Capítulo 2 Camada de Aplicação

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1 Redes de Computadores DCC/UFJ Capítulo 2 Camada de Aplicação Material fortemente baseado nos slides do livro: Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet. Os slides foram disponibilizados pelos autores James F. Kurose e Keith W. Ross All material copyright J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved 2: Application Layer 1

2 Capítulo 2: Camada de Aplicação 2.1 Princípios das aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP Aplicações P2P 2.7 Programação de Sockets com TCP 2.8 Programação de Sockets com UDP SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2: Application Layer 2

3 FTP: protocolo para transferência de arquivos user at host FTP user interface FTP client local file system file transfer FTP server remote file system Transfere um arquivo de/para um host remoto Modelo cliente/servidor cliente: inicializa a transferência (para/do host remoto) servidor: host remoto ftp: RFC 959 servidor ftp: porta 21 2: Application Layer 3

4 FTP: conexões de controle e dados separadas Cliente FTP client contacta o servidor FTP na porta 21, e o TCP é o protocolo de transporte Cliente é autorizado na conexão de controle Cliente navega no diretório remoto, mandando comandos através da conexão de controle Quando o servidor recebe um comando de transferência de arquivo, o servidor abre uma segunda conexão TCP com o cliente Após a transferência de um arquivo, o servidor encerra a conexão de dados FTP client Conexão TCP de controle porta 21 Conexão TCP de dados porta 20 FTP server Sevidor estabelece uma outra conexão de dados para tranferência de um outro arquivo Conexão de controle: out of band FTP servidor mantem um estado : diretório corrente, autenticação 2: Application Layer 4

5 FTP comandos, respostas Exemplos de Comandos: Envia um texto ASCII através do canal de controle USER username PASS password LIST retorna a lista dos arquivos do diretório corrente GET nomearquivo faz o download do arquivo STOR nomearquivo armazena o arquivo no host remoto Exemplos de códigos de retorno Código do status e a descrição (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 2: Application Layer 5

6 Capítulo 2: Camada de Aplicação 2.1 Princípios das aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP Aplicações P2P 2.7 Programação de Sockets com TCP 2.8 Programação de Sockets com UDP SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2: Application Layer 6

7 Três componentes principais User agent (programa de ) servidores de simple mail transfer protocol: SMTP User agent a.k.a. leitor do Escreve, edita e lê mensagens de e.g., Eudora, Outlook, elm, Mozilla Thunderbird Mensagens são armazenadas no servidor em filas de entrada e saída mail server SMTP mail server user agent user agent SMTP SMTP user agent outgoing message queue mail server user mailbox user agent user agent user agent 2: Application Layer 7

8 Servidores Servidores mailbox contém as mensagens envidas a um usário fila de mensagens de saída (mensagens a serem enviadas) protocolo SMTP entre os servidores de mensagens para troca de s cliente: enviando o a partir do servidor servidor : recebendo a mensagem vinda do outro servidor mail server SMTP mail server user agent user agent SMTP SMTP user agent mail server user agent user agent user agent 2: Application Layer 8

9 SMTP [RFC 2821] Usa TCP para transferência confiável das mensagens de , porta 25 Transferência direta: enviando o do servidor de origem para o servidor de destino Três fases de transferência handshaking (saudação) transferência de mensagens fechamento Interação comandos/respostas comandos: texto ASCII resposta: código e frase Mensagens devem ser em ASCIIs 2: Application Layer 9

10 Cenário: Alice envia mensagem para Bob 1) Alice usa UA para compor uma mensagem para 2) UA envia a mensagem para o seu servidor de ; mensagem é aramzenada na fila de mensagens 3) Lado cliente do SMTP abre uma conexão com o servidor de do Bob 4) Cliente SMTP envia a mensagem de Alice pela conexão TCP 5) Servidor de do Bob coloca a mensagem no mailbox de Bob 6) Bob executa o seu UA para ler a mensagem 1 user agent mail server mail server 5 6 user agent 2: Application Layer 10

11 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: Do you like ketchup? C: How about pickles? C:. S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 hamburger.edu closing connection 2: Application Layer 11

