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2: Camada de Aplicação1 Capítulo 2: Camada de Aplicação Metas do capítulo: Ø aspectos conceituais e de implementação de protocolos de aplicação em redes.

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1 2: Camada de Aplicação1 Capítulo 2: Camada de Aplicação Metas do capítulo: Ø aspectos conceituais e de implementação de protocolos de aplicação em redes ü paradigma cliente servidor ü modelos de serviço Ø aprenda sobre protocolos através do estudo de protocolos populares do nível da aplicação Mais metas do capítulo Ø protocolos específicos: ü http ü ftp ü smtp ü pop ü dns Ø a programação de aplicações de rede ü programação usando sockets

2 2: Camada de Aplicação2 Aplicações e protocolos da camada de aplicação Aplicação: processos distribuídos em comunicação ü executam em hospedeiros no espaço de usuário ü trocam mensagens para implementar a aplicação ü p.ex., correio, transf. de arquivo, WWW Protocolos da camada de aplicação ü uma parte da aplicação ü define mensagens trocadas por apls e ações tomadas ü usam serviços providos por protocolos de camadas inferiores aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física

3 2: Camada de Aplicação3 Aplicações de rede: algum jargão Ø Um processo é um programa que executa num hospedeiro. Ø 2 processos no mesmo hospedeiro se comunicam usando comunicação entre processos definida pelo sistema operacional (SO). Ø 2 processos em hospedeiros distintos se comunicam usando um protocolo da camada de aplicação. Ø Um agente de usuário (UA) é uma interface entre o usuário e a aplicação de rede. ü WWW: browser ü Correio: leitor/compositor de mensagens ü streaming audio/video: tocador de mídia

4 2: Camada de Aplicação4 Paradigma cliente-servidor (C-S) Apl. de rede típica tem duas partes: cliente e servidor aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física Cliente: Ø inicia contato com o servidor (fala primeiro) Ø tipicamente solicita serviço do servidor Ø para WWW, cliente implementado no browser; para correio no leitor de mensagens Servidor: Ø provê ao cliente o serviço requisitado Ø p.ex., servidor WWW envia página solicitada; servidor de correio entrega mensagens pedido resposta

5 2: Camada de Aplicação5 Protocolos da camada de aplicação (cont). API: interface de programação de aplicações Ø define interface entre aplicação e camada de transporte Ø socket (= tomada): API da Internet ü 2 processos se comunicam enviando dados para um socket ou lendo dados de um socket P: como um processo pode identificaro outro processo com o qual quer se comunicar? ü endereço IP do hospedeiro do outro processo ünúmero de porta - permite que o hospedeiro receptor determine a qual processo deve ser entregue a mensagem … voltamos mais tarde a este assunto.

6 2: Camada de Aplicação6 De que serviço de transporte uma aplicação precisa? Perda de dados Ø algumas apls (p.ex. áudio) podem tolerar algumas perdas Ø outras (p.ex., transf. de arquivos, telnet) requerem transferência 100% confiável Temporização Ø algumas apls (p.ex., telefonia Internet, jogos interativos) requerem baixo retardo para serem viáveis Largura de banda Ø algumas apls (p.ex., multimídia) requerem quantia mínima de banda para serem viáveis Ø outras apls (apls elásticas) conseguem usar qq quantia de banda disponível

7 2: Camada de Aplicação7 Requisitos do serviço de transporte de apls comuns Aplicação transferência de arqs correio documentos WWW áudio/vídeo de tempo real áudio/vídeo gravado jogos interativos apls financeiras Perdas sem perdas tolerante sem perdas Banda elástica áudio: 5Kb-1Mb vídeo:10Kb-5Mb como anterior > alguns Kbps elástica Sensibilidade temporal não sim, 100s mseg sim, alguns segs sim, 100s mseg sim e não

8 2: Camada de Aplicação8 Serviços providos por protocolos de transporte Internet serviço TCP: Ø orientado a conexão: setup requerido entre cliente, servidor Ø transporte confiável entre processos remetente e receptor Ø controle de fluxo: remetente não vai afogar receptor Ø controle de congestionamento: estrangular remetente quando a rede carregada Ø não provê: garantias temporais ou de banda mínima serviço UDP: Ø transferência de dados não confiável entre processos remetente e receptor Ø não provê: setup da conexão, confiabilidade, controle de fluxo, controle de congestionamento, garantias temporais ou de banda mínima P: Qual é o interesse em ter um UDP?

