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1 Redes de computadores e a Internet 2-Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3,

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1 1 Redes de computadores e a Internet 2-Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Compartilhamento de arquivos P2P

2 2 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação Nossos objetivos: Conceitual, aspectos de implementação de protocolos de aplicação de redes Modelos de serviço da camada de transporte Paradigma cliente-servidor Paradigma peer-to-peer Aprender sobre protocolos examinando protocolos da camada de aplicação populares: HTTP FTP SMTP/POP3/IMAP DNS

3 3 Algumas aplicações de rede Web (início da década de 1990) Mensagem instantânea Login remoto (Telnet) Compartilhamento de arquivo (P2P) Jogos de rede multiusuário Rádio via Internet TV sobre IP (IPTV) Telefonia via Internet Videoconferência em tempo real 2-Camada de aplicação

4 4 Criando uma nova aplicação de rede Escrever programas que Executem sobre diferentes sistemas finais e Se comuniquem através de uma rede. Ex.: Web – software de servidor Web se comunicando com software do browser Nenhum software é escrito para dispositivos no núcleo da rede Dispositivos do núcleo da rede não trabalham na camada de aplicação Esta estrutura permite um rápido desenvolvimento de aplicação 2-Camada de aplicação

5 5 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Compartilhamento de arquivos P2P

6 6 Cliente-servidor Peer-to-peer (P2P) Híbrida de cliente-servidor e P2P Arquiteturas de aplicação O Desenvolvedor aproveitará uma das três arquiteturas mais utilizadas em aplicações modernas de rede: 2-Camada de aplicação

7 7 Arquitetura cliente-servidor Servidor: Hospedeiro sempre ativo Endereço IP permanente Fornece serviços solicitados pelo cliente Clientes: Comunicam-se com o servidor Podem ser conectados intermitentemente Podem ter endereço IP dinâmico Não se comunicam diretamente uns com os outros 2-Camada de aplicação

8 8 Arquitetura cliente-servidor Exemplos de aplicações que utilizam arquitetura cliente- sevidor: WEB Transferência de arquivos Login remoto Blogs Muitas vezes utiliza-se conjuntos de servidores para criar um SERVIDOR VIRTUAL. 2-Camada de aplicação

9 9 Arquitetura P2P pura Nem sempre há um servidor Sistemas finais arbitrários comunicam- se diretamente Pares são intermitentemente conectados e podem trocar seus endereços IP cada vez que forem ligados Ex.: Emule, Gnutella 2-Camada de aplicação

10 10 Arquitetura P2P pura Altamente escaláveis mas difíceis de gerenciar : Milhões de pares podem participar da comunidade de compartilhamento de arquivos, sendo que cada um deles funciona como um servidor e contribui com recursos para a comunidade. Cada par adicional não apenas aumenta a demanda, mas também aumenta a capacidade de serviço. 2-Camada de aplicação

11 11 Arquitetura P2P pura Apresentam 2 desafios: A quase totalidade dos ISPs residenciais (DSL) foram dimensionados para uso de largura de banda assimétrica, ou seja, para muito mais tráfego de entrada do que de saída. As aplicações P2P precisam ser criadas para que sejam amigáveis aos ISPs. Em razão de sua natureza altamente distribuída e exposta, as aplicações P2P podem ser um desafio para proteger. 2-Camada de aplicação

12 12 Híbrida de cliente-servidor e P2P Napster – Extinto – Compartilhamento de arquivos MP3 Transferência de arquivo P2P - Arquivos eram trocados diretamente entre pares. Busca centralizada de arquivos: Um par consultava um servidor central para determinar quais pares que estavam em funcionamento tinham um arquivo MP3 desejado. Conteúdo de registro dos pares no servidor central Consulta de pares no mesmo servidor central para localizar o conteúdo 2-Camada de aplicação

13 13 Híbrida de cliente-servidor e P2P Instant messaging Bate-papo entre dois usuários é P2P - O texto enviado entre dois usuários não passa pelo servidor. Detecção/localização centralizada de presença: Usuário registra seu endereço IP com o servidor central quando fica on- line Usuário contata o servidor central para encontrar endereços IP dos amigos on-line. 2-Camada de aplicação

14 14 Comunicação de processos Programas que rodam em vários sistemas finais comunicam- se por processos. Quando os processos comunicantes estão rodando no mesmo sistema final, eles comunicam-se entre si usando comunicação interprocessos, cujas regras são determinadas pelo sistema operacional. 2-Camada de aplicação

15 15 Comunicação de processos Processo: programa executando num hospedeiro Dentro do mesmo hospedeiro: dois processos se comunicam usando comunicação interprocesso (definido pelo Sistema Operacional) Processos em diferentes hospedeiros se comunicam por meio de troca de mensagens Processo cliente: processo que inicia a comunicação Processo servidor: processo que espera para ser contatado 2-Camada de aplicação

16 16 Comunicação de processos Processo: programa executando num hospedeiro Por exemplo, na aplicação Web, o processo browser de um cliente troca mensagens com o processo de um servidor Web. Em um sistema de compartilhamento de arquivos P2P, um arquivo é transferido de um processo que está em um par para outro que está em outro par. 2-Camada de aplicação

17 17 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação - Sockets Um processo envia/recebe mensagens para/de seu socket. O socket é análogo a uma porta. O processo de envio empurra a mensagem para fora da porta. O processo de envio confia na infra-estrutura de transporte no outro lado da porta que leva a mensagem para o socket no processo de recepção. É também denominado API (Interface de Programação da Aplicação): (1) escolha do protocolo de transporte; (2) habilidade para fixar poucos parâmetros (Tamanho do buffer e segmentos).

