Capítulo 2: Camada de Aplicação

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1 Capítulo 2: Camada de Aplicação
Metas do capítulo: aspectos conceituais e de implementação de protocolos de aplicação em redes paradigma cliente servidor modelos de serviço aprenda sobre protocolos através do estudo de protocolos populares do nível da aplicação Mais metas do capítulo protocolos específicos: http ftp smtp pop dns a programação de aplicações de rede programação usando sockets Um end system pode atuar como servidor ou como cliente. Exemplo: Telnet, quem inicia faz papel de cliente 2: Camada de Aplicação

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

3 Aplicações de rede: algum jargão
Um processo é um programa que executa num hospedeiro. 2 processos no mesmo hospedeiro se comunicam usando comunicação entre processos definida pelo sistema operacional (SO). 2 processos em hospedeiros distintos se comunicam usando um protocolo da camada de aplicação. Um agente de usuário (UA) é uma interface entre o usuário e a aplicação de rede. WWW: browser Correio: leitor/compositor de mensagens streaming audio/video: tocador de mídia Alguns S/W incluem o agente de usuário e protocolos de aplicação Exemplo: programa de provê interface para edição de mensagens e implementa a parte do cliente do SMTP para envio de mensagens e protocolo de recebimento tais como POP3 e IMAP. 2: Camada de Aplicação

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

5 Protocolos da camada de aplicação (cont).
API: interface de programação de aplicações define interface entre aplicação e camada de transporte socket (= tomada): API da Internet 2 processos se comunicam enviando dados para um socket ou lendo dados de um socket P: como um processo pode “identificar”o outro processo com o qual quer se comunicar? endereço IP do hospedeiro do outro processo “número de porta” - permite que o hospedeiro receptor determine a qual processo deve ser entregue a mensagem Socket  Uma “porta” pela qual a aplicação envia e recebe mensagens Interface entre camada de aplicação e camada de transporte. O programador tem controle sobre o socket local e quase nenhum controle sobre o socket na camada de transporte com as seguintes exceções: protocolos de transporte (UDP, TCP), Valores de alguns parâmetros tais como tamanho máximo do buffer e tamanho máximo de segmento. Endereço IP único na rede distribuído por autoridade central. Número de portas padronizadas exemplo: processo web servidor (HTTP) porta 80 … voltamos mais tarde a este assunto. 2: Camada de Aplicação

6 De que serviço de transporte uma aplicação precisa?
Perda de dados algumas apls (p.ex. áudio) podem tolerar algumas perdas outras (p.ex., transf. de arquivos, telnet) requerem transferência 100% confiável Largura de banda algumas apls (p.ex., multimídia) requerem quantia mínima de banda para serem “viáveis” outras apls (“apls elásticas”) conseguem usar qq quantia de banda disponível Temporização algumas apls (p.ex., telefonia Internet, jogos interativos) requerem baixo retardo para serem “viáveis” Qualidade de Serviço (Quality of Service - QoS)  “A qualidade de transporte desejada pela aplicação” As aplicações têm que prever a ocorrência altos valores de retardo 2: Camada de Aplicação

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

8 Serviços providos por protocolos de transporte Internet
serviço TCP: orientado a conexão: setup requerido entre cliente, servidor transporte confiável entre processos remetente e receptor controle de fluxo: remetente não vai “afogar” receptor controle de congestionamento: estrangular remetente quando a rede carregada não provê: garantias temporais ou de banda mínima serviço UDP: transferência de dados não confiável entre processos remetente e receptor 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? Usuário TCP não pode transmitir a taxa que desejar; a taxa permitida depende do histórico de perdas (congestionamento) Aplicações de tempo real não toleram a falta de garantia de uma taxa de transmissão mínima Usuário de UDP não tem limitação de taxa mínima de transmissão 2: Camada de Aplicação

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

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

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

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

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

14 Exemplo de http (cont.) tempo 4. servidor http encerra conexão TCP .
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 tempo 2: Camada de Aplicação

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

16 formato de mensagem http: pedido
Dois tipos de mensagem http: pedido, resposta mensagem de pedido http: ASCII (formato legível por pessoas) linha do pedido (comandos GET, POST, HEAD) 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) linhas do cabeçalho Carriage return, line feed indicate fim de mensagem 2: Camada de Aplicação

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

18 formato de mensagem http: resposta
linha de status (protocolo, código de status, frase de status) 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 ... linhas de cabeçalho dados, p.ex., arquivo html solicitado 2: Camada de Aplicação

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

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

21 HTML (HyperText Markup Language)
HTML: uma linguagem simples para hipertexto começou como versão simples de SGML construção básica: cadéias de texto anotadas Construtores de formato operam sobre cadéias <b> .. </b> bold (negrito) <H1 ALIGN=CENTER> ..título centrado .. </H1> <BODY bgcolor=white text=black link=red ..> .. </BODY> vários formatos listas de bullets, listas ordenadas, listas de definição tabelas frames 2: Camada de Aplicação

22 Encadeamento de referências
Referências <A HREF=LinkRef> ... </A> a componentes do documento local <A HREF=“importante”> clique para uma dica </A> a documentos no servidor local <A HREF=“../index.htm”> voltar ao sumário </A> a documentos em outros servidores <A HREF=“ saiba sobre a UFF </A> Multimídia imagem embutida: <IMG SRC=“eclipse”> imagem externa: <A HREF=“eclipse.gif”> imagem maior </A> vídeo Mpeg <A HREF=“ByeByeBrasil.mpg”> um bom filme </A> som <A HREF=“ feliz niver </A> 2: Camada de Aplicação

