Applikasjonslaget. Applikasjoner og applikasjonslagsprotokoller. Mål: Flere mål Spesifike protokoller: Programmeringsgrensesnitt

Transkript

1 Applikasjonslaget Mål: Konseptulelle og implementasjonsaspekter til nettapplikasjoner Klient paradigmet tjenestemodeller Få innsikt i utvalgte applikasjonslagsprotokoller Flere mål Spesifike protokoller: http ftp smtp pop dns Programmeringsgrensesnitt socket programmering Applikasjonslaget 1 Applikasjoner og applikasjonslagsprotokoller Applikasjon: kommuniserende distribuerte prosesser Kjører i nettmaskiner i user space Utveksler meldinger for å gjøre jobben sin F.eks e-post, filoverføring, Web Applikasjonslagsprotokoller En del av en applikasjon Definerer meldinger som blir utvekslet og hvilke aksjoner de skal føre til Benytter tjenester fra de lavere protokollagene applik transport Nettverk Link fysisk applik transport Nettverk Link fysisk applik transport Nettverk Link fysisk Applikasjonslaget 2

2 Nettverksapplikasjoner: litt sjargong En prosess er et program som kjører på en maskin Innenfor samme maskin kan to prosesser kommunisere gjennom interprosess kommunikasjon definert av operativsystemet. Prosesser som kjører på forskjellige maskinger kan kommunisere med en applikasjonslagsprotokoll. En er et grensesnitt mellom en og nettverksapplikasjonen Web:browser mailprogram streaming audio/video: media player (f. eks. real player) Applikasjonslaget 3 Klient- paradigmet En typisk nettapplikasjon har to deler : klient og Klient: Tar initiativ til kontakt ( snakker først ) Ber typisk om en tjeneste fra en, I www er klienten implementert i browseren, for e-post i mailprogrammet. Tjener: Utfører tjenester for klienten F.eks Web sender Web-side, mailsever leverer E- post. applik transport Nettverk Link fysisk request reply applik transport Nettverk Link fysisk Applikasjonslaget 4

3 Applikasjonslagsprotokoller (forts). API: application programming interface Definerer grensesnitt mellom applikasjonslaget og transportlaget socket: Internett API To prosesser kommuniserer ved å sende data inn i og lese data ut av hver sin socket. Q: Hvordan identifiserer en prosess den andre prosessen som den ønsker å snakke med? IP addressen til den maskinen som den andre prosessen kjører på portnummer tillater maskinen på mottakersiden å avgjøre hvilken prosess meldingen er ment for. Applikasjonslaget 5 Hviken transporttjeneste trenger en app? Tap av data Noen applikasjoner (f.eks., audio) tolererer litt tap Andre applikasjoner (f.eks filoverføring, telnet) krever 100% pålitelig dataoverføring. Båndbredde Noen applikasjoner (f.eks multimedia) krever en nedre grense av båndbredde for å kunne virke meningsfylt. Andre applikasjoner ( elastiske app ) benytter den båndbredden de kan få i hvert enkelt tilfelle Timing Noen applikasjoner (f.eks telefoni og interaktive spill) krever lav forsinkelse for å virke tilfredsstillende. Applikasjonslaget 6

4 Krav til transporttjenesten for vanlige app Application Data tap Båndbredde Tidssensitiv filoverføring e-post Web dokumenter sanntids audio/video lagret audio/video Interaktive spill finansapplikasjoner intet tap intet tap tapstolerant tapstolerant tapstolerant tapstolerant intet tap elastisk elastisk elastisk audio: 5Kb-1Mb video:10kb-5mb Som over få Kbps og opp elastisk nei nei nei ja, 100 s msek ja, få sek ja, 100 s msek ja og nei Applikasjonslaget 7 Tjenester støttet av Internetts transportprotokoller TCP tjeneste: forbindelsesorientert: setup påkrevet mellom klient og Pålitelig transport mellom sender og mottaker flytkontroll: sender overstrømmer ikke mottaker metningskontroll: senderen strupes når nettverket er i metning Støtter ikke: timing, båndbreddegarantier UDP tjeneste: Upålitelig overføring Støtter ikke oppsett av forbindelse, pålitelighet, flytkontroll, metningskontroll, timing eller båndbredddegarantier. Q: men hva skal vi da med UDP? Applikasjonslaget 8