12 SMTP SMTP usa conexão persistente SMTP requer mensagens (cabeçalho e corpo) em ASCII Servidor SMTP usa CRLF.CRLF para determinar fim de mensagem Comparação com o HTTP: HTTP: recuperação de informação SMTP: envio de informação Ambos enviam comandos/respostas no formato ASCII HTTP: cada objeto é encapsulado em uma msg de reposta SMTP: múltiplos objetos enviados em uma uma mensagem 2: Application Layer 12

13 Formato da Mensagem SMTP: protocolo para troca de msgs de RFC 822: padrão: Linhas do cabeçalho, De: Para: Assunto: Diferente dos comandos SMTP corpo A mensagem em caracteres ASCII header body blank line 2: Application Layer 13

14 Protocolos de acesso a user agent SMTP SMTP access protocol user agent sender s mail server receiver s mail server SMTP: entrega/armazenamento no servidor do receptor Protocolo de acesso ao recuperação a partir do servidor POP: Post Office Protocol [RFC 1939] Autenticação (user agent <-->servidor) e download IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 1730] Mais funcionalidades (mais complexo) Manipulação das mensagens armazenadas no servidor HTTP: gmail, Hotmail, Yahoo! Mail, etc. 2: Application Layer 14

15 Protocolo POP3 Fase de autenticação Comandos do cliente: user: declara o nome do usuário pass: senha Respostas do servidor +OK -ERR Fase de transação, cliente: list: lista números das mensagens retr: recupera a mensagem pelo número dele: apaga quit S: +OK POP3 server ready C: user bob 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 2: Application Layer 15

16 POP3 e IMAP POP3 Exemplo anterior utiliza o modo download e apaga. Bob não pode ler novamente o se ele muda de cliente Download-e-mantém : cópias das mensagens em diferentes clientes POP3 é sem estado entre sessões IMAP Mantem todas as mensagens no servidor Permite o usuário organizar as mensagens em folders IMAP mantém estado entre sessões 2: Application Layer 16

17 Capítulo 2: Camada de Aplicação 2.1 Princípios das aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP Aplicações P2P 2.7 Programação de Sockets com TCP 2.8 Programação de Sockets com UDP SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2: Application Layer 17

18 DNS: Domain Name System Pessoas: muitos identificadores: nome, CI, CPF, passaporte Roteadores e hosts: Endereço IP address (32 bits) usado para endereçar datagramas nome, e.g., ww.yahoo.com usado por humanos Q: como mapear um endereço IP e o nome? Domain Name System: Banco de dados distribuído implementado em hierarquia com muitos servidores de nome Protocolo da camada de aplicação hosts, roteadores, servidores de nomes se comunicama para resolver nomes (tradução endereço/nome) 2: Application Layer 18

19 DNS Serviços DNS Tradução do nome para o endereço IP Apelidos de hospedeiro Apelidos do servidor de Distribuição de carga Vários servidores Web: conjunto de endereços IP para um único nome Por quê não centralizar o DNS? Único ponto de falha Volume de tráfego Banco de dado centralizado distante Manutenção Não é escalável! 2: Application Layer 19

20 Banco de Dados Distribuído e Hierárquico Root DNS Servers com DNS servers org DNS servers edu DNS servers yahoo.com DNS servers amazon.com DNS servers pbs.org DNS servers poly.edu umass.edu DNS serversdns servers Cliente procura o IP para Cliente consulta um servidor raiz para encontrar o servidor DNS.com Cliente consulta o servidor DNS.com para encontrar o servidor amazon.com Cliente consulta o servidor amazon.com para encontrar o endereço 2: Application Layer 20

21 DNS:Servidores Raiz Contactado pelo servidor de nome local que não pode traduzir o nome Servidor raiz e NASA Mt View, CA f Internet Software C. Palo Alto, CA (and 36 other locations) a Verisign, Dulles, VA c Cogent, Herndon, VA (also LA) d U Maryland College Park, MD g US DoD Vienna, VA h ARL Aberdeen, MD j Verisign, ( 21 locations) k RIPE London (also 16 other locations) i Autonomica, Stockholm (plus 28 other locations) m WIDE Tokyo (also Seoul, Paris, SF) b USC-ISI Marina del Rey, CA l ICANN Los Angeles, CA 13 servidores raiz de nome no mundo 2: Application Layer 21

