tcpip_aplicación

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Protocolos y funcionalidad de la capa de Aplicación

Modificado por: Ing. Emerson Carranza Milla

Funcionalidad de la Capa de Aplicación y Protocolos

Introducción

Para los profesionales de redes es importante conocer cómo una aplicación puede formatear, transmitir e interpretar mensajes que se envían y reciben a través de la red.

La visualización de los mecanismos que permiten la comunicación a través de la red se hace más sencilla si utilizamos el marco en capas del modelo Interconexión de sistema abierto (OSI).

En este capítulo, se enfatiza el rol de la capa de Aplicación y sus componentes: aplicaciones, servicios y protocolos.

ObjetivosEn este capítulo se aprenderá a: Describir cómo las funciones de las tres capas superiores del modelo OSI proporcionan

servicios de red a las aplicaciones de usuario final. Describir cómo los protocolos de la capa de aplicación TCP/IP proporcionan los servicios

especificados por las capas superiores del modelo OSI. Definir cómo la gente utiliza la capa de aplicación para comunicarse a través de la red de

información. Describir la función de las conocidas aplicaciones TCP/IP, como la World Wide Web y el correo

electrónico, y sus servicios relacionados (HTTP, DNS, SMB, DHCP, SMTP/POP y Telnet). Describir los procesos para compartir archivos que utilizan las aplicaciones entre pares y el

protocolo Gnutella. Explicar cómo los protocolos garantizan que los servicios que se ejecutan en una clase de

dispositivo puedan enviar y recibir datos desde y hacia muchos dispositivos de red diferentes. Utilizar herramientas de análisis de red para examinar y explicar cómo funcionan las

aplicaciones comunes de usuarios.

Aplicaciones: Interfaces entre las Redes

Capa de Aplicación: Modelo OSI y TCP/IP

En este modelo, la información se pasa de una capa a otra, comenzando en la capa de Aplicación en el host de transmisión, siguiendo por la jerarquía hacia la capa Física, pasando por el canal de comunicaciones al host de destino, donde la información vuelve a la jerarquía y termina en la capa de Aplicación

7

Los protocolos e la capa de aplicación son utilizados para intercambiar los datos entre programas que se ejecutan en los hosts origen y destino.

Existen muchos protocolos de la capa de aplicación y nuevos protocolos están siempre en desarrollo.

Email

HTTP (www)

HTTP HTTP

Capa de Aplicación: Modelos OSI y TCP/IP

8

Capa de Aplicación: Modelos OSI y TCP/IP

La funcionalidad de los protocolos de la capa de aplicación TCP/IP caben dentro del marco de las tres capas superiores del modelo OSI: Aplicación, Presentación y Sesión.

Inicialmente, los protocolos de la capa de aplicación TCP/IP fueron desarrollados antes de la aparición de: computadoras personales, interfaces gráficas de usuario y objetos multimedia.

Estos protocolos implementaron muy poco de la funcionalidad que es especificada en las capas de sesión y persentación del modelo OSI.

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La Capa de Presentación

La capa de presentación tiene tres funciones principales: Codificación y conversión de la data de la capa de aplicación para

asegurar que los datos del dispositivo origen puedan ser interpretados por el dispositivo destino.

Encriptación de la data a ser transmitida y desencriptación al ser recibida por el dispositivo destino.

Formatos de compresión y codificación: Graphics Interchange Format (GIF) Joint Photographic Experts Group (JPEG) Tagged Image File Format (TIFF).

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La Capa de Sesión

Crea y mantiene diálogos entre aplicaciones origen y destino. Maneja el intercambio de información, para:

Iniciar diálogos Mantenerlos activos Reiniciar sesiones que se interrumpen o desactivan durante un largo

período de tiempo La mayoría de las aplicaciones, similares a web browsers o clientes e-mail,

incorporan funcionalidad de las capas 5, 6 y 7 del modelo OSI.

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Nivel de Aplicación: Modelos OSI y TCP/IP

Protocolos Comunes TCP/IP Domain Name Service Protocol (DNS): es utilizado para resolver nombres Internet

a direcciones IP. Hypertext Transfer Protocol (HTTP): es utilizado para tranferencia de archivos que

componen las páginas web de la World Wide Web. Simple Mail Transfer Protocol (SMTP): es utilizado para la transferencia de

mensajes y archivos adjuntos. Telnet: protocolo de emulación de terminal, es utilizado para proveer acceso remoto

a servidores y dispositivos de red. File Transfer Protocol (FTP): es utilizado para transferencia interactiva de archivos

entre sistemas.

Nota: Normalmente, un único servidor puede funcionar como un servidor para múltiples aplicaciones

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Petición de Comenntarios (RFCs: Request for Comments)

Los protocolos de la suite TCP/IP están generalmente definidas por Requests for Comments (RFCs). Mantenidos por IETF (Internet Engineering Task Force) Existen unos cuantos para entretenerse en:

ftp://ftp.rfc-editor.org/in-notes/rfc1882.txt.

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Software de la capa de Aplicación

Aplicaciones reconocidas por la red Son programas de software que utiliza la gente para comunicarse a través de la red. Estas aplicaciones de usuario final implementan los protocolos de la capa de

aplicación y pueden comunicarse directamente con las capas inferiores del stack de protocolos.

