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\section{Friend Finder}

Die beschriebene Software trägt den Namen \textit{Friend Finder} und wurde im Rahmen dieser Arbeit realisiert. Im folgenden wird
auf die verwendeten Verfahren sowie Bibliotheken, die zur Realisierung notwendig waren, eingegangen und die Programmstruktur
aufgezeigt.

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\subsection{Verwendete Verfahren und Bibliotheken}

\textit{Friend Finder} wurde so konzipiert, dass die graphische Darstellung ohne großen Aufwand von den restlichen
Teilen der Software abgekoppelt und durch eine andere Art der Darstellung ersetzt werden kann.\newline
Neben dem \textit{Graphical User Interface (GUI)} besteht die Software aus drei unterschiedlichen Modulen. Der \textit{Message
Sender} ist für das Versenden und Empfangen der Textnachrichten zuständig, \textit{Sender} sendet die eigene Position,
\textit{Receiver} empfängt die Positionen der anderen Nutzer und sendet Acknowledgements an die teilnehmenden \textit{Sender}.
Alle drei Teile geben ihre empfangenen Daten an die \textit{GUI} weiter, welche sie mit Hilfe von \textit{Enlightenment} ausgibt.
\textit{Abbildung 3} zeigt den Kommunikationsaustausch von \textit{Friend Finder}.

\begin{figure}[!ht]
\centering
 \includegraphics[width=10cm]{Bilder/ablauf}
 \caption{\textit{Friend Finder} Nachrichtenaustausch}
\end{figure}

\subsubsection{Grafisches Benutzeroberfläche}

Um die Modularität zu wahren wird der gesammte Programmcode der Benutzeroberfläche in einer Datei zusammengefast. In dieser Datei
sind alle Funktionen enthalten um die Oberflächenelement zu platzieren. Um die gewünschte Funktionalität der einzelnen Elemente zu
realisieren wurden auch die Aufrufe der benötigten Funktionen aus anderen Modulen in dieser Datei implementiert. \newline
Zur Darstellung der Karte wurden Daten des offenen Kartenprojekts \textit{OpenStreetMap} \footnote{OpenStreetMap
\url{http://www.openstreetmap.de/}} genutzt.

\subsubsection{Versenden der Nachrichten}

Der \textit{Message Sender} kümmert sich um das Versenden von Nachrichten. Um das Versenden und Empfangen der Daten zu
implementieren wurde \textit{libircclient} \footnote{libircclien \url{http://libircclient.sourceforge.net/}} genutzt. Im ersten
Schritt baut dieser eine Verbindung zum \textit{IRC-Server} auf. Um eine Verbindung mit einem \textit{IRC-Server} zu etablieren,
muss eine \textit{IRC-Session} initialisiert werden. Diese \textit{Session} beinhaltet Informationen wie zum Beispiel
den \textit{Nickname} des Benutzers oder die \textit{IP-Adresse} des Servers. Nachdem diese \textit{Session} gestartet wurde,
können nun Nachrichten versandt werden. Textnachrichten müssen vor dem Versenden in Blöcke aufgeteilt werden, da das genutze
Verschlüsselungsverfahren \textit{Blowfish} \citep{blowfish} maximal 64 Bit lange Zeichenkette verschlüsselt. Das verwendete
Verfahren stammt aus der \textit{OpenSSL}\footnote{OpenSSL \url{http://www.openssl.org/}} Bibliothek. Diese Implementierung wurde
wurde Aufgrund der schnellen Verschlüsselungsrate sowie einfachen Implementierung gewählt. Da das \textit{IRC}-Protokoll nicht
alle Zeichen darstellen kann oder als Präfix vor einem Kommando nutzen werden alle versendeten Daten des Programmes in
die \textit{Base64} \footnote{Base64 RFC 4648} Darstellung umgewandelt.\newline
Wird nun von einer anderen Instanz des \textit{Message Senders} eine Nachricht empfangen, so setzt er die Teilstücke zusammen.
Dies geschieht solange, bis ein vom Nachrichtentext getrennt gesendetes Terminierungszeichen empfangen wird. Wurde dieses Zeichen
empfangen, so gilt die Textnachricht als wiederhergestellt und wird an die Benutzeroberfläche weitergereicht.

