UMA ANÁLISE DAS TROCAS DE MENSAGENS DO PROTOCOLO HTTP ATRAVÉS DE UM SIMULADOR DE REDES DE COMPUTADORES

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1 UMA ANÁLISE DAS TROCAS DE MENSAGENS DO PROTOCOLO HTTP ATRAVÉS DE UM SIMULADOR DE REDES DE COMPUTADORES Alan Jelles Lopes Ibrahim Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul Eduardo Machado Real Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul RESUMO As redes de computadores são basicamente formadas por um conjunto de pelo menos dois nós interligados que integram as suas estruturas. Atualmente as redes proporcionam suporte a diversos serviços, recursos e tecnologias. O estudo das redes de computadores abrange tanto os conceitos teóricos quanto a compreensão dos detalhes que ocorrem por trás das comunicações e dos serviços providos. Este trabalho tem como objetivos compreender a estrutura dos pacotes do protocolo HTTP da camada de através de uma ferramenta de simulação de redes de computadores, que possibilita a visualização das mensagens dos cabeçalhos trocadas entre cliente e servidor. Palavras-chave: Protocolo HTTP, Cliente e Servidor, Redes de Computadores 1. INTRODUÇÃO Atualmente a computação está voltada para o estudo de diversas áreas importantes que envolvem o cotidiano das pessoas, mas que passam imperceptíveis à visão desses usuários. Uma dessas áreas são as redes de computadores e suas aplicações. Se cada usuário se perguntar, por exemplo, como os computadores trocam informações em uma rede local ou mesmo na Internet, provavelmente a maioria ficaria sem resposta. Diante disso, muitos estudos na computação estão relacionados às redes de computadores (RC), visto que esta tecnologia cresce a cada dia em todos os sentidos (usuários, sites, tipos de redes, etc). As RC abrangem tanto os conceitos teóricos quanto os detalhes que ocorrem por trás das comunicações e serviços providos. É importante para qualquer estudante da área da computação, conhecer como que os serviços de rede ocorrem e qual a relação deles com a arquitetura em camadas utilizada. Uma abordagem sobre o serviço provido por um protocolo da camada de aplicação torna-se fundamental para se ter um conhecimento da complexidade das RC. Toma-se como um exemplo os detalhes do que ocorre quando um usuário solitica página(s) web.

2 2 Para compreender como funciona esse mecanismo, este trabalho tem por finalidade mostrar os resultados de um estudo do serviço realizado pelo protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol) através de uma ferramenta de simulação que possibilita visualizar a troca de cabeçalhos HTTP. 2. O PROBLEMA ABORDADO Este trabalho faz parte do conceito das RC e seus principais fundamentos podem ser encontrados na literatura, tais como em Davie e Peterson (2004), Kurose (2010), Comer (2006), Cantú (2003) e Cantú (2011). Um site ou web site é basicamente uma coleção de páginas web e, para que esteja disponível, é necessário estar hospedado em um computador conectado à Internet. Esse computador é conhecido como servidor web (servidor HTTP). Praticamente todas as máquinas na Internet são servidores ou clientes. Um servidor web é uma aplicação que, usando o modelo cliente/servidor e o protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol) da World Wide Web, fornece os arquivos e recursos que os sites disponibilizam em suas páginas. Por exemplo, ao digitar o endereço a sequência http indica que o protocolo de transferência de hipetexto (HTTP) deverá ser usado para o download da página, é o nome da máquina que envia a página, e eventos identifica de forma exclusiva a página no site da instituição. Atualmente existem vários programas de servidores web que podem ser instalados e configurados, tais como o Apache ( e o Server da Microsoft IIS (Internet Information). Nesse contexto, o protocolo HTTP define como as mensagens são formatadas e transmitidas, e que ações os servidores da Web e navegadores devem tomar em resposta a vários comandos. 3. O PROTOCOLO HTTP Classificado na camada de aplicação do modelo OSI, o HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) é um protocolo de comunicação muito utilizado, constituindo base para a World Wide Web (www). Por exemplo, quando um usuário quer acessar um site na Internet ou sua caixa de , um dos serviços de rede utilizado é o realizado pelo protocolo HTTP. Conforme Tanenbaum (2003, p.11), quando um navegador deseja uma página Web, ele envia o nome da página desejada ao servidor, utilizando o HTTP. Então, o servidor transmite a página de volta.

