere le loro interfacce e codificare i loro messaggi. Naturalmente XML da solo non è in grado di assicurare comunicazioni senza sforzi. Le applicazioni necessitano di formati standard e protocolli che permettano loro scambiare messaggi XML. Sono quindi emersi standard per i Web services: S.O.A.P., W.S.D.L., U.D.D.I. - S.O.A.P. (Simple Object access Protocol) : definisce un protocollo di comunicazione standard per Web services. SOAP fornisce un semplice e consistente meccanismo che.permette ad un applicazione di spedire messaggi XML ad un altra applicazione. Fondamentalmente, SOAP supporta comunicazioni peer-to-peer. Un messaggio SOAP è una trasmissione in una direzione da un trasmettitore SOAP verso un ricevitore SOAP. I messaggi SOAP possono essere combinati per supportare molti comportamenti relativi alle comunicazioni, fra cui il modello di cooperazione applicativa request/replay. - W.S.D.L. (Web Services Description Language): definisce un meccanismo standard per descrivere il Web service. È un vocabolario XML per descrivere un Web service. Un documento WSDL descrive le funzionalità offerte da un Web service, come comunica, e dove è accessibile. WSDL fornisce un meccanismo strutturato per descrivere le operazioni che un Web service può prestare, il formato di un messaggio che esso può analizzare, il protocollo che supporta, e il punto di accesso di un istanza di un Web service. Gli strumenti per lo sviluppo SOAP possono usare una descrizione WSDL per generare automaticamente un interfaccia SOAP. - U.D.D.I. (Universal Description Discovery and Integration) : fornisce un meccanismo standard per registrare e categorizzare i Web services offerti e localizzarli. UDDI è esso stesso un Web service. Gli utenti comunicano con UDDI usando messaggi SOAP. E un registro di caratteristiche generali e può essere usato per registrare qualsiasi tipo di servizio, non solo Web services. UDDI non richiede che i servizi registrati all interno supportino l interfaccia SOAP o che essi siano descritti utilizzando WSDL. Infatti, non ci sono dipendenze tra le tre varie tecnologie di Web services, anche se il sistema lavora meglio quando le tre tecnologie sono utilizzate armoniosamente insieme. Sicurezza nei web services Abbiamo visto finora come si costruisce e quali sono le caratteristiche principali di un Web Service. Nasce dunque la necessità di studiare delle metodologie atte a garantire la sicurezza nell ambito di questi servizi. Tra i più recenti standard approvati dal W3c molti - per esempio Soap (Simple object

4 access protocol), Wsdl (Web services description language) e Uddi (Universal description, discovery and integration) - sono nati da iniziative sostenute da Microsoft e Ibm. Tuttavia, il successo di uno standard dipende molto dal supporto e dall'implementazione nel mondo reale. Il W3c ha dimostrato notevoli capacità in questo campo, ma non può fare molto quando un importante produttore si rifiuta di supportare un determinato standard, come potrebbe accadere con Saml. Anche gli stessi produttori, però, non si possono considerare immuni alle critiche del mercato. Microsoft, per.esempio, ha dovuto cambiare il suo atteggiamento sulla compatibilità dei browser e oggi il suo.net Framework si basa in gran parte su specifiche del W3c come Xml e Soap. Sono due le specifiche che cercano di risolvere i problemi di sicurezza dello standard Soap (Simple object access protocol): Saml e Ws-Security. Saml (Security assertion markup language) nasce nell agosto 2001 per iniziativa di Oasis. Il principale obiettivo di Saml è la realizzazione di un meccanismo di single-sign-on basato su Xml per i servizi Web. Questo standard si preoccupa quindi solo delle funzioni di autenticazione e di autorizzazione. Saml fornisce 10 diversi meccanismi di autenticazione: la classica combinazione di nome utente e password, i ticket Kerberos, il protocollo Secure Remote Password, i token hardware, i certificati Ssl (Secure sockets layer) lato client, i sistemi a chiave pubblica X.509, Pretty Good Privacy, Simple Public Key Infrastructure, Xkms (Xml key management specification) e le Xml Digital Segnature. Dopo aver autenticato un soggetto, il server Saml restituisce un particolare token di sicurezza al client che aveva emesso la richiesta iniziale. Questo token di sicurezza ha una validità limitata nel tempo e, in alcuni casi, può offrire solo particolari livelli di accesso (lettura, scrittura o cancellazione). Inoltre, il server Saml utilizza un meccanismo di firma digitale basato sullo standard Xml Digital Segnature Ws-Security ha lo stesso obiettivo di base di Saml: offrire un meccanismo interoperabile e basato su Xml per gestire l accesso ai servizi Web. Tuttavia, Ws- Security non permette di trasferire le autenticazioni di sicurezza tra più sistemi (una caratteristica necessaria per le funzioni di single-sign-on), perché non separa il processo di autenticazione dalla singola richiesta inoltrata a un servizio Web. Ogni richiesta deve essere autenticata e questo appesantisce notevolmente la gestione dei servizi Web. Ws-Security supporta un minor numero di meccanismi di autenticazione: la combinazione di nome utente e password (la password può essere inviata in chiaro o in formato hashed), i ticket Kerberos o i certificati X.509. Invece, Ws-Security offre funzioni migliori per la protezione dei messaggi Soap (compresi i parametri, i dati di ritorno o gli allegati), per la loro firma (in modo da garantire l identità del mittente) e per la loro codifica (in modo da proteggere la riservatezza dei loro contenuti). Saml offre garanzie simili solo per i suoi tag di sicurezza, ma non per il resto della richiesta da inoltrare al servizio Web. Le funzioni di Ws- Security per la codifica delle informazioni e per la gestione delle firme digitali utilizzano i relativi standard Xml. In questo modo, Ws-Security può essere implementato anche su protocolli di trasporto molto semplici e sprovvisti di funzioni di crittografia (come il protocollo Http) senza perdere nessuna delle sue funzioni di sicurezza. I Grid services I Grid Services sono una particolare tipologia di Servizi Web e rappresentano un insieme di tecnologie per la gestione delle risorse informative la cui adozione si sta diffondendo in vari settori di ricerca e in alcuni settori industriali. I Grid sono creati per consentire la condivisione di potenza elaborativa, dati o strumenti di analisi fra organizzazioni distinte o fra diverse parti di una stessa organizzazione. Indichiamo le tre principali categorie di uso dei Grid. La condivisione di server o cluster di server per raggiungere la potenza elaborativi necessaria per risolvere problemi di tale complessità computazionale da non poter essere risolti con le risorse elaborative disponibili presso un solo centro di ricerca (resource aggregation). Un esempio tipico è la ricerca del più grande numero primo di Mersenne utilizzando il SW messo a disposizione da Entropia. Questo tipo di Grid è indicato con il termine Computational Grid (prima categoria). La condivisione di grandi quantità di dati generati da esperimenti di fisica, astronomia, genetica o altro (data-sharing) rappresenta la seconda categoria. I dati sono o generati presso un singolo sito