Ejemplos: Los clientes de correo electrónico y los exploradores Web.

Aplicaciones de usuario

Servicios

Operaciones del sistema

En la capa de aplicación, existen 2 formas de programas de software o procesos que proveen acceso a la red: Aplicaciones Servicios

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Servicios de la capa de aplicación Otros programas pueden necesitar la ayuda de los servicios de la capa de Aplicación

para utilizar los recursos de la red, tales como: transferencia de archivos o cola de impresión en red.

Estos servicios son los programas que se comunican con la red y preparan los datos para la transferencia.

Aplicaciones de usuario

Servicios

Operaciones del sistema

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La capa de Aplicación utiliza protocolos que son implementados dentro de las aplicaciones y servicios. Aplicaciones: proveen al usuario una forma de crear mensajes. Servicios: establecen una interfaz a la red. Protocolos: proveen las reglas y formatos que gobiernan el modo en que los

datos son tratados.

Cuando se discute la aplicación "Telnet" se puede hacer referencia a la aplicación, al servicio o al protocolo.

Aplicaciones del Usuario, Servicios y Protocolos de la Capa de Aplicación

Los protocolos de la capa de aplicación especifican: Los mensajes que se intercambian entre los host origen y destino Sintaxis de los comandos de control Tipo y formato de los datos que se transmiten Métodos adecuados para notificación y recuperación de errores. 16

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Funciones del Protocolo de la Capa de Aplicación

Los protocolos de la capa de aplicación son utilizados por los dispositivos fuente y destino durante una sesión de comunicación.

Tanto la fuente como el destino deben disponer del mismo conjunto de protocolos. Protocolos:

Establecen reglas consistentes para el intercambio de datos. Especifican la estructura y tipo de mensajes que se intercambian. Tipos de mensajes: Solicitud, respuesta, acuse de recibo, mensaje de error,

etc. Definen los diálogos, garantizando transmisiones con respuestas esperadas y

con el correcto servicio de invocación.

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Funciones del Protocolo de la Capa de Aplicación

Aplicaciones y servicios pueden usar múltiples protocolos. Encapsula el protocolo o es encapsulado por este protocolo Invoca otros protocolos

Utilizando un web browser (HTTP): Se puede invocar:

DNS, ARP, ICMP Se puede usar:

TCP, UDP, Ethernet, PPP Uso:

IP

Aplicaciones y Servicios

19

20

Modelo Cliente Servidor

Cliente: dispositivo que solicita la información Servidor: dispositivo que responde a la solicitud. El cliente empieza el intercambio solicitando datos al servidor. El Servidor responde enviando datos al cliente. En suma, la transferencia de datos puede tambien requerir información de

control, tales como: Autenticación de usuario Identificación de la data a ser tranferida

21

Servidores

Un servidor generalmente es una computadora que contiene información para ser compartida con muchos sistemas cliente: Web server Email server File or database server Applications server

Algunos servidores pueden requerir de autenticación de la información de cuenta del usuario para verificar si el usuario tiene permiso para acceder a los datos solicitados o para utilizar una operación en particular.

Si se solicita subir datos al servidor FTP, se puede obtener permiso para escribir una carpeta personal pero no para leer otros archivos del sitio.

22

Servidores

El servidor ejecuta un servicio o proceso, a veces denominado daemon de servidor.. Al igual que la mayoría de los servicios, los daemons generalmente se ejecutan en

segundo plano y no se encuentran bajo control directo del usuario. Los daemons se describen como servidores que "escuchan" una solicitud del

cliente, porque están programados para responder cada vez que recibe una solicitud para el servicio proporcionado por el daemon

Cuando un daemon "escucha" una solicitud de un cliente, intercambia los mensajes adecuados con el cliente, según lo requerido por su protocolo, y procede a enviar los datos solicitados al cliente en el formato correspondiente.

Protocolos y Servicios de la Capa de Aplicación

Una única aplicación puede emplear diferentes servicios de la capa de Aplicación Un servicio puede tener muchas solicitudes Para cada solicitud, pueden ejecutarse múltiples procesos. Los servicios y procesos de capa de Aplicación dependen del soporte de las funciones de la

capa inferior para administrar en forma exitosa las múltiples conversaciones. 23

Redes y Aplicaciones entre Pares: Peer to Peer

Modelo Punto a Punto Las redes punto a punto tienen dos formas distintivas:

Diseño de redes punto a punto Aplicaciones punto a punto (P2P).