18 18 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação - Sockets É também denominado API (Interface de Programação da Aplicação): Os únicos controles que o desenvolvedor da aplicação tem do lado da camada de transporte são: (1) escolha do protocolo de transporte; (2) Talvez a habilidade para fixar poucos parâmetros (Tamanho do buffer e segmentos).

19 19 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação-Processos de endereçamento Para um processo receber mensagens, ele deve ter um identificador. Um hospedeiro possui um único endereço IP de 32 bits (IPV-4). P.: O endereço IP do hospedeiro onde o processo está executando é suficiente para identificar o processo? R.: Não, muitos processos podem estar em execução no mesmo hospedeiro. O identificador inclui o endereço IP e o número da porta associada ao processo no hospedeiro Exemplos de números de porta: Servidor HTTP: 80 Servidor de Correio (SMTP) : 25 Lista do número de portas pode ser encontrada no site

20 20 O protocolo da camada de aplicação define É importante distinguir aplicações de rede de protocolos de camada de aplicação. Um protocolo de camada de aplicação é apenas um pedaço (embora grande) de aplicação da rede. Exemplo: 1- Aplicação WEB e o protocolo de aplicação WEB, HTTP. Este define o formato e a seqüência das mensagens que são passadas entre o browser e o servidor WEB. 2- Correio eletrônico e o protocolo SMTP (RFC – 5321). 2-Camada de aplicação

21 21 Um protocolo da camada de aplicação define: Tipo das mensagens trocadas, mensagens de requisição e resposta. Sintaxe dos tipos de mensagem: os campos nas mensagens e como são delineados. Semântica dos campos, ou seja, significado da informação nos campos. Regras para quando e como os processos enviam e respondem às mensagens. Protocolos de domínio público: Definidos nas RFCs - IETF Recomendados para interoperabilidade Ex.: HTTP (RFC 2616), SMTP (5321) Protocolos proprietários: Ex.: KaZaA 2-Camada de aplicação

22 22 2-Camada de aplicação De qual serviço de transporte uma aplicação necessita? TCP UDP

23 23 2-Camada de aplicação Os serviços podem ser classificados segundo quatro dimenções: Transferência confiável de dados ( TCP IMPLEMENTA) Vazão (TCP e UDP não implementam) Temporização (TCP e UDP não implementam) Segurança (SSL (camada de sockets seguros implementam))

24 24 2-Camada de aplicação De qual serviço de transporte uma aplicação necessita? Transferência confiável de dados: Perda de dados Algumas aplicações (ex.: áudio) podem tolerar alguma perda. Outras aplicações (ex.: transferência de arquivos, telnet) exigem transferência de dados 100% confiável.

25 25 2-Camada de aplicação De qual serviço de transporte uma aplicação necessita? Temporização (TCP e UDP não implementam este serviço) Algumas aplicações (ex.: telefonia Internet, jogos interativos) exigem baixos atrasos fim a fim para serem efetivos. Como exemplo, se cada bit que o remetente insere no socket chega ao socket destinatário em menos de 100 milissegundos. Esse serviço seria atrativo para aplicações interativas em tempo real,como a telefonia por Internet.

26 26 2-Camada de aplicação De qual serviço de transporte uma aplicação necessita? Vazão : Banda passante (TCP e UDP não implementam este serviço) Algumas aplicações (ex.: multimídia) exigem uma banda mínima para serem efetivas. Exemplo: Se uma aplicação de telefonia por Internet codifica voz a 32 bits/s, ela precisa enviar dados para a rede e fazer com que sejam entregues na aplicação receptora a essa mesma taxa. Outras aplicações (aplicações elásticas- Correio eletrônico, transferência de arquivos) melhoram quando a banda disponível aumenta.

27 27 2-Camada de aplicação De qual serviço de transporte uma aplicação necessita? Segurança (Fornecido pela camada de aplicação) Codificação e decodificação de dados Autenticação do ponto terminal. Aperfeiçoamento do TCP : SSL – Camada de Sockets Seguros Oferece serviços de segurança processo a processo incluindo, codificação, integridade dos dados e autenticação do ponto de chegada. salientamos que o SSL não é um terceiro protocolo, no mesmo nível do TCP e do UDP, mas um aperfeiçoamento do TCP implementado na camada de aplicação.

28 28 2-Camada de aplicação De qual serviço de transporte uma aplicação necessita? TCP Serviço Orientado à conexão Apresentação Envio full-duplex (simultânea) Serviço confiável de transporte Quando um lado da aplicação passa uma cadeia de bytes para dentro de um socket, pode contar com o TCP para entregar a mesma cadeia de dados ao socket receptor sem falta de bytes nem bytes duplicados.

29 29 2-Camada de aplicação De qual serviço de transporte uma aplicação necessita? TCP O TCP inclui um mecanismo de controle de congestionamento,voltado ao bem-estar geral da Internet e não ao benefício direto dos processos comunicantes. Este mecanismo limita a capacidade de transmissão de um processo quando a rede está congestionada. A limitação da velocidade de transmissão pode ter um efeito muito prejudicial sobre aplicações de áudio e vídeo em tempo real que imponham uma limitação de largura de banda mínima.

