Capítulo 2 Camada de aplicação - PDF
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Carlos Eduardo Martinho Carreiro
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3 Capítulo 2: Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 A Web e o HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Aplicações P2P slide 3
4 Capítulo 2: Camada de aplicação Objetivos do capítulo: aspectos conceituais, de implementação de protocolos de aplicação de rede modelos de serviço da camada de transporte paradigma cliente- -servidor paradigma peerto-peer aprenda sobre protocolos examinando protocolos populares em nível de aplicação HTTP FTP SMTP/POP3/IMAP DNS slide 4
5 Algumas aplicações de rede web mensagem instantânea login remoto compartilhamento de arquivos P2P jogos em rede multiusuários clipes de vídeo armazenados em fluxo contínuo redes sociais voice over IP vídeoconferência em tempo real computação em grade slide 5
6 Criando uma aplicação de rede Escreva programas que executem em (diferentes) sistemas finais se comuniquem pela rede p. e., software de servidor Web se comunica com software de navegador Web Não é preciso escrever software para dispositivos do núcleo da rede dispositivos do núcleo da rede não executam aplicações do usuário as aplicações nos sistemas finais permitem rápido desenvolvimento e propagação aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física application transport network data link physical slide 6
7 Capítulo 2: Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 A Web e o HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Aplicações P2P slide 7
8 Arquiteturas de aplicação Cliente-servidor Incluindo centros de dados/cloud computing Peer-to-peer (P2P) Híbrida de cliente-servidor e P2P slide 8
9 Arquitetura cliente-servidor cliente/servidor servidor: hospedeiro sempre ligado endereço IP permanente server farms por expansão clientes: comunicam-se com o servidor podem estar conectados intermitentemente podem ter endereços IP dinâmicos não se comunicam diretamente entre si slide 9
10 Centros de dados da Google custo estimado do centro de dados: $600M Google gastou $2,4B em 2007 em novos centros de dados cada centro de dados usa de 50 a 100 megawatts de potência slide 10
11 Arquitetura P2P pura nenhum servidor sempre ligado sistemas finais arbitrários se comunicam diretamente pares são conectados intermitentemente e mudam endereços IP peer-peer altamente escalável, mas difícil de administrar slide 11
12 Híbrido de cliente-servidor e P2P Skype aplicação P2P voice-over-ip P2P servidor centralizado: achando endereço da parte remota: conexão cliente-cliente: direta (não através de servidor) Mensagem instantânea bate-papo entre dois usuários é P2P serviço centralizado: detecção/localização da presença do cliente usuário registra seu endereço IP com servidor central quando entra on-line usuário contacta servidor central para descobrir endereços IP dos parceiros slide 12
13 Processos se comunicando processo: programa rodando dentro de um hospedeiro no mesmo hospedeiro, dois processos se comunicam usando a comunicação entre processos (definida pelo SO). processos em hospedeiros diferentes se comunicam trocando mensagens processo cliente: processo que inicia a comunicação processo servidor: processo que espera para ser contactado Nota: aplicações com arquiteturas P2P têm processos clientes & processos servidores slide 13
14 Que serviço de transporte uma aplicação precisa? perda de dados algumas apls. (p. e., áudio) podem tolerar alguma perda outras apls. (p. e., transferência de arquivos, telnet) exigem transferência de dados 100% confiável temporização algumas apls. (p. e., telefonia na Internet jogos interativos) exigem pouco atraso para serem eficazes vazão algumas apls. (p. e., multimídia) exigem um mínimo de vazão para serem eficazes outras apls. ( apls. elásticas ) utilizam qualquer vazão que receberem segurança criptografia, integridade de dados, slide 14
15 Requisitos de serviço de transporte das aplicações comuns Aplicação Perda de dados Vazão Sensível ao tempo transf. arquivos documentos Web áudio/vídeo tempo real áudio/vídeo armazenado jogos interativos Mensagem instantânea sem perda sem perda sem perda tolerante a perda tolerante a perda tolerante a perda sem perda elástica elástica elástica áudio: 5 kbps-1 Mbps vídeo:10 kbps-5 Mbps o mesmo que antes poucos kbps ou mais elástica não não não sim, centenas de ms sim, alguns seg sim, centenas de ms sim e não slide 15
16 Serviços de protocolos de transporte da Internet serviço TCP: orientado a conexão: preparação exigida entre processos cliente e servidor transporte confiável entre processo emissor e receptor controle de fluxo: emissor não sobrecarrega receptor controle de congestionamento: regula emissor quando a rede está sobrecarregada não oferece: temporização, garantias mínimas de vazão, segurança serviço UDP: transferência de dados não confiável entre processo emissor e receptor não oferece: preparação da conexão, confiabilidade, controle de fluxo, controle de congest., temporização, garantia de vazão ou segurança P: por que se incomodar? Por que existe um UDP? slide 16