Redes entre pares Dos o más computadoras están conectadas a través de una red y pueden compartir recursos

sin tener un servidor dedicado. Cada dispositivo final conectado (conocido como punto) puede funcionar como un servidor o

como un cliente. 24

Redes y Aplicaciones entre Pares: Peer to Peer

Aplicaciones punto a punto Una aplicación punto a punto (P2P), permite a un dispositivo actuar como cliente o como

servidor dentro de la misma comunicación. En este modelo, cada cliente es un servidor y cada servidor es un cliente. Ambos pueden iniciar una comunicación y se consideran iguales en el proceso. Las aplicaciones punto a punto pueden utilizarse en las redes punto a punto, en redes

cliente/servidor y en Internet. 25

Servicios y Protocolos de la Capa de Aplicación

26

Protocolo y Servicios DNS

Números de Puerto Los números de puerto identifican las aplicaciones y los servicios de la capa de

Aplicación que son los datos de origen y destino. Algunos de estos servicios con puertos predefinidos son:

Sistema de nombres de dominio (DNS): puerto TCP/UDP 53. Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP: Hypertext Transfer Protocol):

puerto TCP 80. Protocolo simple de transferencia de correo (SMTP: Simple Mail Transfer

Protocol): puerto TCP 25. Protocolo de oficina de correos (POP): puerto UDP 110. Telnet: puerto TCP 23. Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP): puerto UDP 67. Protocolo de transferencia de archivos (FTP: File Transfer Protocol): puertos

TCP 20 y 21.

27


Protocolo DNS Define un servicio automatizado que coincide con nombres de recursos que tienen la dirección

de red numérica solicitada. Incluye las consultas sobre formato, las respuestas y los formatos de datos. Las comunicaciones del protocolo DNS utilizan un formato simple llamado mensaje. Este formato de mensaje se utiliza para todos los tipos de solicitudes de clientes y respuestas

del servidor, mensajes de error y para la transferencia de información de registro de recursos entre servidores. 28


29

Al configurar un dispositivo de red, generalmente proporcionamos una o más direcciones del servidor DNS que el cliente DNS puede utilizar para la resolución de nombres.

Los sistemas operativos informáticos también tienen una utilidad denominada nslookup que permite al usuario consultar manualmente los servidores de nombre para resolver un determinado nombre de host.


Un servidor DNS proporciona la resolución de nombres utilizando el daemon de nombre que generalmente se llama named

Cuando un cliente realiza una consulta, el proceso "named" del servidor primero observa en sus propios registros para ver si puede resolver el nombre. Si no puede resolver el nombre utilizando los registros almacenados, contacta a otros servidores para hacerlo. 30


El sistema de nombres de dominio utiliza un sistema jerárquico para crear una base de datos para proporcionar una resolución de nombres

31

Servicio WWW y HTTP

Cuando se escribe una dirección Web (URL: localizador uniforme de recursos) en un explorador de Internet, el explorador establece una conexión con el servicio Web del servidor que utiliza el protocolo HTTP 32

Servicio WWW y HTTP

HTTP especifica un protocolo de solicitud/respuesta. Cuando un cliente, generalmente un explorador Web, envía un mensaje de solicitud a un servidor,

el protocolo HTTP define los tipos de mensajes que el cliente utiliza para solicitar la página Web y envía los tipos de mensajes que el servidor utiliza para responder.

Los tres tipos de mensajes más comunes son GET, POST y PUT. GET es una solicitud de datos del cliente POST y PUT se utilizan para enviar mensajes que cargan los datos al servidor Web.

33

Servicios E_mail y Protocolos SMTP/POP

Cuando una persona escribe mensajes de correo electrónico, generalmente utiliza una aplicación denominada Agente de usuario de correo (MUA)

Para recibir e-mails desde un servidor de e-mail, el cliente de correo electrónico puede utilizar un POP.

Al enviar un e-mail desde un cliente o un servidor, se utilizan formatos de mensajes y cadenas de comando definidas por el protocolo SMTP.

34


Procesos del servidor e-mail: MTA y MDA El servidor de e-mail ejecuta dos procesos individuales:

Agente de transferencia de correo (MTA, Mail Transfer Agent). Agente de entrega de correo (MDA, Mail Delivery Agent).

Si el correo está dirigido a un usuario cuyo buzón está en el servidor local, el correo se pasa al MDA.

Si el correo es para un usuario que no está en el servidor local, el MTA enruta el e-mail al MTA en el servidor correspondiente.

35


El cliente puede estar conectado a un sistema de e-mails corporativo, como Lotus Notes de IBM, Groupwise de Novell o Microsoft Exchange.

Estos sistemas a veces tienen su propio formato interno de correo electrónico y sus clientes generalmente se comunican con el servidor de correo electrónico a través de un protocolo propietario.

36


Algunos de los comandos especificados en el protocolo SMTP son: HELO: identifica el proceso de cliente SMTP para el proceso de servidor SMTP. EHLO: es la versión más nueva de HELO, que incluye extensiones de servicios, y MAIL FROM: identifica al emisor. RCPT TO: identifica al receptor, y DATA: identifica el cuerpo del mensaje.

37

FTP

Un cliente FTP es una aplicación que se ejecuta en una computadora y se utiliza para cargar y descargar archivos desde un servidor que ejecuta el daemon FTP (FTPd).

Para transferir los archivos en forma exitosa, FTP requiere de dos conexiones entre cliente y servidor: una para comandos y respuestas, otra para la transferencia real de archivos.

El cliente establece la primera conexión con el servidor en TCP puerto 21: Esta conexión se utiliza para controlar el tráfico, que consiste en comandos del cliente y respuestas del servidor.