\begin{figure}[!ht]
\centering
 \includegraphics[width=8cm]{Bilder/chat}
 \caption{Versenden von Chatnachrichten}
\end{figure}

\subsubsection{Versenden der eigenen Position}

Der \textit{Sender} ist zuständig für das Versenden der Positionsdaten. Auch hier muss vor dem Versenden von Daten eine
\textit{IRC-Session} initialisiert werden. Der Ablauf beim Senden der Positionen erfolgt in einer vorgegebenen Reihenfolge. Zuerst
wird der verschlüsselte Längengrad, danach der verschlüsselte Breitengrade gesendet.
Allerdings muss auch hier, wie beim Versenden der Textnachrichten, darauf geachtet werden dass maximal eine Zeichenkette der
Länge von 64 Bit verschlüsselt wird. Somit ist es auch hier nötig Längen- und Breitengrad in zwei Teile aufzuteilen und getrennt
zu versenden. An jedes Ende, dieser insgesamt vier Fragmente, wird ein zusätzlicher, jeweils unterschiedlicher Buchstaben
angehängt. Da sich diese vier Buchstaben unterscheiden können die Positionsfragmente später identifiziert und eindeutig
festgestellt werden ob es sich zum Beispiel um den ersten Teil einer \textit{Longtitude}-Koordinate handelt. Somit werden für das
Versenden von einer Position insgesamt vier Nachrichten an den \textit{IRC}-Server übermittelt.
Wurden diese vier Nachrichten übermittelt, so werden solange keine Daten mehr gesendet, bis der \textit{Empfänger} eine
Bestätigung für jedes Fragment an den \textit{IRC-Channel} sendet. Kommt diese Bestätigung beim \textit{Sender} an, so
versendet dieser wieder ein \textit{Latitude/Longtitude} Paar.

\subsubsection{Empfangen von  Positionen}

Auch beim \textit{Empfänger} muss im ersten Schritt eine \textit{IRC-Session} initialisiert werden. Da mehrere
Benutzer Positionsdaten senden können legt der \textit{Empfänger} für jeden \textit{Sender} einen Datensatz an. Wird nun ein
Fragment der Positionsdaten empfangen, so kann der dies anhanden des Buchstabensuffix zuordnen. Sind alle Fragmente einer
Position empfangen worden, so werden die benötigten Daten zur Visuallisierung weitergereicht und ein \textit{Acknowledgement}
gesendet. Dieses \textit{Acknowledgement} beinhaltet, verschlüsselter Form, den Namen des \textit{Senders} der Nachricht. Somit
kann der \textit{Sender} die für ihn bestimmten \textit{Acknowledgements} zuordnen.

\subsubsection{Erzeugen eines 2D-Barcodes}

Um einen 2D-Barcode zu erstellen wird eine Zeichenkette benötigt. Aus dieser werden durch die Nutzung von \textit{qrencode}
\footnote{libqrencode \url{http://megaui.net/fukuchi/works/qrencode/index.en.html}} Bilddaten generiert. Diese werden im
nächsten Schritt durch \textit{libpng} \footnote{libpng \url{http://www.libpng.org/}} gerendert und auf das Speichermedium
geschrieben. Dieses Bild wird dann durch die \textit{GUI} geladen und ausgegeben. Die folgende Abbildung zeigt einen solchen
erstellten Barcode, wie er von \textit{Friend Finder} ausgegeben wird.

\begin{figure}[!ht]
\centering
 \includegraphics[width=8cm]{Bilder/barcode}
 \caption{2D-Barcode mit \textit{Friend Finder}}
\end{figure}