9 2: Camada de Aplicação9 Apls Internet: seus protocolos e seus protocolos de transporte Aplicação correio eletrônico accesso terminal remoto WWW transferência de arquivos streaming multimídia servidor de arquivo remoto telefonia Internet Protocolo da camada de apl smtp [RFC 821] telnet [RFC 854] http [RFC 2068] ftp [RFC 959] proprietário (p.ex. RealNetworks) NSF proprietário (p.ex., Vocaltec) Protocolo de transporte usado TCP TCP ou UDP tipicamente UDP

10 2: Camada de Aplicação10 WWW: algum jargão Ø Página WWW: ü consiste de objetos ü endereçada por uma URL Ø Quase todas as páginas WWW consistem de: ü página base HTML, e ü vários objetos referenciados. Ø URL tem duas partes: nome de hospedeiro, e nome de caminho: Ø Agent de usuário para WWW se chama de browser: ü MS Internet Explorer ü Netscape Communicator Ø Servidor para WWW se chama servidor WWW: ü Apache (domínio público) ü MS Internet Information Server (IIS)

11 2: Camada de Aplicação11 WWW: o protocolo http http: hypertext transfer protocol Ø protocolo da camada de aplicação para WWW Ø modelo cliente/servidor ü cliente: browser que pede, recebe, visualiza objetos WWW ü servidor: servidor WWW envia objetos em resposta a pedidos Ø http1.0: RFC 1945 Ø http1.1: RFC 2068 PC executa Explorer Servidor executando servidor WWW do NCSA Mac executa Navigator pedido http resposta http

12 2: Camada de Aplicação12 Mais sobre o protocolo http http: serviço de transporte TCP: Ø cliente inicia conexão TCP (cria socket) ao servidor, porta 80 Ø servidor aceita conexão TCP do cliente Ø mensagens http (mensagens do protocolo da camada de apl) trocadas entre browser (cliente http) e servidore WWW (servidor http) Ø encerra conexão TCP http é sem estado Ø servidor não mantém informação sobre pedidos anteriores do cliente Protocolos que mantêm estado são complexos! Ø história passada (estado) tem que ser guardada Ø Caso caia servidor/cliente, suas visões do estado podem ser inconsistentes, devem ser reconciliadas Nota

13 2: Camada de Aplicação13 Exemplo de http Supomos que usuário digita a URL 1a. Cliente http inicia conexão TCP a servidor http (processo) a Porta 80 é padrão para servidor http. 2. cliente http envia mensagem de pedido de http (contendo URL) através do socket da conexão TCP 1b. servidor http no hospedeiro espera por conexão TCP na porta 80. aceita conexão, avisando ao cliente 3. servidor http recebe mensagem de pedido, formula mensagem de resposta contendo objeto solicitado ( algumDepartmento/inicial.index ), envia mensagem via socket tempo (contém texto, referências a 10 imagens jpeg)

14 2: Camada de Aplicação14 Exemplo de http (cont.) 5. cliente http recebe mensagem de resposta contendo arquivo html, visualiza html. Analisando arquivo html, encontra 10 objetos jpeg referenciados 6. Passos 1 a 5 repetidos para cada um dos 10 objetos jpeg 4. servidor http encerra conexão TCP. tempo

15 2: Camada de Aplicação15 Conexões não persistente and persistente Não persistente Ø HTTP/1.0 Ø servidor analisa pedido, responde, and encerra conexão TCP Ø 2 RTTs para trazer cada objeto (RTT=round trip time) Ø transferência de cada objeto sofre de partida lenta Persistente Ø default for HTTP/1.1 Ø na mesma conexão TCP: servidor analisa pedido, responde, analisa novo pedido,.. Ø Cliente envia pedidos para todos objetos referenciados assim que recebe o HTML base. Ø Menos RTTs and menos partida lenta. A maioria de browsers 1.0 usa connexões TCP paralelas.