El cliente establece la segunda conexión con el servidor en TCP puerto 20: Esta conexión es para la transferencia real de archivos y se crea cada vez que se transfiere un archivo. 38

DHCP

Este servicio automatiza la asignación de direcciones IP, máscaras de subred, gateways y otros parámetros de redes IP.

DHCP permite a un host obtener una dirección IP en forma dinámica cuando se conecta a la red.

Se realiza el contacto con el servidor de DHCP y se solicita una dirección. El servidor DHCP elije una dirección de un rango configurado de direcciones denominado

"pool" y se la asigna al host por un período establecido. 39

DHCP

El servidor DHCP mantiene un pool de las direcciones IP y alquila una dirección a cualquier cliente habilitado por DHCP cuando el cliente está activado.

Mensajes típicos: DHCP Discovery ACK DHCP DHCP Request NACK DHCP 40

Protocolo SMB y Servicios para Compartir Archivos

El Bloque de mensajes del servidor (SMB) es un protocolo cliente-servidor para compartir archivos

A diferencia del protocolo para compartir archivos respaldado por FTP, los clientes establecen una conexión a largo plazo con los servidores.

Una vez establecida la conexión, el usuario del cliente puede acceder a los recursos en el servidor como si el recurso fuera local para el host del cliente. 41

Protocolo SMB y Servicios para Compartir Archivos

Los mensajes SMB pueden: Iniciar, autenticar y terminar sesiones Controlar el acceso a archivos e impresoras Permitir a una aplicación enviar o recibir mensajes hacia o desde otro dispositivo

42

Protocolo y Servicios Telnet

Una conexión que utiliza Telnet se llama Sesión o conexión de terminal virtual (VTY). En lugar de utilizar un dispositivo físico para conectar al servidor, Telnet utiliza software para

crear un dispositivo virtual que proporciona las mismas funciones que una sesión terminal con acceso a la Interfaz de línea de comandos (CLI) del servidor. 43

Protocolo y Servicios Telnet

Algunos de los comandos del protocolo Telnet de muestra son: Are You There (AYT): Permite al usuario solicitar que aparezca algo en la pantalla del terminal

para indiciar que la sesión VTY está activa. Erase Line (EL): Elimina todo el texto de la línea actual. Interrupt Process (IP): Suspende, interrumpe, aborta o termina el proceso al cual se conectó la

terminal virtual. 44

Protocolo Gnutella y Servicios P2P

Con las aplicaciones P2P basadas en el protocolo Gnutella, las personas pueden colocar archivos en sus discos rígidos para que otros los descarguen.

El software del cliente compatible con Gnutella permite a los usuarios conectarse con los servicios Gnutella en Internet, ubicarlos y acceder a los recursos compartidos por otros pares Gnutella.

Muchas aplicaciones del cliente están disponibles para acceder en la red Gnutella, entre ellas: BearShare, Gnucleus, LimeWire, Morpheus, WinMX y XoloX 45

Protocolo Gnutella y Servicios P2P

El protocolo Gnutella define cinco tipos de paquetes diferentes: ping: para descubrir un dispositivo, pong: como respuesta a un ping, consulta: para ubicar un archivo, query hit: como respuesta a una consulta, y push: como una solicitud de descarga. 46

47

Application Layer Services and Protocols

Servers typically have multiple clients requesting information at the same time.

For example, a Telnet server may have many clients requesting connections to it. These individual client requests must be handled simultaneously and

separately for the network to succeed. The Application layer processes and services rely on support from lower

layer functions to successfully manage the multiple conversations.

Application Layer Protocols

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HTTP (WWW)

FTP

SMTP (email)

Telnet

(file transfer)

(remote login)

DHCP(IP address resolution)

DNS

(file sharing)P2P

(domain name resolution)

(file sharing)SMB

We will examine HTTP in detail.

50

DataHTTP Header

TCP Header

IP Header

Data Link Header

Data Link Trailer

IP PacketData Link Header

Data Link Trailer


Data Link Trailer


Data Link Trailer


Data Link Trailer


Data Link Trailer


Data Link Trailer

DataHTTP Header

TCP Header

IP Header

Data Link Header

Data Link Trailer

Reminder of encapsulation/decapsulation

51

Focus on Application Header and/or Data

We will examine how the application (header) and/or data communication with each other between the client and the server.

“Later” we will look at what roles the other layers, protocols (TCP, IP, etc.) play.

HTTP

HTTP

52

HTTP (HyperText Transfer Protocol)

HTTP – The Web’s application layer protocol. RFC 1945 and RFC 2616 Implemented in:

Client program Server program

Current version: HTTP/1.1 Encapsulated in TCP (more later)

HTTP Server

HTTP Client

HTTPHTTP

53

HTTP (HyperText Transfer Protocol)

Web page (also called a html document) Web page consists of objects

Objects (examples): HTML file JPEG image GIF image JAVA applet Audio file

<head>

<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=iso-8859-1" />

<title>Rick Graziani, Cabrillo College</title><style type="text/css">

<!--

body {

margin-left: 0px;

margin-top: 0px;

margin-right: 0px;

margin-bottom: 0px;

The base HTML file references other objects in the page.

54

Web Browser - Client

Browser – The user agent for the Web. Displays requested Web page and provides navigational and

configuration features. Browser and client may be used interchangeably in this discussion. HTTP has nothing to do with how a Web page is interpreted (displayed) by

the client (browser).