30 30 2-Camada de aplicação Requisitos de transporte de aplicação comuns Aplicação Transferência de arquivos documentos Web Telefonia via Internet áudio/vídeo Armazenado jogos interativos Mensagem Instantânea Perdas sem perdas tolerante sem perda Largura de Banda elástica áudio: 5 Kbps-1 Mbps vídeo:10 Kbps-5 Mbps igual à anterior Alguns kbps – 10 mbps elástica Sensibilidade ao atraso não sim, décimos de segundo sim, segundos Sim, décimos de segundo sim Exemplo de requisitos de algumas aplicações:

31 31 2-Camada de aplicação Serviços dos protocolos de transporte da Internet Serviço TCP: Orientado à conexão: conexão requerida entre processos cliente e servidor Apresentação Transporte confiável: entre os processos de envio e recepção Controle de congestionamento: protege a rede do excesso de tráfego Não oferece: garantias de temporização e de banda mínima. Ou seja, o TCP garante a entrega de todos os dados, mas não dá nehuma garantia quanto à velocidade de entrega ou aos atrasos experimentados. Serviço UDP: Transferência de dados não confiável entre os processos transmissor e receptor Não oferece: estabelecimento de conexão, confiabilidade, controle de congestionamento, garantia de temporização e de banda mínima. P.: Por que ambos? Por que existe o UDP?

32 32 2-Camada de aplicação Aplicação e protocolos de transporte da Internet Aplicação acesso de terminais remotos Web transferência de arquivos telefonia Internet Correio eletrônico Protocolo de aplicação Telnet [RFC 854] HTTP [RFC 2616] FTP [RFC 959] RTP ou proprietário (por exemplo, Skipe) SMTP (RFC 5321) Protocolo de transporte TCP tipicamente UDP TCP

33 33 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Compartilhamento de arquivos P2P

34 34 2-Camada de aplicação TELEFONE – década de TELEVISÃO – WEB - Início década de Funciona por demanda. Usuários recebem o que querem, quando querem. Tecnologias de comunicação eletrônica que provocaram enormes impactos sociais.

35 35 2-Camada de aplicação Web e HTTP Primeiro alguns jargões Página Web consiste de objetos Objeto pode ser arquivo HTML, uma imagem JPEG, uma imagem GIF, applet Java, arquivo de áudio,… A página Web consiste de arquivo- base HTML, que inclui vários objetos referenciados. Cada objeto é endereçado por uma URL Exemplo de URL: Nome do hospedeiroNome do caminho

36 36 2-Camada de aplicação Web e HTTP O protocolo da camada de aplicação HTTP define como cliente WEB os browsers (navegadores – Firefox – Microsoft Internet Explore) requisitam páginas Web aos servidores WEB (Apache, Microsoft Internet Information Server). Portanto a aplicação WEB consiste em: Um padrão para o formato do documento – HTML. Browsers Web - Firefox – Microsoft Internet Explore. Servidores WEB- Apache, Microsoft Internet Information Server. Protocolo da Camada de Aplicação – HTTP.

37 37 2-Camada de aplicação Visão geral do HTTP HTTP: HyperText Transfer Protocol Protocolo da camada de aplicação da Web. Define o formato e a sequência das mensagens que são passadas entre o browser e o servidor Web. Modelo cliente/servidor Cliente: browser que solicita, recebe e apresenta objetos da Web Servidor: envia objetos em resposta a pedidos HTTP define a estrutura de menagens e o modo como o cliente e o servidor as trocam. HTTP 1.0: RFC 1945 até 1997 HTTP 1.1: RFC 2616 a partir de 1998

38 38 2-Camada de aplicação HTTP utiliza TCP: Cliente inicia conexão TCP (cria socket) para o servidor na porta 80. Servidor aceita uma conexão TCP do cliente. mensagens HTTP (mensagens do protocolo de camada de aplicação) são trocadas entre o browser (cliente HTTP) e o servidor Web (servidor HTTP). Web e HTTP

39 39 2-Camada de aplicação HTTP utiliza TCP: A conexão TCP é fechada. Vantagem da arquitetura de camadas: O HTTP não precisa se preocupar com dados perdidos ou com detalhes de como o TCP recupera a perda de dados ou os reordena dentro da rede. Esta é tarefa do TCP e dos protocolos das camadas mais inferiores da pilha de protocolos. Web e HTTP

40 40 2-Camada de aplicação HTTP é um protocolo sem estado O servidor não mantém informação sobre os pedidos passados pelos clientes Se um cliente solicita o mesmo objeto duas vezes em um intervalo de poucos segundos, o servidor não responde dizendo que acabou de enviar o objeto; em vez disso,envia novamente o objeto, pois não armazenou o estado do solicitação anterior. Protocolos que mantêm informações de estado são complexos! Histórico do passado (estado) deve ser mantido Se o servidor/cliente quebra, suas visões de estado podem ser inconsistentes, devendo ser reconciliadas. Web e HTTP

41 41 2-Camada de aplicação Conexões HTTP HTTP não persistente ( A conexão não persiste para outros objetos) No máximo, um objeto é enviado sobre uma conexão TCP O HTTP/1.0 utiliza HTTP não persistente HTTP persistente Múltiplos objetos podem ser enviados sobre uma conexão TCP entre o cliente e o servidor O HTTP/1.1 utiliza conexões persistentes em seu modo padrão

42 42 2-Camada de aplicação HTTP não persistente 1a. Cliente HTTP inicia conexão TCP ao servidor HTTP (processo) em Porta 80 é a default para o servidor HTTP 1b. Servidor HTTP no hospedeiro esperando pela conexão TCP na porta 80. Aceita conexão, notificando o cliente 2. Cliente HTTP envia HTTP request message (contendo a URL) para o socket da conexão TCP 3. Servidor HTTP recebe mensagem de pedido, forma response message contendo o objeto solicitado (someDepartment/home.index), envia mensagem para o socket Tempo Usuário entra com a URL: (contém texto, referências a 10 imagens jpeg)

43 43 2-Camada de aplicação 4. Servidor HTTP fecha conexão TCP 5. Cliente HTTP recebe mensagem de resposta contendo o arquivo html, apresenta o conteúdo html. Analisando o arquivo html, encontra 10 objetos jpeg referenciados 6. Passos 1-5 são repetidos para cada um dos 10 objetos jpeg Tempo HTTP não persistente Note que cada conexão TCP transporta exatamente uma mensagem de requisição e uma mensagem de resposta. Nesse exemplo, quando um usuário solicita a página Web, são geradas 11 conexões TCP.