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

24 Interação usuário-servidor: autenticação
Meta da autenticação: controle de acesso aos documentos do servidor sem estado: cliente deve apresentar autorização com cada pedido autorização: tipicamente nome, senha authorization: linha de cabeçalho no pedido 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 msg de pedido http comum + Authorization:line tempo msg de resposta http comum Browser guarda nome e senha para evitar que sejam pedidos ao usuário a cada acesso. 2: Camada de Aplicação

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

26 Interação usuário-servidor: GET condicional
cliente servidor msg de pedido http If-modified-since: <date> Meta: não enviar objeto se cliente já tem (no cache) versão atual cliente: especifica data da cópia no cache no pedido http If-modified-since: <date> servidor: resposta não contém objeto se cópia no cache é atual: HTTP/ Not Modified objeto não modificado resposta http HTTP/1.0 304 Not Modified msg de pedido http If-modified-since: <date> objeto modificado resposta http HTTP/ OK … <data> 2: Camada de Aplicação

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

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

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

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

31 Ftp: comandos, respostas
Comandos típicos: 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 código e frase de status (como para http) 331 Username OK, password required 125 data connection already open; transfer starting 425 Can’t open data connection 452 Error writing file 2: Camada de Aplicação

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

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

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

35 Correio Eletrônico: smtp [RFC 821]
usa tcp para a transferência confiável de msgs do correio do cliente ao servidor, porta 25 transferência direta: servidor remetente ao servidor receptor três fases da transferência handshaking (cumprimento) transferência das mensagens encerramento interação comando/resposta comandos: texto ASCII resposta: código e frase de status mensagens precisam ser em ASCII de 7-bits Tanto cabeçalho quanto corpo do tem que ser em ASCII Dados em binário (multimídia) têm que ser convertidos para ASCII e re-convertidos para binário no receptor. Conexão TCP entre servidores emissor/receptor  Não se faz uso de servidores intermediários. 2: Camada de Aplicação

36 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: 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 2: Camada de Aplicação

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

38 smtp: últimas palavras
smtp usa conexões persistentes 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 http: pull (puxar) push (empurrar) ambos tem interação comando/resposta, códigos de status em ASCII http: cada object é encapsulado em sua própria mensagem de resposta smtp: múltiplos objetos de mensagem enviados numa mensagem de múltiplas partes 2: Camada de Aplicação

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

40 Formato de uma mensagem: extensões para multimídia
MIME: multimedia mail extension, RFC 2045, 2056 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 versão MIME método usado p/ codificar dados tipo, subtipo de dados multimídia, declaração parâmetros Ao receber um , o receptor primeiro verifica o campo Content - Transfer - Encoding para decodificar o conteúdo em ASCII. Após decodificar o conteúdo, o receptor verifica o campo Content - Type e toma ação apropriada. exemplo: chamar rotina de decodificação JPEG. Dados codificados 2: Camada de Aplicação

41 Tipos MIME Content-Type: tipo/subtipo; parâmetros
Text subtipos exemplos: plain, html 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 outros dados que precisam ser processados por um leitor para serem “visualizados” subtipos exemplos : msword, octet-stream 2: Camada de Aplicação

42 Tipo Multipart From: ana@consumidor.br To: bernardo@doces.br
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 Em com multipartes, as partes são separadas por caracteres especiais seguidos de campo Content-Encoding e Content-Type. Todo possui linha no cabeçalho Received que indica a hora que foi recebido pelo servidor. Pode possuir mais de uma linha Received se servidor deu instrução de repassar (forward) para outro servidor. 2: Camada de Aplicação

43 Protocolos de accesso ao correio
agente de usuário SMTP SMTP POP3 ou IMAP agente de usuário servidor de correio do remetente servidor de correio do receptor SMTP: entrega/armazenamento no servidor do receptor protocolo de accesso ao correio: recupera do servidor POP: Post Office Protocol [RFC 1939] autorização (agente <-->servidor) e transferência IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 1730] mais comandos (mais complexo) manuseio de msgs armazenadas no servidor HTTP: Hotmail , Yahoo! Mail, Webmail, etc. No IMAP, tem que se manter hierarquia de folders para cada usuário IMAP permite que usuário obtenha apenas parte do , como por exemplo, usuários de linhas discadas de baixa velocidade podem obter apenas os cabeçalhos dos s, Sistemas de baseados na Web, o browser do usuário comunica-se com o servidor via HTTP. O servidor comunica-se com outros servidores utilizando SMTP. Continuous Media (CM) Enviam objetos em áudio e vídeo Protocolos HTTP, IMAP e POP3 não são adequados pois não permitem pausas. Envio via TCP acarreta em recepção de baixa qualidade Servidores rejeitam s longos Paradigma de envio de mensagem inteira pode levar a desperdício de banda passante. 2: Camada de Aplicação

44 Protocolo POP3 fase de autorização C: list fase de transação, cliente:
S: +OK POP3 server ready C: user ana S: +OK C: pass faminta S: +OK user successfully logged on fase de autorização comandos do cliente: user: declara nome pass: senha servidor responde +OK -ERR fase de transação, cliente: list: lista números das msgs retr: recupera msg por número dele: apaga msg quit C: list S: 1 498 S: 2 912 S: . C: retr 1 S: <message 1 contents> C: dele 1 C: retr 2 C: dele 2 C: quit S: +OK POP3 server signing off POP3 tem dois modos de operação na fase de transação: “download and delete” e “dowload and keep” . Download and delete é impróprio para usuários “nômades”. Não mantém informações entre sessões POP3. 2: Camada de Aplicação