HTTP Client

55

Web Server

Web Server – Stores web objects, each addressable by a URL. Implement the server side of HTTP. Examples:

Apache Microsoft Internet Information Server

HTTP Server

http://www.apache.org/

56

HTTP Request Message

Request Message Request line Header lines

ASCII Text Request line: Method field

GET, POST and HEAD The great majority of Requests are GETs

GET /~rgraziani/ HTTP/1.1

Accept-Language: en-us

User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 7.0; Windows NT 6.0; SLCC1; .NET CLR 2.0.50727; Media Center PC 5.0; .NET CLR 3.0.04506; InfoPath.1)

Host: www.cabrillo.edu

Connection: Keep-Alive

HTTP Client

HTTP Server

Some data omitted for brevity

57


Request Line

GET - Browser/client is requesting an object

/~rgraziani/ - Browser is requesting this object in this

directory (default is index.html)

HTTP/1.1 - Browser implements the HTTP/1.1 (1.1 is

backwards compatible with 1.0)

Note: HTTP GET is also used by some P2P applications like Gnutella and Bittorrent.






58


Request Line

GET: - Used by browser/client to request an object.

POST: - Used when user has filled out a form and sending

information to the server. (Forms do not have to

use POST.)

- Example: words in a search engine

HEAD: - Similar to a GET, but the server will responds with a

HTTP message but leaves out the requested object.

PUT: - Used with Web publishing tools, upload objects.

DELETE: - Used with Web publishing tools, delete objects.






59


Header Lines

Accept-Language:- User prefers this language of the object

User-Agent: - The browser type making the request

Host: - Host on which the object resides

Connection: - Client/browser is telling the server to keep

this TCP connection Open, known as a

persistent connection.

- We will talk about this later in TCP

(transport layer)






60

HTTP Response MessageHTTP/1.1 200 OKDate: Fri, 22 Feb 2008 16:34:18 GMTServer: Apache/2.0.52 (Red Hat)Last-Modified: Thu, 15 Nov 2007 19:33:12 GMTContent-Length: 15137Connection: closeContent-Type: text/html

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Some data omitted for brevity

HTTP Client

HTTP Server

61




Response message: Status line Header lines Entity body

62




Status Line

HTTP/1.1 – Server is using HTTP/1.1

200 OK - Status code, request succeeded and information is

returned in response

63

HTTP Response MessageHTTP/1.1 404

Status Codes

200 OK

- Status code, request succeeded and information is returned in response.

301 Moved Permanently

- Requested object has been permanently moved.

400 Bad Request

- Generic error message, request not understood by server.

404 Not Found:

-The requested document does not exist on server.

505 HTTP Version Not Supported

- The requested HTTP protocol version not supported by server.

64




Header Lines

Date: – Server is using HTTP/1.1

Server: - Status code, request succeeded and

information is returned in response

Last-Modified: – Date/time when object created or modified

Content-Length: – Number of bytes in object being sent

Connection: – Server going to close TCP connection after

sending the requested object.

Content-Type: – Object in entity body is HTML text

65




Entity Body

<!DOCTYPE html PUBLIC etc.:

– HTML text and other objects to be used by the browser/client

66

HTTP Request and Response MessagesGET /~rgraziani/ HTTP/1.1





HTTP Client

HTTP Server

HTTP/1.1 200 OKDate: Fri, 22 Feb 2008 16:34:18 GMTServer: Apache/2.0.52 (Red Hat)Last-Modified: Thu, 15 Nov 2007 19:33:12 GMTContent-Length: 15137Connection: closeContent-Type: text/html



HTTP

HTTP

67

User-Server Interaction: Cookies

Web servers are considered stateless – they do not maintain state information, keep track of the user. Higher performance – allowing the server to handle thousands of

simultaneous TCP connections (later). Web servers use cookies to track users. Cookies defined in RFC 2109

68

User-Server Interaction: Cookies

Web server installs cookies on client when: Accessed the web site for the first time (Web server does not know client

by name.)

and/or User provides information to the web server. (Web server now knows

client by name.) HTTP on Web server responds with a Set-cookie: header with an ID.

This ID is stored on the client’s computer. Each time client/browser accesses web site. The GET includes Cookie: or

User_ID or similar with the ID.

HTTP Client

HTTP Server

HTTP Requests (GET) now include ID

HTTP: Response Set-cookie: ID

HTTP Requests: GET (first time)

Web server can now track clients activities on the web site.