16 2: Camada de Aplicação16 formato de mensagem http: pedido Ø Dois tipos de mensagem http: pedido, resposta Ø mensagem de pedido http: ü ASCII (formato legível por pessoas) GET /somedir/page.html HTTP/1.0 User-agent: Mozilla/4.0 Accept: text/html, image/gif,image/jpeg Accept-language:fr (carriage return (CR), line feed(LF) adicionais) linha do pedido (comandos GET, POST, HEAD) linhas do cabeçalho Carriage return, line feed indicate fim de mensagem

17 2: Camada de Aplicação17 mensagem de pedido http: formato geral

18 2: Camada de Aplicação18 formato de mensagem http: resposta HTTP/ OK Date: Thu, 06 Aug :00:15 GMT Server: Apache/1.3.0 (Unix) Last-Modified: Mon, 22 Jun 1998 …... Content-Length: 6821 Content-Type: text/html dados dados dados dados... linha de status (protocolo, código de status, frase de status) linhas de cabeçalho dados, p.ex., arquivo html solicitado

19 2: Camada de Aplicação19 códigos de status da resposta http 200 OK ü sucesso, objeto pedido segue mais adiante nesta mensagem 301 Moved Permanently ü objeto pedido mudou de lugar, nova localização especificado mais adiante nesta mensagem (Location:) 400 Bad Request ü mensagem de pedido não entendida pelo servidor 404 Not Found ü documento pedido não se encontra neste servidor 505 HTTP Version Not Supported ü versão de http do pedido não usada por este servidor Na primeira linha da mensagem de resposta servidor->cliente. Alguns códigos típicos:

20 2: Camada de Aplicação20 Experimente você com http (do lado cliente) 1. Use cliente telnet para seu servidor WWW favorito: Abre conexão TCP para a porta 80 (porta padrão do servidor http) a Qualquer coisa digitada é enviada para a porta 80 do telnet Digite um pedido GET http: GET /~michael/index.html HTTP/1.0 Digitando isto (deve teclar ENTER duas vezes), está enviando este pedido GET mínimo (porém completo) ao servidor http 3. Examine a mensagem de resposta enviado pelo servidor http !

21 2: Camada de Aplicação21 HTML (HyperText Markup Language) Ø HTML: uma linguagem simples para hipertexto ü começou como versão simples de SGML ü construção básica: cadéias de texto anotadas Ø Construtores de formato operam sobre cadéias ü.. bold (negrito) ü..título centrado.. ü.. Ø vários formatos ü listas de bullets, listas ordenadas, listas de definição ü tabelas ü frames

22 2: Camada de Aplicação22 Encadeamento de referências Ø Referências... ü a componentes do documento local clique para uma dica ü a documentos no servidor local voltar ao sumário ü a documentos em outros servidores saiba sobre a UFF Ø Multimídia ü imagem embutida: ü imagem externa: imagem maior ü vídeo Mpeg um bom filme ü som feliz niver

23 2: Camada de Aplicação23 Formulários e interação bidirecional Ø Formulários transmitem informação do cliente ao servidor Ø HTTP permite enviar formulários ao servidor Ø Resposta enviada como página HTML dinâmica Ø Formulários processados usando scripts CGI (programas que executam no servidor WWW) ü CGI - Common Gateway Interface ü scripts CGI escondem acesso a diferentes serviços ü servidor WWW atua como gateway universal cliente WWW servidor WWW Sistema de informação GET/POST formulário resposta: HTML

24 2: Camada de Aplicação24 Interação usuário-servidor: autenticação Meta da autenticação: controle de acesso aos documentos do servidor Ø sem estado: cliente deve apresentar autorização com cada pedido Ø autorização: tipicamente nome, senha authorization: linha de cabeçalho no pedido ü se não for apresentada autorização, servidor nega accesso, e coloca no cabeçalho da resposta WWW authenticate: cliente servidor msg de pedido http comum 401: authorization req. WWW authenticate: msg de pedido http comum + Authorization:line msg de resposta http comum tempo Browser guarda nome e senha para evitar que sejam pedidos ao usuário a cada acesso. msg de pedido http comum + Authorization:line msg de resposta http comum

25 2: Camada de Aplicação25 Interação usuário-servidor: cookies Ø servidor envia cookie ao cliente na msg de resposta Set-cookie: Ø cliente apresenta cookie nos pedidos posteriores cookie: Ø servidor casa cookie- apresentado com a info guardada no servidor ü autenticação ü lembrando preferências do usuário, opções anteriores cliente servidor resposta http comum+ Set-cookie: # msg de pedido http comum cookie: # Ação específica do cookie msg de pedido http comum msg de resposta http comum msg de pedido http comum cookie: # Ação específica do cookie msg de resposta http comum