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\subsection{Analyse}

Beim versenden der Daten durch \textit{Friend Finder} soll möglichst wenig Datenoverhead produziert und
versendet werden. Unter Datenoverhead werden Hintergrunddaten gesehen, welche versendet werden um die Verbindung aufrecht zu
erhalten oder um die Anzahl der verfügbaren Teilnehmer zu überprüfen. \newline
Im folgenden Teil wird der erzeugte Datenverkehr von \textit{Friend Finder} analysiert. Ein Hauptaugenmerkt wird hierbei vor allem
auf die Packetgröße, sowie die Menge der versendeten Datenpakete geworfen. Ein Interessanter Punkt stellt die Frage dar, wie sich
das versendete Datenaufkommen im Vergleich zu einem Programm verhält, welches die Daten an jeden Teilnehmer einzeln verschickt.
Hier ist besonders von Interesse, ob der Datenoverhead den Vorteil eines \textit{Broadcast}-Mediums wie ein \textit{IRC}-Channel
revidiert oder nicht. \newline
Der \textit{Traffic} wurde mit Hilfe des Programmes \textit{Wireshark} \footnote {Wireshark \url{http://www.wireshark.org/}}
untersucht. Wie bereits erwähnt wird zum Versenden der Nachrichten das \textit{IRC}-Protokoll verwendet. In dieser Testumgebung
wurde die Software \textit{IRCD-Hybrid} \footnote{IRCD \url{http://www.ircd-hybrid.org/}} genutzt. Der Server lief auf dem
gleichen Computer wie der Client. Der Client hat sich in diesem Szenario über das \textit{localhost} Interface mit dem Server
verbunden. \newline
Die Analyse ist in drei Teile aufgeteilt. Als erstes wird auf den allgemein entstehenden Datenverkehr eingegangen, welcher
bei Verbindungsaufbau, sowie bei Beenden der Verbindung entsteht. Der zweite Teil beschäftigt sich mit dem Versenden sowie
Empfangen von Nachrichten. Im letzten Teil dieser Analyse wird der Datenverkehr beim Versenden und Empfangen von Positionen
genauer betrachtet. Alle folgenden Größen sich nur auf die Größe des Datenfeldes, exklusiv der Header.

\subsubsection{Allgemeiner Datenverkehr}

Der Allgemeine Hintergrundverkehr bei \textit{Friend Finder} besteht zum Einen aus \textit{Keep-Alive} Nachrichten, sowie der
Anfrage des Clients nach aktiven Nutzern in den \textit{Channels} in denen er selbst aktiv ist. Die \textit{Keep-Alive}
Nachrichten werden alle 30 Sekunden zwischen Server und Client ausgetauscht. Die Größe des Datenfeldes einer
solchen Nachricht beträgt also 24 Byte. Das Datenfeld der Pakete welche von Server an Client gesendet werden hat die Größe von 44
Byte. \newline
Die Anfragen nach den anderen Benutzern in einem \textit{Channel} werden alle 60 Sekunden versandt. Die Größe der Pakete welche
von Client zu Server gesandt werden, betragen hierbei 10 Bytes. Die Größe der Antwort des Servers hängt von der Anzahl der
aktiven Benutzer innerhalb eines Channels ab. Für zwei Benutzer ergibt sich ein Datenvolumen von 193 Byte, wobei diese
Größe auch Abhängig von der Länge der Benutzernamen sowie des Namens des\textit{Channels} ist.

\subsubsection{Versenden und Empfangen von Nachrichten}

Um das Versenden von Nachrichten zu evaluieren wurde ``Hello World`` als Testnachricht benutzt. Der \textit{Blockcipher} von
\textit{Friend Finder} teilt den Satz ''Hello World`` in zwei Teile auf: ''Hello `` und ''World``. Dieses Paket hat ein Datenfeld
der Größe von 99 Byte.\newline
Die versendete Textnachricht hat im unverschlüsselten Format die Größe von elf Byte. Nach der Verschlüsselung werden beim Senden
noch Informationen bezüglich \textit{Channel} und der Empfänger der Nachricht in das zu versendende \textit{IRC}-Paket
geschrieben. Nach der \textit{Base64}-Kodierung hat sich die Größe der Nachricht circa um den Faktor $9$ vergrößert.\newline
Wenn $h$ die Größe des \textit{TCP-Headers} und $t$ die Anzahl der Zeichen der unverschlüsselten Nachricht ist, so ergibt sich die
ungefähre Größe der zu versendenden Nachricht aus: $h + (t \cdot 9)$.