44 44 2-Camada de aplicação HTTP não persistente Façamos um cálculo para estimar o tempo que transcorre entre a requisição e o recebimento de um arquivo-base HTTP por um cliente. Definimos (Round-Trip time – RTT ) como tempo de viagem de ida e volta.

45 45 2-Camada de aplicação Modelagem do tempo de resposta Definição de RRT (Round-Trip Time- Tempo de viagem de ida e volta: tempo para enviar um pequeno pacote que vai do cliente para o servidor e retorna Tempo de resposta: Um RTT para iniciar a conexão TCP Um RTT para requisição HTTP e primeiros bytes da resposta HTTP para retorno Tempo de transmissão de arquivo Total = 2RTT+ tempo de transmissão

46 46 2-Camada de aplicação Características do HTTP não-persistente: Requer 2 RTTs por objeto Os browsers freqüentemente abrem conexões TCP paralelas para buscar objetos referenciados. HTTP persistente Servidor deixa a conexão aberta após enviar uma resposta Mensagens HTTP subseqüentes entre o mesmo cliente/servidor são enviadas pela conexão.

47 47 2-Camada de aplicação Mensagem HTTP request Dois tipos de mensagens HTTP: request, response HTTP request message: GET /somedir/page.html HTTP/1.1 Host: Conection: close User-agent: Mozilla/4.0 Accept-language:fr Linha de requisição (métodos) (comandos GET, POST, HEAD ) Linhas de cabeçalho O usuário prefere receber uma versão em francês do objeto, se existir.Caso contrário receberá o default O Browser esta dizendo ao servidor que não quer usar conexões persistentes: quer que o servidor feche a conexão após o envio do objeto requisitado.

48 48 2-Camada de aplicação Mensagem HTTP request Dois tipos de mensagens HTTP: request, response HTTP request message: GET /somedir/page.html HTTP/1.1 Host: Conection: open User-agent: Mozilla/4.0 Accept-language:fr Linha de requisição (métodos) (comandos GET, POST, HEAD ) Linhas de cabeçalho O usuário prefere receber uma versão em francês do objeto, se existir.Caso contrário receberá o default

49 49 2-Camada de aplicação Mensagem HTTP request: formato geral

50 50 2-Camada de aplicação Método Post: Página Web freqüentemente inclui entrada de formulário. O usuário preenche um formulário.Pode-se usar o modo GET também. A entrada é enviada para o servidor no corpo da entidade Método URL – Utiliza o GET: Inclue os dados digitados(nos campos dos formulários) no URL requisitado.Por exemplo, se um formulário usar tiver 2 campos e as entradas desses campos forem monkeys e bananas, então a estrutura do URL será: Utiliza o método GET A entrada é enviada no campo de URL da linha de requisição: Entrada de formulário

51 51 2-Camada de aplicação Tipos de métodos HTTP/1.0 GET POST HEAD (utilizado para depuração) Pede para o servidor deixar o objeto requisitado fora da resposta HTTP/1.1 GET, POST, HEAD PUT (edição) O Cliente envia o arquivo no corpo da entidade para o caminho especificado no campo de URL. DELETE (edição) O cliente apaga o arquivo especificado no campo de URL.

52 52 2-Camada de aplicação Mensagem HTTP response HTTP/ OK Conection:close ( indica que o servidor encerrará a conexão ) 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 data data data data data... Linha de estado Linhas de cabeçalho Dados, ex.: arquivo html Data e hora em que foi feito o envio do arquivo

53 53 2-Camada de aplicação Códigos de status das respostas Na primeira linha da mensagem de resposta servidor cliente. Alguns exemplos de códigos: 200 OK Requisição bem-sucedida, objeto requisitado a seguir nesta mensagem 301 Moved permanently Objeto requisitado foi movido, nova localização especificada a seguir nesta mensagem (Location:) 400 Bad request Mensagem de requisição não compreendida pelo servidor 404 Not Found Documento requisitado não encontrado neste servidor 505 HTTP version not supported a versão do protocolo HTTP requisitada não é suportada pelo servidor.

54 54 2-Camada de aplicação Estado usuário-servidor: cookies Quatro componentes: 1) Linha de cabeçalho do cookie na mensagem HTTP response 2) Linha de cabeçalho de cookie na mensagem HTTP request 3) Arquivo de cookie mantido no hospedeiro do usuário e manipulado pelo browser do usuário 4) Banco de dados de apoio no site Web A maioria dos grandes sites Web utiliza cookies (RFC 2965) para identificar e monitorar usuários. Exemplo: Susan acessa a Internet sempre do mesmo PC Ela visita um site específico de e-commerce pela primeira vez Quando a requisição HTTP inicial chega ao site, este cria um ID único e uma entrada no banco de dados de apoio para este ID

55 55 2-Camada de aplicação Cookies: mantendo estado Cliente Servidor usual HTTP request msg usual HTTP response + Set-cookie: 1678 usual HTTP request msg cookie: 1678 usual HTTP response msg usual HTTP request msg cookie: 1678 usual HTTP response msg especificação do cookie especificação do cookie servidor cria o ID 1678 para o usuário entrada no banco de dados de apoio acesso Cookie file amazon: 1678 ebay: 8734 Cookie file ebay: 8734 Cookie file amazon: 1678 ebay: 8734 Uma semana depois:

56 56 2-Camada de aplicação Cookies O que os cookies podem trazer: Autorização Cartões de compra Recomendações Cookies e privacidade: Cookies permitem que sites saibam muito sobre você Você pode fornecer nome e para os sites Companhias de propaganda obtêm informações por meio dos sites