26 2: Camada de Aplicação26 Interação usuário-servidor: GET condicional Ø Meta: não enviar objeto se cliente já tem (no cache) versão atual Ø cliente: especifica data da cópia no cache no pedido http If-modified-since: Ø servidor: resposta não contém objeto se cópia no cache é atual: HTTP/ Not Modified cliente servidor msg de pedido http If-modified-since: resposta http HTTP/ Not Modified objeto não modificado msg de pedido http If-modified-since: resposta http HTTP/ OK … objeto modificado

27 2: Camada de Aplicação27 Cache WWW (servidor-procurador) Ø usuário configura browser: acessos WWW via procurador Ø cliente envia todos pedidos http ao procurador ü se objeto no cache do procurador, este o devolve imediatamente na resposta http ü senão, solicita objeto do servidor de origem, depois devolve resposta http ao cliente Meta: atender pedido do cliente sem envolver servidor de origem cliente Servidor- procurador cliente pedido http resposta http pedido http resposta http pedido http resposta http Servidor de origem

28 2: Camada de Aplicação28 Por quê usar cache WWW? Suposição: cache está próximo do cliente (p.ex., na mesma rede) Ø tempo de resposta menor: cache mais próximo do cliente Ø diminui tráfego aos servidores distantes ü muitas vezes é um gargalo o enlace que liga a rede da instituição ou do provedor à Internet Servidores de origem Internet pública rede da instituição LAN 10 Mbps enlace de accesso 2 Mbps cache da instituição

29 2: Camada de Aplicação29 ftp: o protocolo de transferência de arquivos Ø transferir arquivo de/para hospedeiro remoto Ø modelo cliente/servidor ü cliente: lado que inicia transferência (pode ser de ou para o sistema remoto) ü servidor: hospedeiro remoto Ø ftp: RFC 959 Ø servidor ftp: porta 21 transferência do arquivo FTP servidor Interface do usuário FTP cliente FTP sistema de arquivos local sistema de arquivos remoto usuário na estação

30 2: Camada de Aplicação30 ftp: conexões separadas p/ controle, dados Ø cliente ftp contata servidor ftp na porta 21, especificando TCP como protocolo de transporte Ø são abertas duas conexões TCP paralelas: ü controle: troca comandos, respostas entre cliente, servidor. controle fora da banda ü dados: dados de arquivo de/para servidor Ø servidor ftp mantém estado: directório corrente, autenticação realizada cliente FTP servidor FTP conexão de controle TCP, porta 21 conexão de dados TCP, porta 20

31 2: Camada de Aplicação31 Ftp: comandos, respostas Comandos típicos: Ø enviados em texto ASCII pelo canal de controle USER nome PASS senha LIST devolve lista de arquivos no directório corrente RETR arquivo recupera (lê) arquivo remoto STOR arquivo armazena (escreve) arquivo no hospedeiro remoto Códigos de retorno típicos Ø código e frase de status (como para http) Ø 331 Username OK, password required Ø 125 data connection already open; transfer starting Ø 425 Cant open data connection Ø 452 Error writing file

32 2: Camada de Aplicação32 Correio Eletrônico Três grandes componentes: Ø agentes de usuário (UA) Ø servidores de correio Ø simple mail transfer protocol: smtp Agente de Usuário Ø a.k.a. leitor de correio Ø compor, editar, ler mensagens de correio Ø p.ex., Eudora, Outlook, elm, Netscape Messenger Ø mensagens de saída e chegando são armazenadas no servidor caixa de correio do usuário fila de mensagens de saída agente de usuário servidor de correio agente de usuário SMTP agente de usuário servidor de correio

33 2: Camada de Aplicação33 Redes de computadores Prof. Nelson Fonseca

34 2: Camada de Aplicação34 Correio Eletrônico: servidores de correio Servidores de correio Ø caixa de correio contém mensagens de chegada (ainda não lidas) p/ usuário Ø fila de mensagens contém mensagens de saída (a serem enviadas) Ø protocolo smtp entre servidores de correio para transferir mensagens de correio ü cliente: servidor de correio que envia ü servidor: servidor de correio que recebe servidor de correio agente de usuário SMTP agente de usuário servidor de correio

35 2: Camada de Aplicação35 Correio Eletrônico: smtp [RFC 821] Ø usa tcp para a transferência confiável de msgs do correio do cliente ao servidor, porta 25 Ø transferência direta: servidor remetente ao servidor receptor Ø três fases da transferência ü handshaking (cumprimento) ü transferência das mensagens ü encerramento Ø interação comando/resposta ü comandos: texto ASCII ü resposta: código e frase de status Ø mensagens precisam ser em ASCII de 7-bits