17 Aplicações da Internet: aplicação, protocolos de transporte Aplicação acesso remoto Web transf. arquivos multimídia com fluxo contínuo telefonia da Internet Protocolo da camada de aplicação SMTP [RFC 2821] Telnet [RFC 854] HTTP [RFC 2616] FTP [RFC 959] HTTP (p. e., Youtube), RTP [RFC 1889] SIP, RTP, proprietário (p. e., Skype) Protocolo de transporte básico TCP TCP TCP TCP TCP ou UDP normalmente UDP slide 17
18 Capítulo 2: Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 A Web e o HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Aplicações P2P slide 18
19 Web e HTTP primeiro, algum jargão página Web consiste em objetos objeto pode ser arquivo HTML, imagem JPEG, applet Java, arquivo de áudio, página Web consiste em arquivo HTML básico que inclui vários objetos referenciados cada objeto é endereçável por um URL exemplo de URL: nome do hospedeiro nome do caminho slide 19
20 Visão geral do HTTP HTTP: HyperText Transfer Protocol protocolo da camada de aplicação da Web modelo cliente/servidor cliente: navegador que requisita, recebe, exibe objetos Web servidor: servidor Web envia objetos em resposta a requisições PC rodando Explorer Mac rodando Navigator Servidor rodando servidor Web Apache slide 20
21 usa TCP: cliente inicia conexão TCP (cria socket) com servidor, porta 80 servidor aceita conexão TCP do cliente mensagens HTTP (do protocolo da camada de aplicação) trocadas entre navegador (cliente HTTP) e servidor Web (servidor HTTP) conexão TCP fechada HTTP é sem estado servidor não guarda informações sobre requisições passadas do cliente aparte Protocolos que mantêm estado são complexos! história passada (estado) deve ser mantida se servidor/cliente falhar, suas visões do estado podem ser incoerentes, devem ser reconciliadas slide 21
22 Capítulo 2: Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 A Web e o HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Aplicações P2P slide 22
23 FTP: o protocolo de transferência de arquivos usuário no hospedeiro interface cliente de usuário FTP FTP sistema de arquivo local transf. de arquivos servidor FTP sistema de arquivo remoto transfere arquivo de/para hospedeiro remoto modelo cliente/servidor cliente: lado que inicia transferência (de/para remoto) servidor: hospedeiro remoto ftp: RFC 959 servidor ftp: porta 21 slide 23
24 FTP: conexões separadas para controle e dados cliente FTP contacta servidor FTP na porta 21, TCP é protocolo de transporte cliente autorizado por conexão de controle cliente navega por diretório remoto enviando comandos por conexão de controle quando servidor recebe comando de transferência de arquivo, abre 2 a conexão TCP (para arquivo) com cliente após transferir um arquivo, servidor fecha conexão de dados cliente FTP conexão de controle TCP porta 21 conexão de dados TCP porta 20 servidor FTP servidor abre outra conexão de dados TCP para transferir outro arquivo conexão de controle: fora da banda servidor FTP mantém estado : diretório atual, autenticação anterior slide 24
25 Comandos e respostas FTP exemplos de comandos: enviado como texto ASCII pelo canal de controle USER nome-usuário PASS senha LIST retorna lista de arquivos no diretório atual RETR nome-arquivo recupera (apanha) arquivo STOR nome-arquivo armazena (coloca) arquivo no hospedeiro remoto exemplos de códigos de retorno código e frase de estado (como no HTTP) 331 Username OK, password required 125 data connection already open; transfer starting 425 Can t open data connection 452 Error writing file slide 25
26 Capítulo 2: Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 A Web e o HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Aplicações P2P slide 26
27 Correio eletrônico Três componentes principais: agentes do usuário servidores de correio Simple Mail Transfer Protocol: SMTP Agente do usuário também chamado leitor de correio redigir, editar, ler mensagens de correio eletrônico p. e., Eudora, Outlook, elm, Mozilla Thunderbird mensagens entrando e saindo armazenadas no servidor serv. correio SMTP serv. correio agente usuário agente usuário SMTP SMTP agente usuário fila de msg. de saída caixa de entrada do usuário mail server agente usuário agente usuário agente usuário slide 27
28 Correio eletrônico: servidores de correio servidores de correio caixa de correio contém mensagens que chegam para o usuário fila de mensagens com mensagens de correio a serem enviadas protocolo SMTP entre servidores de correio para enviar mensagens de cliente: servidor de envio de correio servidor : servidor de recepção de correio serv. correio SMTP serv. correio agente usuário agente usuário SMTP SMTP agente usuário serv. correio agente usuário agente usuário agente usuário slide 28
29 Cenário: Alice envia mensagem a Bob 1) Alice usa AU para redigir mensagem para 2) O AU de Alice envia mensagem ao seu servidor de correio, que é colocada na fila de mensagens 3) Lado cliente do SMTP abre conexão TCP com servidor de correio de Bob 4) Cliente SMTP envia mensagem de Alice pela conexão TCP 5) Servidor de correio de Bob coloca mensagem na caixa de correio de Bob 6) Bob chama seu agente do usuário para ler mensagem 1 agente usuário serv. correio serv. correio 5 6 agente usuário slide 29