57 57 2-Camada de aplicação Caches Web (Servidor Proxy - Proxy Server) Objetivo: atender o cliente sem envolver o servidor Web originador da informação Usuário configura o browser: acesso Web é feito por meio de um proxy Cliente envia todos os pedidos HTTP para o Cache Web Se o objeto existe no Web cache: Web cache retorna o objeto Ou o Cache Web solicita objeto do servidor original e então envia o objeto ao cliente

58 58 2-Camada de aplicação Web caches (proxy server) O cache atua tanto no servidor como no cliente Tipicamente, o cache é instalado pelo ISP (universidade, empresa, ISP residencial). Por que Caching Web? Reduz o tempo de resposta para a requisição do cliente Reduz o tráfego num enlace de acesso de uma instituição. Reduz o custo e o tráfego de dados de uma instituição à Intenet.

59 59 2-Camada de aplicação Exemplo de caching Suponha: Tamanho médio objeto = bits = 100 kb. Taxa média de requisições dos browsers da instituição para os servidores de origem = 15/s. Atraso do roteador da Internet para ir a qualquer servidor de origem e retornar ao roteador = 2 s.

60 60 2-Camada de aplicação Conseqüências: Utilização da LAN = 15% (15 (requisições/segundo )* 100 kbps)/10 Mbps = 0,15 Utilização do link de acesso = 100% (15 (requisições/segundo )* 100 kbps)/1,5 Mbps =1 Atraso total = atraso da Internet + atraso de acesso + atraso da LAN = 2 segundos + minutos + milissegundos Exemplo de caching

61 61 2-Camada de aplicação Solução possível Aumentar a largura de banda do enlace de acesso, para, 10 Mbps. Conseqüências Utilização da LAN = 15% Utilização do enlace de acesso = 15% Atraso total = atraso da Internet + atraso de acesso + atraso da LAN = 2 segundos + msegs + msegs Freqüentemente é um upgrade caro Exemplo de caching

62 62 2-Camada de aplicação Exemplo de caching Instalação do cache Suponha que a taxa de atendimento às requisições seja 0.4 ou 40%. Em geral ficam de 20 a 70%.

63 63 2-Camada de aplicação Exemplo de caching Conseqüências: 40% das requisições serão satisfeitas quase que imediatamente. 60% das requisições serão satisfeitas pelos servidores de origem. Diminui o tráfego no enlace que conecta à Internet. Embora possa reduzir os tempos de repostas do ponto de vista do usuário, fazer cache introduz um novo problema A cópia de um objeto existente no cache pode estar desatualizada.

64 64 2-Camada de aplicação GET condicional O GET condicional permite que um cache verifique se seus objetos estão atualizados. Suponha que um cliente peça um objeto do cache. Se uma semana depois este mesmo objeto for solicitado, o cache envia um GET condicional ao servidor de origem.

65 65 2-Camada de aplicação GET condicional Razão: não enviar objeto se a versão que o cliente já possui está atualizada Cliente: especifica data da versão armazenada no pedido HTTP If-modified-since: Servidor: resposta não contém objeto se a cópia é atualizada: HTTP/ Not Modified Cliente- Servidor cache Servidor de origem HTTP request msg If-modified-since: HTTP response HTTP/ Not Modified Objeto não modificado HTTP request msg If-modified-since: HTTP response HTTP/1.1 Objeto modificado

66 66 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Compartilhamento de arquivos P2P

67 67 2-Camada de aplicação FTP: o protocolo de transferência de arquivos Transferência de arquivos de e para o computador remoto Modelo cliente servidor Cliente: lado que inicia a transferência (seja de ou para o lado remoto) Servidor: hospedeiro remoto FTP: RFC 959 FTP servidor: porta 21

68 68 2-Camada de aplicação FTP: controle separado, conexões de dados Os protocolos FTP e HTTP utilizam o TCP. No entanto, o FTP usa duas conexões TCP paralelas para transferir um arquivo: Uma Conexão de Controle Uma Conexão de Dados

69 69 2-Camada de aplicação FTP: controle separado, conexões de dados Cliente FTP contata o servidor FTP na porta 21 especificando o TCP como protocolo de transporte. Cliente obtém autorização pela conexão de controle. Cliente procura o diretório remoto enviando comandos pela conexão de controle.

70 70 2-Camada de aplicação Quando o servidor recebe um comando para uma transferência de arquivo, ele abre uma conexão de dados TCP para o cliente. Após a transferência de um arquivo, o servidor fecha a conexão. Servidor abre uma segunda conexão de dados TCP para transferir outro arquivo. Conexão de controle: fora da banda. Servidor FTP mantém estado: diretório atual, autenticação anterior. FTP: controle separado, conexões de dados

71 71 2-Camada de aplicação Assim, com o FTP, a conexão de controle permanece aberta durante toda a sessão do usuário, mas uma nova conexão de dados é criada para cada arquivo tranferido dentro de uma sessão. FTP: controle separado, conexões de dados

72 72 2-Camada de aplicação FTP comandos, respostas Exemplos de comandos na conexão de controle: Envie um texto ASCII sobre canal de controle USER username PASS password LIST retorna listagem do arquivo no diretório atual do servidor RETR filename extrai o arquivo do servidor.Ativa o servidor para que abra uma conexão de dados e envie o arquivo requisitado por esta conexão. STOR filename armazena o arquivo no hospedeiro remoto

73 73 2-Camada de aplicação Exemplos de códigos de retorno Código de status e frase (como no HTTP) 331 Username OK, password required 125 Conexão de dados já aberta; iniciando transferência 425 Não é possível abrir a conexão de dados 452 Erro ao escrever o arquivo FTP comandos, respostas Cada comando é seguido de uma resposta, que é enviada do servidor ao cliente

74 74 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Compartilhamento de arquivos P2P

75 75 2-Camada de aplicação Correio eletrônico Três componentes principais: Agentes de usuário Servidores de correio Simple mail transfer protocol: SMTP RFC 5321 Agente de usuário leitor de correio Composição, edição, leitura de mensagens de correio Ex.: gmail SMTP Transfere mensagens de servidores de correio remetentes para servidores de correio destinatários.