69

HTTP Request and Response MessagesGET /jpeg/cap81/cam0.36705623.rgb888.enc HTTP/1.1

<information omitted>

Cookie: SLSPOTNAME5=Cowells; SLSPOTNAME4=Waimea%20Bay; SLSPOTNAME3=Pipeline; SLSPOTNAME2=38th%20Ave%2E; SLSPOTNAME1=Cowells; SLSPOTID5=4189; SLSPOTID4=4755; SLSPOTID3=4750; SLSPOTID2=4191; SLSPOTID1=4189; OAX=R8bfwEbcU08ABCBu; USER_ID=5551212 <not my actual user-id>; <rest of informaton omitted for brevity>

HTTP Client

HTTP Server

HTTP/1.1 200 OKDate: Fri, 22 Feb 2008 19:00:15 GMTServer: Apache/1.3.34 (Unix)Last-Modified: Fri, 22 Feb 2008 18:51:47 GMTETag: "760a31-18ce-47bf19c3"Accept-Ranges: bytesContent-Length: 6350Keep-Alive: timeout=15, max=257Connection: Keep-AliveContent-Type: text/plain <information omitted>

HTTP: Cookie 5551212 included

HTTP data customized for Rick Graziani

70

Web Caching

Web cache or proxy server – Web cache satisfies HTTP requests on the behalf of the Origin Web server. Own disk storage Keeps copies of recently requested objects

Typically installed at ISP or larger institutions. Advantages:

Reduces the response time for client requests, especially if there are any bottlenecks in the network.

Reduces traffic on institution’s access link to the ISP (Internet).

Client

Client

Origin Server

Orgin Server

HTTP RequestHTTP

Request

HTTP RequestHTTP

Request

HTTP Response

HTTP Response

HTTP Response

HTTP Response

Web Cache or Proxy Server

71

Web Caching

1. Client/browser sends HTTP Request to Web cache (Proxy server).2. Web cache checks to see if it has a local copy of the object.

2a. Local copy: Web cache sends object to client’s browser. 2b. No Local copy: Web cache sends HTTP request to origin server.

3. Origin server sends object to Web cache.4. Web cache stores a local copy of the object.5. Web cache forwards copy of the object to the client browser.Note: TCP connections are also created between Client and Web Cache; Web

cache and Origin server (later).

Web Cache or Proxy Server

Client

Client

Origin Server

Origin Server

HTTP RequestHTTP

Request

HTTP RequestHTTP

Request

HTTP Response

HTTP Response

HTTP Response

HTTP Response

72

Web Caching (Extra)

Problem – stale cache Object may have been modified on Origin server since copy was

cached by the Web cache. Solution – Conditional GET

Request method: GET Includes header: If-Modified-Since:

Web cache sends Conditional GET to Origin server to see if there is a newer version of the object. No newer version: Send current local object Newer version: Replaces current object and forwards newer version.

73

Web Cache – Steps (Extra)

1. Client/browser sends HTTP Request to Web cache (Proxy server).

2. Web cache checks to see if it has a local copy of the object. No local copy

3. Web cache sends HTTP request to origin server.

4. Origin Web server sends HTTP response with object requested

5. Web cache stores local copy of the object with last-modified date.

6. Web cache forwards object to client/browser.

1. Web cache receives another request for this HTTP object.

2. Web cache sends a Conditional GET to the Origin Web server, with If-modified-since: header.

3. Origin Web Server returns: No change: HTTP Response message 304 Not Modified, no object.

Web cache sends local object. Change: HTTP Response 200 OK, with object.

Web cache replace object and forwards update object.

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HTTPS

HTTPS (Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer) is a URL scheme used to indicate a secure HTTP connection.

HTTPS is not a separate protocol combination of a normal HTTP interaction over an encrypted:

Secure Sockets Layer (SSL) or Transport Layer Security (TLS) connection

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FTP (File Transfer Protocol)

FTP was developed to allow for file transfers between a client and a server. Used to push and pull files from a server running the FTP daemon (FTPd). Uses get and put commands. RFC 959

FTP Client

FTP Server

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Client initiates a TCP control connection with FTP server using port 21. This connection remains open until the user quits the FTP application. TCP port 21 connection includes:

Username and password is sent over TCP port 21. Remote directory changes

This state information significantly reduces total number of sessions on server.

For each file transferred, TCP opens and closes a TCP data connection on port 20.

More later on TCP ports and connections.

TCP data connection port 20

TCP control connection port 21

Username and password

Change directory on Server

Copy file from client to server – Connection Closed

TCP data connection port 20

Copy file from server to client – Connection Closed

TCP control connection port 21

Quit FTP Application – Connection Closed

FTP (File Transfer Protocol)

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SMTP – Simple Mail Transfer Protocol

Email – One of the killer applications of the Internet.

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Internet mail involves: User agents

Allows users to read, reply, compose, forward, save, etc., mail messages GUI user agents: Outlook, Eudora, Messenger Text user agents: mail, pine, elm

Mail servers Stores user mail boxes, communicates with local user agents and other

mail servers. SMTP

Principle application layer protocol for Internet mail Sent over TCP

Mail access protocols: POP3, IMAP, HTTP

SMTPSMTP

POP3 IMAP

User agent User agentMail server Mail server


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SMTP RFC 2821 Transfers messages from sender’s mail server to recipient’s mail

server Push protocol, not a pull protocol

Push (from client to server or server to server) Pull (from server to client)

Retrieving email Historically, users would log into local mail server to read mail. Since early 1990’s, clients use mail access protocols:

POP3 IMAP HTTP

SMTPSMTP

POP3 IMAP



80


POP3 (Post Office Protocol) RFC 1939 Limited functionality Uses TCP port 110 Download-and-delete mode

Retrieves messages on server and store the locally Delete messages on server

Download-and-keep mode Does not delete messages on server when retrieved.

