Redes de Computadores. Camada de Aplicação Profa. Priscila Solís Barreto

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1 Redes de Computadores Camada de Aplicação Profa. Priscila Solís Barreto

2 Criando uma nova aplicação de rede Escrever programas que Executem sobre diferentes sistemas finais e Se comuniquem através de uma rede. Por exemplo, Web software de servidor Web se comunicando com software do browser Os dispositivos do núcleo da rede não trabalham na camada de aplicação Esta estrutura permite um rápido desenvolvimento de aplicação

3 Arquiteturas de aplicação Cliente-servidor Peer-to-peer (P2P) Híbrida de cliente-servidor e P2P

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

5 Arquitetura cliente-servidor Exemplos de aplicações que utilizam arquitetura clientesevidor: WEB Transferência de arquivos Login remoto Blogs

6 Arquitetura P2P Nem sempre há um servidor Sistemas finais arbitrários comunicamse diretamente Pares são intermitentemente conectados e podem trocar seus endereços IP cada vez que forem ligados Ex.: Emule, Gnutella

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

18 Camada de aplicação De qual serviço de transporte uma aplicação necessita? TCP UDP

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

20 Camada de aplicação Transferência confiável de dados: Perda de dados Algumas aplicações (ex.: áudio) podem tolerar alguma perda. Outras aplicações (ex.: transferência de arquivos, telnet) exigem transferência de dados 100% confiável.

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

22 Camada de aplicação Segurança (Fornecido pela camada de aplicação) Codificação e decodificação de dados Autenticação do ponto terminal. Aperfeiçoamento do TCP : SSL Camada de Sockets Seguros Oferece serviços de segurança processo a processo incluindo, codificação, integridade dos dados e autenticação do ponto de chegada. o SSL não é um terceiro protocolo no mesmo nível do TCP e do UDP, mas um aperfeiçoamento do TCP implementado na camada de aplicação.

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

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

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

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

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

28 Camada de aplicação : WEB e HTTP Página Web consiste de objetos Objeto pode ser arquivo HTML, uma imagem JPEG, uma imagem GIF, applet Java, arquivo de áudio, A página Web consiste de arquivo- base HTML, que inclui vários objetos referenciados. Cada objeto é endereçado por uma URL Exemplo de URL:

29 Web e HTTP O protocolo da camada de aplicação HTTP define como cliente WEB os browsers (navegadores) requisitam páginas Web aos servidores WEB (Apache, Microsoft Internet Information Server). Portanto a aplicação WEB consiste em: Um padrão para o formato do documento HTML. Browsers Web - Firefox Microsoft Internet Explore. Servidores WEB- Apache, Microsoft Internet Information Server. Protocolo da Camada de Aplicação HTTP. 29

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

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

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

33 Web e HTTP HTTP é um protocolo sem estado O servidor não mantém informação sobre os pedidos passados pelos clientes Se um cliente solicita o mesmo objeto duas vezes em um intervalo de poucos segundos, o servidor não responde dizendo que acabou de enviar o objeto; em vez disso,envia novamente o objeto, pois não armazenou o estado do solicitação anterior.

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

35 HTTP não persistente Usuário entra com a URL: 1a. Cliente HTTP inicia conexão TCP ao servidor HTTP (processo) em Porta 80 é a default para o servidor HTTP 2. Cliente HTTP envia HTTP request message (contendo a URL) para o socket da conexão TCP Tempo 1b. Servidor HTTP no hospedeiro esperando pela conexão TCP na porta 80. aceita conexão, notificando o cliente 3. Servidor HTTP recebe mensagem de pedido, forma response message contendo o objeto solicitado (pagina/home.index), envia mensagem para o socket

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

37 HTTP não persistente Para estimar o tempo que transcorre entre a requisição e o recebimento de um arquivo-base HTTP por um cliente define-se (Round-Trip time RTT ) como tempo de viagem de ida e volta.

38 Tempo de resposta Definição de RRT (Round-Trip Time- Tempo de viagem de ida e volta: tempo para enviar um pequeno pacote que vai do cliente para o servidor e retorna Tempo de resposta: Um RTT para iniciar a conexão TCP Um RTT para requisição HTTP e primeiros bytes da resposta HTTP para retorno Tempo de transmissão de arquivo Total = 2RTT+ tempo de transmissão 38

39 Mensagem HTTP request Dois tipos de mensagens HTTP: request, response HTTP request message: Linha de requisição (métodos) (comandos GET, POST, HEAD ) Linhas de cabeçalho O Browser esta dizendo ao servidor que não quer usar conexões persistentes: quer que o servidor feche a conexão após o envio do objeto requisitado. GET /somedir/page.html HTTP/1.1 Host: Conection: close User-agent: Mozilla/4.0 Accept-language:fr O usuário prefere receber uma versão em francês do objeto, se existir.caso contrário receberá o default 39

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

41 Mensagem HTTP request: formato geral 41

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

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

44 Mensagem HTTP response Linha de estado Linhas de cabeçalho Dados, ex.: arquivo html HTTP/ OK Conection:close (indica que o servidor encerrará a conexão) Date: Thu, 06 Aug :00:15 GMT Server: Apache/1.3.0 (Unix) Last-Modified: Mon, 22 Jun Content-Length: 6821 Content-Type: text/html data data data data data... Data e hora em que foi feito o envio do arquivo

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

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

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

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

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

50 FTP: controle separado, conexões de dados Cliente FTP contata o servidor FTP na porta 21 especificando o TCP como protocolo de transporte. Cliente obtém autorização pela conexão de controle. Cliente procura o diretório remoto enviando comandos pela conexão de controle. 50

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

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

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

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

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

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

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

58 Cenário: Alice envia mensagem para Bob HTTP O STMP não usa servidores de correios intermediários para enviar a mensagem.

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

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

61 POP3 e IMAP POP3 Usa o modo ler e aapgar e ler e guardar Não permite manipular pastas no servidor de correio. IMAP Mantém todas as mensagens em um lugar: o servidor Permite que o usuário organize as mensagens em pastas HTTP Meio de enviar e acessar mais utilizado. Lançado pelo Hotmail em meados da década de 1990.