76 76 2-Camada de aplicação Correio eletrônico: servidores de correio Servidores de correio Caixa postal contém mensagens que chegaram (ainda não lidas) para o usuário Fila de mensagens contém as mensagens de correio a serem enviadas Protocolo SMTP permite aos servidores de correio trocarem mensagens entre si Cliente: servidor de correio que envia Servidor: servidor de correio que recebe

77 77 2-Camada de aplicação Cenário: Alice envia mensagem para Bob 1) Alice usa o agente de usuário (UA) para compor a mensagem e enviar para 2) O agente de usuário dela envia a mensagem para o seu servidor de correio; a mensagem é colocada na fila de mensagens. 3) O lado cliente do SMTP abre uma conexão TCP com o servidor de correio do Bob. 4) O cliente SMTP envia a mensagem de Alice pela conexão TCP. 5) O servidor de correio de Bob coloca a mensagem na caixa de correio de Bob. 6) Bob invoca seu agente de usuário para ler a mensagem. HTTP

78 78 2-Camada de aplicação Cenário: Alice envia mensagem para Bob É importante observar que o STMP não usa servidores de correios intermediários para enviar a mensagem. HTTP

79 79 2-Camada de aplicação Correio eletrônico: SMTP [RFC 2821] Usa TCP para transferência confiável de mensagens de correio do cliente ao servidor, porta 25 Transferência direta: servidor que envia para o servidor que recebe Três fases de transferência Handshaking (apresentação) Transferência de mensagens Fechamento Interação comando/resposta Comandos: texto ASCII Resposta: código de status e frase Mensagens devem ser formatadas em código ASCII de 7 bits SMTP é um protocolo de envio de informação (push), não servindo para obter dados.

80 80 2-Camada de aplicação Exemplo de interação SMTP S: 220 hamburger.edu C: HELO crepes.fr S: 250 Hello crepes.fr, 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 ketchup? C: Que tal pickles? C:. S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 hamburger.edu closing connection C: linhas que o cliente envia para dentro de seu socket TCP. S: linhas que o servidor envia para dentro de seu socket TCP.

81 81 2-Camada de aplicação Exemplo de interação SMTP Quando uma mensagem de é enviada, um cabeçalho contendo informações periféricas pode ser anexado. Essas informações periféricas estão contidas em uma série de linhas cabeçalho definidas na RFC Comandos MINE. Um cabeçalho típico é semelhante a: From: To: Subject: envio de dados. É importante notar que essas linhas de cabeçalho são diferentes dos comandos SMTP, ainda que contenham algumas palavras em comum. Os comandos SMTP fazem parte do protocolo; as linhas de cabeçalho examinadas nesta seção fazem parte da própria mensagem.

82 82 2-Camada de aplicação Protocolos de acesso ao correio SMTP: entrega e armazena no servidor do destino Protocolos de acesso: TRANSFEREM MENSAGENS DO SERVIDOR DE CORREIO PARA O PC LOCAL POP3: Post Office Protocol [RFC 1939] Autorização (agente servidor) e download Porta 110 IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 3501] Mais recursos (mais complexo) Manipulação de mensagens armazenadas no servidor HTTP: Hotmail, Yahoo! Mail etc. HTTP

83 83 2-Camada de aplicação POP3 Usa o modo ler e apgar e ler e guardar Não permite manipular pastas no servidor de correio. IMAP Mantém todas as mensagens em um lugar: o servidor Permite que o usuário organize as mensagens em pastas HTTP Meio de enviar e acessar mais utilizado. Lançado pelo Hotmail em meados da década de POP3 e IMAP

84 84 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Compartilhamento de arquivos P2P

85 85 2-Camada de aplicação DNS: Dominain Name System Pessoas: muitos identificadores: RG, nome, passaporte Internet hospedeiros, roteadores: Endereços IP (32 bits – 4 bytes) - usados para endereçar datagramas nome, ex.: sel.eesc.usp.br - usados por humanos P.: Relacionar nomes com endereços IP? Domain Name System: RFC 1034 e RFC 1035 e atualizados em RFCs adicionais

86 86 2-Camada de aplicação Domain Name System: É uma Base de dados Distribuída implementada numa hierarquia de muitos servidores de nomes. É um Protocolo de camada de aplicação que permite que hospedeiros consultem o banco de dados distribuídos. Servidores de nomes são frequentemente máquinas UNIX que executam o software BIND (Berkeley Internet Name Domain). DNS: Dominain Name System

87 87 2-Camada de aplicação Domain Name System: O Protocolo DNS utiliza UDP e a porta 53. Nota: função interna da Internet, implementada como protocolo da camada de aplicação Utilizado por HTTP, FTP, SMTP para traduzir nomes de hospedeiros em endereçoes IP. DNS: Dominain Name System

88 88 Redes de computadores e a Internet DNS: Dominain Name System A própria máquina do usuário executa o lado cliente da aplicação DNS. O browser extrai o nome de hospedeiro, do URL e passa o nome para o lado do cliente da aplicação DNS.www.uol.com.br O cliente DNS envia uma consulta contendo o nome do hospedeiro para um servidor DNS. Complexidade da Internet esta localizada na periferia da rede. Procedimentos de consulta DNS

89 89 Redes de computadores e a Internet DNS: Dominain Name System O cliente DNS finalmente recebe uma resposta, que inclui o endereço IP para o nome do hospedeiro. Tão logo o browser receba o endereço do DNS, pode abrir uma conexão TCP com o processo servidor HTTP localizado naquele endereço IP. Complexidade da Internet esta localizada na periferia da rede

90 90 Redes de computadores e a Internet Atraso provocado pelo DNS O DNS adiciona mais um atraso – às vezes substancial – às aplicações de Internet que o usam. Felizmente, como discutiremos mais adiante, o endereço IP procura frequentemente está no cache de um servidor DNS próximo, o que ajuda a reduzir o tráfego DNS na rede, bem como o atraso médio do DNS.