\subsubsection{Versenden und Empfangen von Positionen}

Wie schon erwähnt, werden die Positionsdaten beim Sender aufgeteilt und mit vier unterschiedlichen Nachrichten versandt. Wie
beim Versenden der Textnachrichten werden diese vier Nachrichten auch hier in ein Paket gepackt. Bei der Messung wurden vier
Verschiedene Pakete, mit jeweils unterschiedlichen versandten Positionen untersucht. Dabei betrug sich die Größe des Datenfeldes
um die 430 Byte. Die Anzahl der unverschlüsselten Zeichen, die für ein \textit{Latitude}/\textit{Longtitude}-Paar zu
senden sind, beträgt 21 Zeichen. Jedes Zeichen ist Byte groß, womit sich in der Summe eine Größe von 21 Byte ergibt.
Durch die Verschlüsselung, \textit{Base64}-Kodierung sowie Zusatzinformationen vergrößert sich das Datenvolumen also um circa den
Faktor zwanzig. Wenn $h$ die Größe des \textit{TCP-Headers} und $t$ die Anzahl der Zeichen der unverschlüsselten Nachricht. Somit
ergibt sich die Größe der versendeten Nachricht circa durch $h + (t \cdot 20)$. Hinzu kommt noch, das für jedes empfangene
Positions-Fragmeint ein \textit{Acknowledgement} gesendet wird. Die Größe der eines \textit{Acknowledgment} Paketes beträgt
zwischen 147 und 153
Byte. In einem solchen Paket werden vier Acknowledgments zusammengefasst.\newline
Folglich kann Folgende Formel für den Datenverkehr pro versendeter Position, bei $n$ Teilnehmern hergeleitet werden:
$((h + (t \cdot 20)) + (4 \cdot a))\cdot n$, wobei $a$ die Größe eines Acknowledgement-Paketes ist und $n$ die Anzahl der
versandten Pakete repräsentiert.

\subsubsection{Fazit der Auswertung}

Die Hintergrunddaten welche vom \textit{IRC}-Protokoll versandt werden ergeben einen geringen, in Kauf zu nehmenden Datenoverhead.
Zu beobachten ist, dass das Datenvolumen der Versendeten Daten, sowohl bei Positionsdaten als auch bei Textnachrichten, durch die
Verschlüsselung und die anschliessende Konvertierung in die \textit{Base64}-Darstellung zunimmt. Allerdings ist der große Vorteil
von \textit{IRC}, dass die \textit{Channels} als \textit{Broadcast}-Medium genutzt werden. Diese Tatsache macht es möglich, Daten
an $n$ Teilnehmer zu versenden und dabei die Daten nur einmal, über eine aktive Verbindung, zu senden. Berücksichtigt man dies,
so fällt, der ohnehin geringe Datenoverhead, nicht mehr ins Gewicht. Würde man diese Daten über $n$ getrennte Verbindungen an die
Teilnehmer versenden, so müssten ebensoviele Verbindungen geöffnet werden und die Daten anstelle von einmal, $n$ Mal versandt
werden.\newline
In der folgenden Graphik wird das Versenden der Daten über $n$ getrennte Verbindungen, sowie die in\textit{Friend Finder}
implementierte Methode verglichen. Es wird angenommen das die versandten Positionsdaten eine Größe von 430 Byte, und ein
\textit{Acknowledgement} 150 Byte haben. Des weiteren wird angenommen dass alle Nutzer die Daten
empfangen auch Positionsdaten senden und somit auch $4 \cdot n$ \textit{Acknowledgements} versandt werden müssen. Daraus ergibt
sich die Formel $(n \cdot 430) + (n \cdot 4 \cdot 150)$. 

\begin{figure}[!ht]
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 \includegraphics[width=10cm]{Bilder/graph}
 \caption{Vergleich von $n$-Verbindungen und \textit{Friend Finder}}
\end{figure}