Problem Difficult to access email from multiple computers – work and home. Some email may have already been downloaded on another

computer (work) – download-and-delete To read email from another computer, must leave on server –

download-and-keep Does not provide means for user to create remote folders on mail

server

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IMAP (Internet Message Access Protocol) RFC 2060 Mail not downloaded, but kept on server Received email is associated with user’s INBOX Users can create and manage remote folders Users can retrieve portions of the email:

Message header: Subject line and Sender

Web-based email Introduced with Hotmail in mid-1990’s Communicates with remote mailbox using HTTP HTTP is used to push (client to server) and pull the email (server to

client)

SMTP

IMAP HTTP



SMTP

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SMTP

Mail software, processes used: MTA and MDA MUA (Mail User Agent) – Email client software. MTA (Mail Transfer Agent) – Software that governs transfer of email

between mail servers. Includes UNIX sendmail, Microsoft Exchange Server, Postfix, and Exim

MDA (Mail Delivery Agent) – Software that governs transfer of email from mail servers to clients. On Unix systems, procmail and maildrop are the most popular MDAs.

MTA receives email from the

client's MUA passes email to the MDA

for final delivery uses SMTP to route email

between servers

83

Telnet

Telnet provides a standard method of emulating text-based terminal devices over the data network.

Server

Telnet Telnet

84

Telnet

Allows a user to remotely access another device (host, router, switch). A connection using Telnet is called a Virtual Terminal (VTY) session, or

connection. Telnet uses software to create a virtual device that provides the same

features of a terminal session with access to the server command line interface (CLI).

Telnet clients: Putty Teraterm Hyperterm

Server

TelnetTelnet

85

Telnet

Telnet supports user authentication, but does not encrypt data. All data exchanged during a Telnet sessions is transported as plain text. Secure Shell (SSH) protocol offers an alternate and secure method for

server access. Stronger authentication Encrypts data

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DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol

IP addresses and other information can be obtained: Statically Dynamically (DHCP)

87

DHCP

DHCP Information can include: IP address Subnet mask Default gateway Domain name DNS Server

DHCP servers can be: Server on LAN Router Server at ISP

88

DHCP

We will discuss DHCP more when we discuss IPv4.

89

DNS – Domain Name System

DNS allows users (software) to use domain names instead of IP addresses

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Name Resolution

Resolver DNS client programs used to look up DNS name information. Name Resolution The two types of queries that a DNS resolver (either a DNS client or another

DNS server) can make to a DNS server are the following:Recursive queries Queries performed by Host to Local DNS ServerIterative queries Queries performed Local DNS server to other servers

Need the IP address

91

DNS Name Resolution

User types http://www.example.com

Step 1. The DNS resolver on the DNS client sends a recursive query to its

configured Local DNS server. Requests IP address for "www.example.com". The DNS server for that client is responsible for resolving the name

Cannot refer the DNS client to another DNS server.

1

92

Step 2. Local DNS Server forwards the query to a Root DNS server.

Step 3. Root DNS server

Makes note of .com suffix Returns a list of IP addresses for TLD (Top Level Domain Servers)

responsible for .com.

DNS Name Resolution

1

2 23

93

DNS Name Resolution

Root DNS Servers There are 13 Root DNS servers (labeled A through M)

TLD Servers Responsible for domains such as .com, edu, org, .net, .uk, jp, fr Network Solutions maintains TLD servers for .com Educause maintains TLD servers for .edu There are redundant servers throughout the world.

94

Step 4. The local DNS server sends query for www.example.com to one of the

TLD servers.

Step 5. TLD Server

Makes note of example.com Returns IP address for authoritative server example.com (such as

dns.example.com server)

DNS Name Resolution4 4

5

95

Step 6. Local DNS server sends query for www.example.com directly to DNS

server for example.com

Step 7. example.com DNS server responds with its IP address for

www.example.com

6

6

DNS Name Resolution

7

96

Step 8. Local DNS server sends the IP address of www.example.com to the DNS

client.

DNS Caching When a DNS server receives a DNS reply (mapping hostname to an IP

address) it can cache the information in its local memory. DNS servers discard cached information after a period of time (usually 2

days) A local DNS server can cache TLD server addresses, bypassing the root

DNS servers in the query chain.

8

7

DNS Name Resolution

97

DNS Name Resolution

In the worst cases, you'll get a dialog box that says the domain name doesn't exist - even though you know it does.

This happens because the authoritative server is slow replying to the first, and your computer gets tired of waiting so it times-out (drops the connection) or the domain name does not exist.

But if you try again, there's a good chance it will work, because the authoritative server has had enough time to reply, and your name server has stored the information in its cache.

98

nslookup

nslookup Displays default DNS server for your host Can be used to query a domain name and get the IP address

99

DNS Name Resolution

ipconfig /displaydns After a certain amount of time, specified in the Time to Live (TTL)

associated with the DNS resource record, the resolver discards the record from the cache.

ipconfig /flushdns – Manually deletes entries The default TTL for positive responses is 86,400 seconds (1 day). The default TTL for negative responses is 300 seconds.