5 Internettapplikasjoner: deres protokoller og transportprotokoller Applikasjon e-post fjern terminal aksess Web fileoverføring streaming multimedia Fjern filserver Internett telefoni Applikasjonslagprotokoll smtp [RFC 821] telnet [RFC 854] http [RFC 2068] ftp [RFC 959] proprietær (f.eks. RealNetworks) NSF proprietær (f.eks, Vocaltec) Underliggende transportprotokoll TCP TCP TCP TCP TCP eller UDP TCP eller UDP typisk UDP Applikasjonslaget 9 Web: litt sjargong Web side: Består av objekter Adressert av en URL De fleste Web sider består av: basis HTML side, og Flere refererte objekter. URL har to komponenter: maskinnavn og sti: Bruker for Web blir kalt browser: MS Internet Explorer Netscape Communicator Tjener for Web kalles Web : Apache (public domain) MS Internet Information Server Applikasjonslaget 10

6 Web: http protokollen http: hypertext transfer protocol Web sin applikasjonslagsprotokoll klient/ model klient: browser som ber om, mottar og viser Web-objekter : Web sender objekter som reaksjon på forespørsler http1.0: RFC 1945 http1.1: RFC 2068 PC kjører Explorer Mac kjører Navigator http request http response http request http response Server kjører NCSA Web server Applikasjonslaget 11 Http protokollen: mer http: TCP transport tjeneste: Klient oppretter TCP forbindelse (skaper socket) til, port 80 Tjener aksepterer TCP forbindelsen fra klient http meldinger (applikasjonslags-protokollmeldinger) utvekslet mellom browser (http klient) og Web server (http server) TCP forbindelsen stenges http er tilstandsløs Tjeneren vedlikeholder ingen informasjon om tidligere forespørsler sideblikk Protokoller som vedlikeholder tilstand er komplekse Tidligere historie (tilstand) må vedlikeholdes Dersom /klient går ned kan deres tilstand være inkonsistent når de kommer opp igjen. Applikasjonslaget 12

7 time http eksempel Anta at du taster inn URL 1a. http klient initierer TCP forbindelse til http (prosess) på Port 80 er default for http. 2. http klient sender http forespørselsmelding (som inneholder URL) inn i TCP forbindelses-socket (inneholder tekst og Referanser til 10 jpeg images) 1b. http på maskinen venter på TCP forbindelse på port 80. aksepterer forbindelsen, informerer klienten om at forb. er åpen 3. http mottar forespørselsmelding, lager response melding som inneholder det objektet det ble spurt om (somedepartment/home.index), sender meldingen inn i socketen. Applikasjonslaget 13 http eksempel (forts.) tid 5. http klient mottar svarmelding som inneholder html fil, viser denne frem på skjermen og finner 10 refererte jpeg objekter. 6. Skritt 1-5 gjentas for hver av 10 jpeg objekter 4. http lukker TCP forbindelsen. Applikasjonslaget 14

8 ikke-persistent og persistent forbindelse ikke-persistent HTTP/1.0 Tjener leser forespørsel, svarer og lukker TCP forbindelsen. 2 RTT for å hente hvert objekt Hvert objekt går igjennom slow start Persistent default for HTTP/1.1 På samme TCP forbindelse: leser forespørsel, svarer, leser ny forespørsel Klient sender forespørsler for alle refererte objekter så snart den mottar basis HTML siden. Færre RTT og mindre slowstart. De fleste 1.0 browsere parallelle TCP forbindelser. Applikasjonslaget 15 http meldingsformat: forespørsel To typer http meldinger: request, response http request melding: ASCII (lesbart for mennesker) request linje (GET, POST, HEAD commands) header linjer GET /somedir/page.html HTTP/1.0 User-: Mozilla/4.0 Accept: text/html, image/gif,image/jpeg Accept-language:fr Carriage return, line feed Indikerer slutten på meldingen (extra carriage return, line feed) Applikasjonslaget 16

9 http forespørselmelding: generelt format Applikasjonslaget 17 http meldingsformat: response status linje (protokoll status kode status frase) data, f.eks, forespurt html fil header linjer HTTP/ OK Date: Thu, 06 Aug :00:15 GMT Server: Apache/1.3.0 (Unix) Last-Modified: Mon, 22 Jun Content-Length: 6821 Content-Type: text/html data data data data data... Applikasjonslaget 18

10 http response status koder I første linje i ->klient svarmelding Noen få eksempler: 200 OK Forespørsel vellykket, det forespurte objektet senere i meldingen 301 Moved Permanently Forespurt objekt flyttet, ny lokasjon sener i meldingen (Location:) 400 Bad Request Forespørselen ikke forstått av en 404 not Found Forespurt dokument ikke funnet på denne en 505 HTTP Version not Supported Applikasjonslaget 19 Prøv http (klient side) selv 1. Telnet til din favoritt Web : telnet 80 Åpner TCP forbindelse til port 80 (default http port) på Alt du skriver blir sendt til port 80 på 2. Tast inn en GET http forespørsel: GET /~ross/index.html HTTP/1.0 Ved å taste dette (trykk CR to ganger), sender du denne minimale (men komplette) GET request til HTTP serveren. 3. Se på responsmeldingen sendt fra Web serveren! Applikasjonslaget 20