30 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: Você gosta de ketchup? C: Que tal picles? C:. S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 hamburger.edu closing connection slide 30
31 Teste a interação SMTP você mesmo: telnet nome-servidor 25 veja resposta 220 do servidor digite comandos HELO, MAIL FROM, RCPT TO, DATA, QUIT isso permite que você envie sem usar o cliente de (leitor) slide 31
32 Capítulo 2: Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 A Web e o HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Aplicações P2P slide 32
33 DNS: Domain Name System pessoas: muitos identificadores: CPF, nome, passaporte hospedeiros da Internet, roteadores: endereço IP (32 bits) usado para endereçar datagramas nome, p. e., ww.yahoo.com usado pelos humanos P: Como mapear entre endereço IP e nome? Domain Name System: banco de dados distribuído implementado na hierarquia de muitos servidores de nomes protocolo em nível de aplicação hospedeiro, roteadores, servidores de nomes se comunicam para resolver nomes (tradução endereço/nome) Nota: função básica da Internet, implementada como protocolo em nível de aplicação complexidade na borda da rede slide 33
34 DNS Serviços de DNS tradução nome de hospedeiro -> endereço IP apelidos de hospedeiro nomes canônicos apelidos de servidor de correio distribuição de carga servidores Web replicados: conjunto de endereços IP para um nome canônico Por que não centralizar o DNS? único ponto de falha volume de tráfego banco de dados centralizado distante manutenção Não é escalável! slide 34
35 Banco de dados distribuído, hierárquico Servidores DNS raiz servs. DNS com servs. DNS org servs. DNS edu servs. DNS yahoo.com servs. DNS amazon.com servs. DNS pbs.org servs. DNS poly.edu Cliente quer IP para 1 a aprox: servs. DNS umass.edu cliente consulta serv. raiz para achar servidor DNS com cliente consulta serv. DNS com para obter serv. DNS amazon.com cliente consulta serv. DNS amazon.com para obter endereço IP para slide 35
36 DNS: Servidores de nomes raiz contactados por servidores de nomes locais que não conseguem traduzir nome servidores de nomes raiz: contacta servidor de nomes com autoridade se o mapeamento não for conhecido obtém mapeamento retorna mapeamento ao servidor de nomes local 13 servidores de nomes raiz no mundo slide 36
37 TLD e servidores com autoridade servidores de domínio de alto nível (TLD) : responsáveis por com, org, net, edu etc. e todos os domínios de país de alto nível: br, uk, fr, ca, jp. A Network Solutions mantém servidores para TLD com Educause para TLD edu servidores DNS com autoridade: servidores DNS da organização, provendo nome de hospedeiro com autoridade a mapeamentos IP para os servidores da organização (p. e., Web, correio). podem ser mantidos pela organização ou provedor de serviços slide 37
38 Servidor de nomes local não pertence estritamente à hierarquia cada ISP (ISP residencial, empresa, universidade) tem um. também chamado servidor de nomes default quando hospedeiro faz consulta ao DNS, consulta é enviada ao seu servidor DNS local atua como proxy, encaminha consulta para hierarquia slide 38
39 Exemplo de resolução de nome DNS hospedeiro em cis.poly.edu quer endereço IP para gaia.cs.umass.edu consulta repetida: servidor contactado responde com nome do servidor a contactar não conheço esse nome, mas pergunte a este servidor servidor DNS raiz 2 serv. DNS local dns.poly.edu 1 hospedeiro solicitante cis.poly.edu servidor DNS TLD 6 serv. DNS com autoridade dns.cs.umass.edu gaia.cs.umass.edu slide 39
40 serv. DNS raiz consulta recursiva: coloca peso da resolução de nome sobre o servidor de nomes contactado serv. DNS TLD carga pesada? serv. DNS local dns.poly.edu slide 40 hospedeiro solicitante cis.poly.edu serv. DNS com autoridade dns.cs.umass.edu gaia.cs.umass.edu
41 Capítulo 2: Camada de aplicação 2.1 Princípios de aplicações de rede 2.2 A Web e o HTTP 2.3 FTP 2.4 Correio eletrônico SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2.6 Aplicações P2P slide 41
42 Arquitetura P2P pura sem servidor sempre ligado sistemas finais arbitrários se comunicam diretamente pares estão conectados intermitentemente e mudam de endereços IP Peer- -peer Três tópicos: distribuição de arquivos procura de informações estudo de caso: Skype slide 42
43 Distribuição de arquivos: BitTorrent distribuição de arquivos P2P rastreador: verifica pares que participam do torrent torrent: grupo de pares trocando pedaços de um arquivo obtém lista de pares trocando pedaços par slide 43
44 BitTorrent arquivo dividido em pedaços de 256 KB. torrent de ajuntamento de pares: não tem pedaços, mas os acumulará com o tempo registra com rastreador para obter lista de pares, conecta a subconjunto de pares ( vizinhos ) ao fazer download, par faz upload de pedaços para outros pares pares podem ir e vir quando par tem arquivo inteiro, ele pode (de forma egoísta) sair ou (de forma altruísta) permanecer slide 44