5 e quindi distribuiti a diversi siti per l elaborazione, come per esempio nel progetto LHC del CERN, o generati presso più siti e quindi aggregati presso un singolo sito per elaborazione, come accade per esempio nel settore delle Life Sciences attraverso l uso dell IBM SW DiscoveryLink. La condivisione di strumenti di misura, analisi o altre risorse fra gruppi di ricerca (collaboration) è infine la terza categoria. I Grid sono costituiti da vari tipi di risorse (eterogeneità delle risorse) connesse fra di loro con reti a latenza variabile (eterogeneità della rete) e molteplici domini di amministrazione (eterogeneità delle politiche di sicurezza). Le risorse sono eterogenee sotto due aspetti: Sono di tipo diverso: nodi di elaborazione, dispositivi di immagazzinamento dati, strumenti di misura, cluster, ecc. Sono basati su piattaforme diverse: sistema operativo Linux, AIX, Windows, ecc..un Grid può avere tutte o solo alcune delle caratteristiche sopra menzionate. Si distinguono: Grid locali che avendo tutte le risorse in un solo sito non hanno le problematiche di latenza variabile e molteplicità dei domini di amministrazione Grid intra-aziendali che non hanno usualmente il problema dell esistenza di molteplici domini di amministrazione con politiche di sicurezza diverse Grid inter-aziendali o pubblici che hanno tutte le caratteristiche sopra menzionate. Standars: La griglia, come sta prendendo forma, è fondato su di uno stack abbastanza alto di protocolli: O.G.S.A. (Open Grid Service Architecture) : è l insieme di protocolli Grid più ad alto livello. Questi protocolli sono quelli che danno forma in modo concreto alle architetture grid. L obiettivo dell OGSA è creare una struttura a servizi che permetta composizioni, aggregazioni e transizioni tra di essi in modo semplice. I servizi di cui si occupa OGSA sono i Grid service che sono web service estesi e conformi a determinate convenzioni e interfacce.ogni entità gestita nell ambiente Grid è rappresentata come un Grid service. O.G.S.I. (Open Grid Services Infrastructure)è stata pubblicata dal Global Grid Forum (GGF) come una proposta raccomandata nel Giugno del Originalmente mirata a fornire uno strato di infrastruttura per la Open Grid Services Architecture (OGSA), OGSI estende i web services per ottenere risorse di grid computing che siano sia transitorie che efficaci.o.g.s.i., utilizzando le tecnologie che stanno alla base dei Grid e Web Services,definisce i meccanismi per la creazione,la gestione e lo scambio di informazioni tra i Grid Services stessi. W.S.R.F. (Web Services Resource Framework) : è un set di specifiche atte a fondere le tecnologie Grid e Web incorniciando i concetti di OGSI in termini degli attuali standards dei Web Services. WSRF definisce una famiglia di specifiche per l'accesso a risorse stateful utilizzando servizi Web in termini di un modello implicito delle risorse. Include le specifiche WS-ResourceProperties, WS- ResourceLifetime,.WS-BaseFaults e WS-ServiceGroup. La motivazione per queste nuove specifiche è che,mentre di solito le implementazioni di servizio Web non gestiscono informazioni di stato durante le loro interazioni, le loro interfacce devono permettere la manipolazione di stato, cioè, valori dei dati che si sviluppano come risultato di interazioni Web di servizio. Conclusioni Sebbene questi siano gli standard consolidati per i servizi Web, non sono i soli. Prima di SOAP esisteva XML-RPC, uno standard più semplice per l'esecuzione di chiamate remote tramite XML su Internet. Un'altra iniziativa simile, promossa da OASIS, è ebxml (Electronic Business XML). L'obiettivo di SOAP/WSDL/UDDI è il medesimo di ebxml, ma con un approccio differente, se le tecnologie viste in questo capitolo hanno un approccio "dal basso" (a partire proprio dalla tecnologia), ebxml ha un approccio "dall'alto" - ovverosia dai requisiti funzionali. Sebbene i due mondi abbiano sviluppato fino ad ora in modo indipendente, si cominciano a notare elementi di

6 convergenza: ebxml utilizza SOAP (esteso con header specifiche ed allegati) come protocollo di comunicazione ed il consorzio UDDI ha ceduto le specifiche della versione 3.0 al consorzio OASIS. Nell'interesse del successo della visione dei servizi Web, i due mondi, in un futuro non troppo remoto, potrebbero convergere in uno standard unico.