11 Bruker- interaksjon: autentisering autentiseringsmål: kontrollere tilgang til dokumenter på en tilstandsløs: klienten må presentere autorisering i hver forespørsel autorisering: typisk navn og passord autorisering: header linje i forespørsel Dersom ingen autentisering blir presentert, nekter en tilgang, sender klient vanlig http request msg 401: authorization req. WWW authenticate: vanlig http request msg + Autorisering:linje vanlig http response msg vanlig http request msg + Autorisering:linje vanlig http response msg WWW authenticate: Browser cacher navn & passord slik at en Kun trenger å taste det en gang. tid Applikasjonslaget 21 Bruker- interaksjon: cookies sender cookie til klient i response msg. Set-cookie: Client preseterer cookie i senere forespørsler cookie: Tjener matcher presentert cookie med lagret cookie autentisering Husker preferanser og tidligere valg. klient vanlig http request msg vanlig http response + Set-cookie: # vanlig http request msg cookie: # vanlig http response msg vanlig http request msg cookie: # vanlig http response msg cookiespesifik aksjon cookiespesifik aksjon Applikasjonslaget 22

12 Bruker- interaksjon: betinget GET Mål: ikke send objektet dersom klienten har en oppdatert cachet versjon klient: spesifiser dato for cahcet versjon i forespørsel If-modified-since: <date> : svar inneholder ikke noe objekt dersom cachet versjon var oppdatert: HTTP/ not Modified client http request msg If-modified-since: <date> http response HTTP/ not Modified http request msg If-modified-since: <date> http response HTTP/ OK <data> server Objekt ikke modifisert Objekt modifisert Applikasjonslaget 23 Web Cacher (proxy ) Mål: tilfredsstille klient uten å involvere den opprinelige en. Bruker setter opp browser: Web aksesser via web Proxy cacher Klient sender alle klient webforespørsler til web cache Dersom objektet er i cachen sendes det som svar til browser. Ellers hentes objektet fra klient opprinnelig, og videreleveres til klient http request http response http request http response http request http response http request http response opprinelig Opprinelig Applikasjonslaget 24

13 Hvorfor Web Caching? ANta: cache er nærme klienten (f.eks., på samme nettverk) Kortere responstid: cache nærmere klienten Reduser trafikk til fjerne e Link ut av lokal ISP nettverk er ofte flaskehals Lokalt nettverk Internett 1.5 Mbps aksess link opprinelige e 10 Mbps LAN Lokal web-cache Applikasjonslaget 25 ftp: the file transfer protocol FTP Bruker grensesnitt FTP klient fil overføring FTP lokalt fil system fjernt fil system Overfører filer til/fra fjerntliggende vertsmaskin Klient/ modell klient: siden som initierer en overføring (enten til eller fra fjerntliggende maskin) : remote host ftp: RFC 959 ftp server: port 21 Applikasjonslaget 26

14 ftp: separat kontroll, dataforbindelser ftp klient kontakter ftp på port 21, og spesifiserer TCP som transportprotokoll To paralelle TCP forbindelser åpnes: kontroll: utveksler kommandoer og svar mellom klient og. out of band control data: fildata til/fra ftp vedlikeholder tilstand: nåværende filkatalog, tidligere autentisering. FTP klient TCP kontrollforbindelse port 21 TCP data forbindelse port 20 FTP Applikasjonslaget 27 ftp kommandoer, svar Kommandoeksempler Sent som ASCII tegn over kontrollforbindelse USER username PASS password LIST returner liste med filer i current katalog RETR filename henter fil STOR filename overfører fil til Returkoder Statuskode og frase (som i http) 331 Username OK, password required 125 data connection already open; transfer starting 425 Can t open data connection 452 Error writing file Applikasjonslaget 28

15 Elektronisk post Tre hovedkomponenter : er maile simple mail transfer protocol: smtp Bruker mail reader sammensetning, editering, lesing av E-post F.eks., Eudora, Outlook, elm, Netscape Messenger Utgående og innkommende meldinger lagres på. mail SMTP mail SMTP SMTP Utgående meldingskø mailbox mail Applikasjonslaget 29 Elektronisk post: mail e Mail Tjenere mailbox inneholder innkommende meldinger (foreløpig uleste) for meldingskø for utgående meldinger smtp protokoll mellom mail e for å sende E-post meldinger klient : sendende mail server : mottakende mail mail SMTP mail SMTP SMTP mail Applikasjonslaget 30