91 91 Redes de computadores e a Internet Serviços DNS O DNS provê outros serviços importantes além da tradução de nomes de hospedeiros para endereços IP. Obter o nome canônico para apelidos e finalmente o endereço IP. Ex: relayl.west-coast.enterprise.com é o nome canônico. enterprise.com é o apelido Permite o servidor de e o servidor de web de uma empresa tenham nomes idênticos. Ex: enterprise.com

92 92 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação Distribuição de carga Sites como cnn.com podem ser replicados em vários servidores com endereços IPs diferentes. Um conjunto de endereços IPs fica associado ao nome canônico e contido no banco de dados do DNS. Quando clientes consultam um nome mapeado para um conjunto de endereços, o DNS responde com um conjunto inteiro de endereços IP, mas faz um rodízio da ordem dos endereços dentro de cada resposta. Como o HTTP envia sempre para o primeiro endereço IP há um balanceamento de carga.

93 93 Redes de computadores e a Internet Base de dados distribuída, hierárquica Por que não centralizar o DNS? Ponto único de falha Volume de tráfego Base centralizada de dados distante Um único servidor de nomes não poderia estar próximo de todos os clientes que fazerm consultas. Manutenção Banco de dados enorme e de difícil atualização. Não é escalável!

94 94 Redes de computadores e a Internet Base de dados distribuída, hierárquica Servidores de alto-nível Servidores com autoridade Servidores Raiz Servidores de alto-nível top-level domain (TLP)

95 95 Redes de computadores e a Internet São contatados pelos servidores de nomes locais que não podem resolver um nome. Em 2006 haviam 13 Servidores de nomes raiz (A a M): ver Buscam servidores de nomes autorizados se o mapeamento do nome não for conhecido Conseguem o mapeamento Retornam o mapeamento para o servidor de nomes local DNS: servidores de nomes raiz

96 96 Redes de computadores e a Internet Servidores TLD e autoritários Servidores top-level domain (TLD): responsáveis pelos domínios com, org, net, edu, gov etc. e todos os domínios de alto nível de países uk, fr, br, jp. Servidores DNS autorizados: servidores DNS de organizações, provêem nome de hospedeiro autorizado para mapeamentos IP para servidores de organizações (ex.: Web e mail). Podem ser mantidos por uma organização ou provedor de serviços.

97 97 Redes de computadores e a Internet Servidor de nomes local Não pertence estritamente a uma hierarquia Cada ISP (ISP residencial, companhia, universidade) possui um Também chamado de servidor de nomes default Quando um hospedeiro faz uma pergunta a um DNS, a pergunta é enviada para seu servidor DNS local Age como um proxy, encaminhando as perguntas para dentro da hierarquia

98 98 Redes de computadores e a Internet O hospedeiro em cis.poly.edu quer o endereço IP para gaia.cs.umass.edu Exemplo Envia uma lista de servidores edu Reconhece o sufixo umass.edu

99 99 Redes de computadores e a Internet Consultas recursivas Consulta recursiva: Transfere a tarefa de resolução do nome para o servidor de nomes consultado Carga pesada? Consulta encadeada: Servidor contatado responde com o nome de outro servidor de nomes para contato Eu não sei isto, mas pergunte a este servidor

100 100 Redes de computadores e a Internet Uma vez que um servidor de nomes apreende um mapeamento, ele armazena o mapeamento num registro do tipo cache. Registros do cache tornam-se obsoletos (desaparecem) depois de um certo tempo (frequentemente 2 dias). Servidores TLD são tipicamente armazenados em cache nos servidores de nome locais. DNS: armazenando e atualizando registros

101 101 Redes de computadores e a Internet Registros do DNS Servidores de DNS armazenam registros de recursos (RR) que fornecem mapeamentos de nomes de hospedeiros para endereços IP. Um registro de recurso apresenta 4 elementos (Name, Value, Type, TTL) TTL é o tempo de vida útil do registro, determinando quando um recurso deve ser removido de um cache.

102 102 Redes de computadores e a Internet Registros do DNS DNS: base de dados distribuída que armazena registros de recursos (RR) formato dos RR: (Name, Value, Type, TTl) Os significados de Name e Value depende de Type

103 103 Redes de computadores e a Internet Registros do DNS formato dos RR: (Name, Value, Type,TTl) Type = A name é o nome do computador value é o endereço IP Um registro Type A fornece o mapeamento padrão de nomes hospedeiros para endereços IP.Como exemplo, (relayl.bar.foo.com, ), A,TTL)

104 104 Redes de computadores e a Internet Registros do DNS Type = NS name é um domínio (ex.: foo.com) value é o endereço IP do servidor de nomes autorizados que sabe como obter os endereços para este domínio formato dos RR: (Name, Value, Type,TTL) Exemplo (foo.com, dns.foo.com, NS,TTL) O servido DNS enviará também um registro Type A que mapeia o servidor de nome dns.foo.com para um endereço IP. (dns.foo.com, , A, TTL)