22 Servidores TLD e com autoridade Servidores Top-level domain (TLD) : responsáveis por for com, org, net, edu, etc, e todos os domínios de países br, uk, fr, ca, jp. Network Solutions mantém servidores para.com TLD Educause para.edu TLD Servidores DNS com autoridade: Servidores DNS de uma organização, que fornecem um host para mapear os nomes dos servidores da organização em endereços IPs (e.g., Web, mail). Podem ser mantidos pela organização ou por um provedor de serviços 2: Application Layer 22

23 Servidor de Nome Local Não pertence a hierarquia Cada ISP (ISP residencial, empresa, universidade) tem um. Também chamado de default name server Quando um host faz uma consulta DNS, a consulta é enviada ao servidor DNS local Atua como um proxy, enviando a consulta aos servidores da hierarquia 2: Application Layer 23

24 DNS - Exemplo de resolução de Nome root DNS server Host em cis.poly.edu quer o endereço para gaia.cs.umass.edu TLD DNS server Consulta iterativa: Contacta o servidor e responde com o nome do próximo servidor para contato Não consigo resolver este nome, mas pergunte a este servidor local DNS server dns.poly.edu 1 8 requesting host cis.poly.edu 7 6 authoritative DNS server dns.cs.umass.edu gaia.cs.umass.edu 2: Application Layer 24

25 DNS - Exemplo de resolução de Nome root DNS server Consulta recursiva: 2 3 Toda a consulta é feita através do servidor raiz 7 6 TLD DNS server Alta carga? local DNS server dns.poly.edu requesting host cis.poly.edu authoritative DNS server dns.cs.umass.edu gaia.cs.umass.edu 2: Application Layer 25

26 DNS: cache e atualização dos registros Uma vez que o servidor de nome aprende o mapeamento, ele armazena este mapeamento As entradas da cache são apagadas após algum tempo Os servidores TLD tipicamente estão armazenados nos servidores locais Dessa maneira, os servidores raiz não são visitados frequentemente Mecanismos de update/notificação: RFC : Application Layer 26

27 Registros DNS DNS: banco de dados distribuído para armazenar os registros dos recursos (resource records - RR) Tipo=A Tipo=NS Nome é domínio (e.g. foo.com) Valor é hostname de um servidor de nomes com autoridade para o este domínio (foo.com,dns.foo.com,ns) Formato RR : (nome, valor, tipo, ttl) Nome é hostname Valor é endereço IP (relay1.bar.foo.com, ,A) Tipo=CNAME Nome é um apelido para algum nome real é, na realidade, servereast.backup2.ibm.com Valor é o nome real (foo.com,relay1.bar.foo.com, CNAME) Tipo=MX Valor é nome do servidor de associado ao apelido que está no campo nome (foo.com,mail.bar.foo.com,mx) 2: Application Layer 27

28 DNS: protocolo, mensagens Protocolo DNS : mensagens de busca e resposta, ambas com o mesmo formato Cabeçalho Identificação: 16 bits para busca, respostas usam o mesmo número flags: Consulta ou resposta Recursão desejada pelo cliente Servidor suporta recursão Resposta vem de um servidor com autoridade 2: Application Layer 28

29 DNS: protocolo, mensagens Nome, campos de tipo para uma consulta RRs de resposta a consulta Registros para servidores com autoridade Informação adicional útil que pode ser usada 2: Application Layer 29

30 Inserindo registros no DNS Exemplo: novo domínio Network Utopia Registrar o nome networkuptopia.com em uma entidade registradora (e.g., Network Solutions) Deve-se informar os nomes e endereços IPs dos servidores DNS com autoridade (primários e secundários) A entidade registradora insere duas RRs em um servidor TLD.com: (networkutopia.com, dns1.networkutopia.com, NS) (dns1.networkutopia.com, , A) Cria-se um registro de servidor de autoridade do tipo A para Registro do tipo MX para networkutopia.com 2: Application Layer 30