16 Elektronisk Post: smtp [RFC 821] Bruker TCP for pålitelig overføring av E-post fra klient til, port 25. Direkte overføring: sendende til mottakende Tre faser i overføringen Handshaking meldingsoverføring lukking kommando/respons interaksjon kommandoer: ASCII tekst respons: statuskode og frase Meldinger må være i 7-bit ASCII Applikasjonslaget 31 Eksempel på smtp interaksjon S: 220 hamburger.edu C: HELO crepes.fr S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you C: MAIL FROM: <alice@crepes.fr> S: 250 alice@crepes.fr... Sender ok C: RCPT TO: <bob@hamburger.edu> S: 250 bob@hamburger.edu... Recipient ok C: DATA S: 354 Enter mail, end with "." on a line by itself C: Do you like ketchup? C: How about pickles? C:. S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 hamburger.edu closing connection Applikasjonslaget 32

17 prøv smtp interaksjon selv: telnet servername 25 se 220 svar fra Tast inn HELO, MAIL FROM, RCPT TO, DATA, QUIT kommandoer Dette tillater deg å sende mail uten å ha et mailprogram. Applikasjonslaget 33 smtp: noen siste punkter smtp persistente forbindelser smtp krever at hele meldingen er i 7-bit ASCII Enkelte karakterstrenger er ikke tilllatt i meldinger (f.eks., CRLF.CRLF). Meldingen må derfor kodes (vanligvis i base-64 eller quoted printable ) smtp tjeer CRLF.CRLF til å markere slutten på meldingen. Sammenligning med HTTP http: pull push Begge har ASCII commando/response interaksjon og statuskoder. http: hvert objekt er pakket inn i sin egen responsmelding smtp: melding som består av flere objekter sendes i samme melding. Applikasjonslaget 34

18 Format på en E-post melding smtp: protokoll for å utveksle E-post meldinger RFC 822: standard for tekstmelding format: header linjer, f.eks., To: From: Subject: forskjellige fra smtp kommandoer! body meldingen, kun ASCII tegn header body blank linje Applikasjonslaget 35 Meldingsformat: multimedia-utvidelser MIME: multimedia mail extension, RFC 2045, 2056 Tilleggsheader definerer MIME innholdstype MIME versjon Metode for datakoding multimedia data type, subtype, parameter deklarasjon kodete data From: To: Subject: Picture of yummy crepe. MIME-Version: 1.0 Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Type: image/jpeg base64 encoded data base64 encoded data Applikasjonslaget 36

19 MIME typer Content-Type: type/subtype; parameters Tekst subtypeeksempler: plain, html Bilde Lyd subtypeeksempel: jpeg, gif subtypeeksempler : basic (8-bit mu-law encoded), 32kadpcm (32 kbps coding) Video subtypeeksempler : mpeg, quicktime Applikasjon Data som må prosesseres før de kan brukes subtypeeksempel: msword Applikasjonslaget 37 Multipart Type From: alice@crepes.fr To: bob@hamburger.edu Subject: Picture of yummy crepe. MIME-Version: 1.0 Content-Type: multipart/mixed; boundary= Content-Transfer-Encoding: quoted-printable Content-Type: text/plain Dear Bob, Please find a picture of a crepe Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Type: image/jpeg base64 encoded data base64 encoded data Applikasjonslaget 38

20 Mail aksess protokoller SMTP SMTP POP3 or IMAP senders mail mottakers mail SMTP: lagring/levering til mottakerens Mail aksess protokoll: henting fra POP: Post Office Protocol [RFC 1939] autorisering ( <-->server) og nedlasting IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 1730] Mer funksjonalitet (mer kompleks) Manipulering av lagrede meldinger på server. HTTP: Hotmail, Yahoo! Mail, osv. Applikasjonslaget 39 POP3 protokoll autoriseringsfase klient kommandoer: user: gi navn pass: passord respons +OK -ERR transaksjonsfase, klient: list: list meldingsnumre retr: hent melding vha. nummer dele: delete quit S: +OK POP3 server ready C: user alice S: +OK C: pass hungry S: +OK user successfully logged on C: list S: S: S:. C: retr 1 S: <message 1 contents> S:. C: dele 1 C: retr 2 S: <message 1 contents> S:. C: dele 2 C: quit S: +OK POP3 server signing off Applikasjonslaget 40