105 105 Redes de computadores e a Internet Registros do DNS formato dos RR: (Name, Value, Type,TTL) Type = CNAME name é um apelido para algum nome canônico (o nome real) é realmente servereast.backup2.ibm.com value é o nome canônico (ibm.com, servereast.backup2.ibm.com, CNAME,TTL)

106 106 Redes de computadores e a Internet Registros do DNS formato dos RR: (Name, Value, Type,TTL) Type = MX value é o nome do servidor de correio associado com name (foo.com, mail.bar.foo.com, MX, TTL) Usando MX uma empresa pode ter o mesmo apelido para seu servidor de arquivo e para um de seus outros servidores (tal como seu servidor WEB). Para obter o nome canônico do servidor de correio, um cliente DNS consultaria um registro MX; para obter o nome canônico do outro servidor, o cliente DNS consultaria o registro CNAME.

107 107 Redes de computadores e a Internet Inserindo registro no banco de dados do DNS Exemplo: empresa recém-criada Network Utopia Registrar o nome networkutopia.com em uma entidade registradora = FAPESP Ver lista em É necessário fornecer ao registrar os nomes e endereços IP do seu servidor nomes autorizados (DNS primário e secundário e ) Registrar insere dois RRs no servidor TLD do domínio com, para cada servidor de DNS: Exemplo do servidor primário (networkutopia.com, dns1.networkutopia.com, NS) (dns1.networkutopia.com, , A)

108 108 Redes de computadores e a Internet Inserindo registro no banco de dados do DNS No servidor autorizado, inserir um registro Tipo A para seu servidor de e WEB e um registro Tipo MX para seu servidor de mail.networkutopia.com

109 109 Redes de computadores e a Internet Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Compartilhamento de arquivos P2P

110 110 Redes de computadores e a Internet Compartilhamento de arquivos P2P Exemplo Alice executa a aplicação cliente P2P em seu notebook. Intermitentemente, conecta-se à Internet; obtém novos endereços IP para cada conexão. Pede por Raça de Milton Nascimento. A aplicação exibe outros pares que possuem uma cópia de Raça. Alice escolhe um dos pares, Bob. O arquivo é copiado do PC de Bob para o notebook de Alice: HTTP. Enquanto Alice faz o download, outros usuários fazem upload de Alice. O par de Alice é tanto um cliente Web como um servidor Web transiente. Todos os pares são servidores = altamente escaláveis!

111 111 Redes de computadores e a Internet P2P: diretório centralizado Projeto original Napster 1)Quando um par se conecta, ele informa ao servidor central: Endereço IP Conteúdo 2)Servidor envia mensagens periódicas para verificar a conectividade. 3) Alice procura por Raça 4) Alice requisita o arquivo de Bob

112 112 Redes de computadores e a Internet P2P: problemas com diretório centralizado Ponto único de falhas: Servidor não pode falhar. Gargalo de desempenho: Manutenção de Banco de Dados com muitas informações. Infração de copyright Transferência de arquivo é descentralizada, mas a localização de conteúdo é altamente centralizada

113 113 Redes de computadores e a Internet Inundação de Consultas: Gnutella Totalmente distribuído Sem servidor central Protocolo de domínio público Os pares formam uma rede abstrata, lógica, denominada rede de sobreposição. REDE DE SOBREPOSIÇÃO. Rede de cobertura: grafo Aresta entre o par X e o Y se há uma conexão TCP entre eles. Todos os pares ativos e arestas estão na rede de sobreposição Aresta não é um enlace físico Um determinado par será tipicamente conectado a <10 vizinhos na rede de sobreposição

114 114 Redes de computadores e a Internet Mensagem de consulta (query) é enviada pelas conexões TCP existentes Os pares encaminham a mensagem de consulta QueryHit (encontro) é enviado pelo caminho reverso Requisição HTTP direta para BOB, isto é, sem passar pela rede. Gnutella: protocolo

115 115 Redes de computadores e a Internet Como evitar a inundação da rede com pedidos de consultas? Quando Alice envia seu pedido de consulta inicial, um campo de contagem de pares contido na mensagem é configurado para um certo limite (digamos 7). Toda vez que a mensagem de consulta chega a um novo par, este decrementa o campo de contagem de pares antes de retransmiti-la para seus vizinhos. QUANDO UM PAR RECEBE UMA CONSULTA CUJO CAMPO DE CONTAGEM DE PARES É IGUAL A 0, ELE PÁRA DE RETRANSMITI-LA. Escalabilidade: inundação de alcance limitado Gnutella: protocolo

116 116 Redes de computadores e a Internet Gnutella: conectando pares 1. Para conectar o par X, ele precisa encontrar algum outro par na rede Gnutella: utiliza a lista de pares candidatos 2. X, seqüencialmente, tenta fazer conexão TCP com os pares da lista até estabelecer conexão com Y 3. X envia mensagem de Ping para Y; Y encaminha a mensagem de Ping 4. Todos os pares que recebem a mensagem de Ping respondem com mensagens de Pong 5. X recebe várias mensagens de Pong. Ele pode então estabelecer conexões TCP adicionais

117 117 Redes de computadores e a Internet Explorando heterogeneidade: KaZaA Cada par é ou um líder de grupo ou está atribuído a um líder de grupo Conexão TCP entre o par e seu líder de grupo Conexões TCP entre alguns pares de líderes de grupo O líder de grupo acompanha o conteúdo em todos os seus discípulos Cada líder de grupo transforma-se em um hub (distribuídor) Em comparação com Gnutela, com a sobreposição plana a inundação de escopo limitado (só entre hubs), o projeto hierárquico permite a verificação de consultas em um número significativamente maior de pares sem criar tráfego de consultas excessivos.


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