31 Capítulo 2: Camada de Aplicação 2.1 Princípios das aplicações de rede 2.2 Web e HTTP 2.3 FTP Aplicações P2P 2.7 Programação de Sockets com TCP 2.8 Programação de Sockets com UDP SMTP, POP3, IMAP 2.5 DNS 2: Application Layer 31

32 Arquitetura P2P Servidor não fica sempre em funcionamento Sistemas finais se comunicam diretamente peer-peer Peers conectam/desconectam e mudam de endereço IP Tópicos: Distribuição de arquivos Procurando por informação Estudo de Caso: Skype 2: Application Layer 32

33 Distribuição de Arquivos: Servidor- Cliente vs P2P Questão : Quanto tempo é necessário para distribuir um arquivo a partir de um servidor para N peers? File, size F Server u 1 d 1 u s u 2 d2 u s : banda de upload do servidor u i : banda de upload do peer i d i : banda de download do peer i d N u N Network (with abundant bandwidth) 2: Application Layer 33

34 Tempo de distribuição de um arquivo: servidor-cliente Servidor envia sequencialmente N cópias: Tempo NF/u s cliente i leva F/d i para download F Server d N u N u u 2 1 d 1 u d 2 s Network (with abundant bandwidth) Tempo para distribuir o arquivo F para N clientes usando cliente/servidor = d cs = max { NF/u s, F/min(d i ) } i Aumenta linearmente com N (para N grande) 2: Application Layer 34

35 Tempo de distribuição de um arquivo: P2P Servidor envia uma cópia: F/u s F Server u u 2 1 d 1 u d 2 s cliente i demora F/d i para fazer o download NF bits devem ser disseminados (agregado) Taxa de upload mais rápida: u s + Σu i d N u N Network (with abundant bandwidth) d P2P = max { F/u s, F/min(d i ), NF/(u s + Σu i ) } i 2: Application Layer 35

36 Servidor-cliente vs. P2P: examplo Taxa de upload do Cliente = u, F/u = 1 hour, u s = 10u, d min u s Minimum Distribution Time P2P Client-Server N 2: Application Layer 36

37 Distribuição do arquivo: BitTorrent P2P: disseminação de um arquivo tracker: mantém peers que participam do torrent torrent: grupo de peers trocando chunks de um mesmo arquivo obtain list of peers trading chunks peer 2: Application Layer 37

38 BitTorrent (1) Arquivo dividido em chunks de 256KB. Ao se ajuntar a um torrent, peer: Não tem chunks, mas acumulará com o tempo Se registra no tracker para obter a lista de peers e se conecta a um subconjunto de peers ( vizinhos ) Enquanto faz o download, peer envia chunks para outros peers. peers entram e saem da rede Uma vez que o peer tenha todo o arquivo, pode sair (egoisticamente) ou permanercer (altruisticamente) 2: Application Layer 38

39 BitTorrent (2) Obtendo Chunks A qualquer instante de tempo, peers diferentes possuem diferentes subconjunto de chunks periodicamente, um peer (Alice) pede a cada vizinho a lista de chunks que possui Alice envia requisições para os chunks que ainda não possui rarest first Enviando Chunks: tit-for-tat Alice envia chunks para 4 vizinhos Reavaliação dos top 4 a cada 10 segundos A cada 30 segundos: seleciona, aleatoriamente, um outro peer, e inicia o envio dos chunks O peer escolhido mais recentemente passa a fazer parte do top 4 optimistically unchoke 2: Application Layer 39

40 BitTorrent: Tit-for-tat (1) Alice optimistically unchokes Bob (2) Alice se torna um dos 4 provedores do arquivo para Bob; Bob se torna um dos 4 provedores do arquivo para Alice (3) Bob se transforma em um dos 4 fornecedores top de Alice Com taxa de upload maior, usuário pode encontrar melhores peers para trocar chunks e baixar o arquivo mais rapidamente! 2: Application Layer 40

41 P2P : Skype Pares de usuários se comunicam. Protocolo da camada de aplicação é prorietário (inferido através de engenharia reversa) Overlay hierárquico com Supernodes Índice mapeia nome de usuários a um endereço IP; distribuído entre os Supernodes Skype login server Skype clients (SC) Supernode (SN) 2: Application Layer 41