36 2: Camada de Aplicação36 Interaction smtp típica S: 220 doces.br C: HELO consumidor.br S: 250 Hello consumidor.br, pleased to meet you C: MAIL FROM: S: 250 Sender ok C: RCPT TO: S: 250 Recipient ok C: DATA S: 354 Enter mail, end with "." on a line by itself C: Voce gosta de chocolate? C: Que tal sorvete? C:. S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 doces.br closing connection

37 2: Camada de Aplicação37 Experimente você uma interação smtp : telnet nomedoservidor 25 Ø veja resposta 220 do servidor Ø entre comandos HELO, MAIL FROM, RCPT TO, DATA, QUIT estes comandos permite que você envie correio sem usar um cliente (leitor de correio)

38 2: Camada de Aplicação38 smtp: últimas palavras Ø smtp usa conexões persistentes Ø smtp requerque a mensagem (cabeçalho e corpo) sejam em ascii de 7-bits algumas cadeias de caracteres não são permitidas numa mensagem (p.ex., CRLF.CRLF ). Logo a mensagem pode ter que ser codificada (normalmente em base-64 ou quoted printable) servidor smtp usa CRLF.CRLF para reconhecer o final da mensagem Comparação com http Ø http: pull (puxar) Ø push (empurrar) Ø ambos tem interação comando/resposta, códigos de status em ASCII Ø http: cada object é encapsulado em sua própria mensagem de resposta Ø smtp: múltiplos objetos de mensagem enviados numa mensagem de múltiplas partes

39 2: Camada de Aplicação39 Formato de uma mensagem smtp: protocolo para trocar msgs de correio RFC 822: padrão para formato de mensagem de texto: Ø linhas de cabeçalho, p.ex., ü To: ü From: ü Subject: diferentes dos comandos de smtp! Ø corpo ü a mensagem, somente de caracteres ASCII cabeçalho corpo linha em branco

40 2: Camada de Aplicação40 Formato de uma mensagem: extensões para multimídia Ø MIME: multimedia mail extension, RFC 2045, 2056 Ø linhas adicionais no cabeçalho da msg declaram tipo do conteúdo MIME From: To: Subject: Imagem de uma bela torta MIME-Version: 1.0 Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Type: image/jpeg base64 encoded data base64 encoded data tipo, subtipo de dados multimídia, declaração parâmetros método usado p/ codificar dados versão MIME Dados codificados

41 2: Camada de Aplicação41 Tipos MIME Content-Type: tipo/subtipo; parâmetros Text subtipos exemplos: plain, html Ø charset=iso , ascii Image subtipos exemplos : jpeg, gif Video subtipos exemplos : mpeg, quicktime Audio subtipos exemplos : basic (8-bit codificado mu-law), 32kadpcm (codificação 32 kbps) Application Ø outros dados que precisam ser processados por um leitor para serem visualizados subtipos exemplos : msword, octet-stream

42 2: Camada de Aplicação42 Tipo Multipart From: To: Subject: Imagem de uma bela torta MIME-Version: 1.0 Content-Type: multipart/mixed; boundary= Content-Transfer-Encoding: quoted-printable Content-Type: text/plain caro Bernardo, Anexa a imagem de uma torta deliciosa Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Type: image/jpeg base64 encoded data base64 encoded data

43 2: Camada de Aplicação43 Protocolos de accesso ao correio Ø SMTP: entrega/armazenamento no servidor do receptor Ø protocolo de accesso ao correio: recupera do servidor ü POP: Post Office Protocol [RFC 1939] autorização (agente servidor) e transferência ü IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 1730] mais comandos (mais complexo) manuseio de msgs armazenadas no servidor ü HTTP: Hotmail, Yahoo! Mail, Webmail, etc. servidor de correio do remetente SMTP POP3 ou IMAP servidor de correio do receptor agente de usuário

44 2: Camada de Aplicação44 Protocolo POP3 fase de autorização Ø comandos do cliente: user: declara nome pass: senha Ø servidor responde ü +OK -ERR fase de transação, cliente: list: lista números das msgs retr: recupera msg por número dele: apaga msg Ø quit C: list S: S: S:. C: retr 1 S: S:. C: dele 1 C: retr 2 S: S:. C: dele 2 C: quit S: +OK POP3 server signing off S: +OK POP3 server ready C: user ana S: +OK C: pass faminta S: +OK user successfully logged on


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