100

(Missing Info) DNS: 204.127.199.8

104

SMB – Server Message Block Protocol

The Server Message Block (SMB) is a client/server file sharing protocol. IBM developed Server Message Block (SMB) in the late 1980s to describe the structure of shared network resources, such as directories, files, printers, and serial ports.

105

SMB

Request-response protocol . Unlike FTP, clients establish a long term connection to servers. Client can access the resources on the server as if the resource is local to

the client host. SMB is sent over TCP

Prior to Windows 2000 windows used a proprietary protocol (NETBIOS) to send SMB.

Linux/UNIX have similar protocol: SAMBA

106

SMB

SMB messages can: Start, authenticate, and terminate sessions Control file and printer access Allow an application to send or receive messages to or from another

device

107

Peer-to-Peer (P2P) Networking and Applications

In addition to the client/server model for networking, there is also a peer-to-peer model.

Two or more computers are connected via a network and can share resources (such as printers and files) without having a dedicated server.

End devices (peers) can function as either a server or client.

108

P2P File Sharing

P2P (Peer-to-Peer) file sharing accounts for more traffic on the Internet than any other application (2004).

Peers (hosts) act as both clients and servers. No centralized file server. HTTP GET and responses are commonly used.

109

By Peter SvenssonThe Associated PressOct. 19, 2007“Peer-to-peer applications account for between 50 percent and 90

percent of overall Internet traffic, according to a survey this year by ipoque GmbH, a German vendor of traffic-management equipment.”

110

Challenge with P2P – locating content across thousands or millions of peers.

One solution – centralized directory Approach done by Napster

Problems (non-legal problems) Single point of failure Performance bottlenecks

1 – Inform and Update

Centralized Directory Server

P2P – Centralized Directory




Peer

Peer

Peer

Peer

2 – Query for content

3 – File Transfer

Napster

111

1. Peer A starts P2P application

2. Informs centralized directory server of its: IP address Names of objects making available for sharing (MP3, videos, etc.)

3. Directory server collects information from each peer that becomes active. Dynamic database Maps IP addresses with object names

4. Peer A queries directory server for IP addresses of other peers for specific content Directory Server returns IP addresses for those peers (Peer B)

5. Peer A establishes TCP connection and downloads file (i.e. HTTP GET) from other peer, Peer B.

6. Directory server removes Peer from database when Peer closes application or disconnects from Internet (periodic messages – pings – from server).


Centralized Directory Server

P2P – Centralized Directory




Peer

Peer B

Peer

Peer A

2 – Query for content

3 – File Transfer

112

Gnutella – public domain file sharing application Fully distributed approach

No centralized server Gnutella peer maintains peering relationship (TCP connection – later) which

a number of other peers (usually fewer than 10).

P2P – Query Flooding

Peer A

Peer CPeer B

Peer D Peer E

Peer F

Query

Query

Query

QueryQuery

Query hit

Query hit

Query hitFile transfer

Gnutella

113

Peer A searches for a file

1. Peer A sends query to all neighboring peers.

2. If neighboring peer does not have file, forwards query to all its neighboring peers

3. If any peer has the file it returns a query hit message.

4. Peer A selects a peer, Peer C, to retrieve file (HTTP GET)

5. A direct TCP connection is made with selected peer, Peer C.

6. HTTP response is used to send file.

Query Flooding Non-scalable and causes a significant amount of traffic on Internet. Gnutella modified it to limited-scope flooding which limits how many peers

away the query is sent to, usually 7 to 10. (similar to TTL – later).

Peer A

Peer CPeer B

Peer D


Peer E

Peer F

Query

Query

Query

QueryQuery

Query hit

Query hit


114

How a peer joins and departs Gnutella network

1. Finding peers: Bootstrap program: Client maintains a list of peer IP addresses who are

usually up Contact Gnutella site that maintains a list

2. Client attempts to make contact with peers (TCP connection – later)

3. Client sends Gnutella ping message to peer. Forwards Gnutella ping to other peers, who continue to forward ping

until limited-scope is reached.

4. Each peer returns a Gnutella pong message including: Its IP address Number of files it is sharing Total size of the files

Peer A

Peer CPeer B

Peer D


Peer E

Peer F

Query

Query

Query

QueryQuery

Query hit

Query hit


115

Kazaa combines ideas from Napster and Gnutella 2004 – Contributed to more traffic on Internet than any other application 2007 – Bittorrent became the leading application Proprietary technology

P2P - Combination

Kazaa

116

Kazaa does not use a centralized server Group leader peers (parent)

Higher bandwidth and Internet connectivity Greater Gnutella responsibilites

Peers (child) – non-group leaders Child peer establishes TCP connection with a group leader Group leader:

maintains database directory of child peers including their IP addresses maintain TCP connections with other group leaders

Child peers query group leaders who forward the query to other group leaders Child peer selects peer for TCP connection and file transfer

P2P - Combination

Group Leader

Group Leader

Group Leader

Query

Query

Query

Query Reply

File Transfer

Chapter 3Application Layer Functionality and Protocols

tcpip_aplicación

Documents

hypertext transfer protocol

operaciones del sistema

data link trailer

capa de aplicacin

en este modelo

file transfer protocol

data link header

aplicaciones entre pares