3 3 Utilizado para a troca e a formatação das mensagens entre navegador (cliente) e um servidor Web (mais conhecida como comunicação cliente/servidor), o protocolo HTTP tem um conjunto de características que, segundo Comer (2006, p. 323), podem ser elencadas da seguinte maneira: nível de aplicação, requisição/resposta, sem estado, transferência bidirecional, negociação de capacidade, suporte para uso de cachê e suporte para intermediários. Este protocolo também está classificado na camada de aplicação do modelo TCP-IP e desempenha a especificação das mensagens de solicitações (requisição) que os clientes enviam aos servidores e a respostas que irão receber destas solicitações. Cada ação de requisição/resposta consiste em uma mensagem em formato de texto ASCII, seguida por uma resposta RFC A seguir são mostradas alguns exemplos dessas ações: Um cliente HTTP envia uma requisição GET para o servidor para recuperar um arquivo. A sintaxe geral da requisição é, GET <sp> <Documento> <sp> HTTP/1.1 <crlf> {Outras informações de cabeçalho}* <crlf> A função do servidor HTTP é analisar a requisição acima, identificar o arquivo sendo solicitado e enviar o arquivo pela rede para o cliente. Entretanto, antes de enviar o documento, o servidor HTTP deve enviar um cabeçalho de resposta para o cliente. Uma resposta típica de um servidor HTTP pode ser vista abaixo, neste caso o arquivo foi encontrado no servidor: HTTP/1.1 <sp> 200 <sp> Document <sp> follows <crlf> Server: <sp> <Server-Type> <crlf> Content-type: <sp> <Document-Type> <crlf> {Outras informações de cabeçalho}* <crlf> <Dados do Documento> Se o arquivo solicitado não puder ser encontrado no servidor, o servidor deve enviar um cabeçalho indicando o erro. Uma resposta típica seria: HTTP/1.1 <sp> 404 File Not Found <crlf> Server: <sp> <Server-Type> <crlf> Content-type: <sp> <Document-Type> <crlf> <crlf> <Error Message> 1 Disponível em: <

4 4 A Tabela 1 mostra mais alguns tipos códigos de mensagens (KIOSQUEA, 2013). Tabela 1. Códigos mais Comuns. Código Mensagem Descrição 10x Mensagem de Informação Estes códigos não são utilizados na versão 1.0 do protocolo. 20x Sucesso Estes Códigos indicam o bom desenrolar da transação. 200 OK O pedido foi realizado corretamente. 30x Redireção Estes códigos indicam que o recurso já não está no lugar indicado. 301 MOVED Os dados foram transferidos para um novo endereço. 40x Erro devido ao Cliente Estes códigos indicam que o pedido está incorreto. 400 BAD REQUEST A sintaxe do pedido está mal formulada. 403 FORBIDDEN O acesso ao recurso é simplesmente proibido. 404 NOT FOUND O servidor não encontrou nada no endereço indicado. 50x Erro devido ao Servidor Estes códigos indicam que houve algum erro interno do servidor. 500 INTERNAL ERROR O servidor encontrou uma condição inesperada que o impediu de satisfazer o pedido. 502 BAD GATEWAY O servidor recebeu uma resposta inválida por parte do servidor que tentava aceder agindo como uma ponte estreita ou um proxy. 504 GATEWAY TIMEOUT A resposta do servidor foi demasiado longa no que diz respeito ao tempo durante o qual a ponte estreita estava preparada para o esperar Conexões não persistentes e persistentes Em aplicações da Internet, Kurose (2010, p.74) descreve que as comunicações entre cliente e servidor podem ocorrer em um período de tempo prolongado, onde o cliente faz uma série de requisições e o servidor as responde. Observando que a interação cliente/servidor realizada por meio da conexão TCP (Transmission Control Protocol) 2, o criador da aplicação necessita enfrentar uma grande decisão: utilizar conexões persistentes ou não persistentes Conexões não persistentes Nesta conexão, cada requisição de objetos feita pelo cliente ao servidor é transportada por uma conexão TCP, que após a confirmação do recebimento do objeto se encerra imediatamente. Desta forma, se uma página Web, por exemplo, conter outros objetos, como arquivos de imagens (jpeg, gif, entre outros), novas conexões TCP deverão ser estabelecidas para transferência destes objetos, além da conexão para a obtenção do próprio arquivo da referida página. Segundo Kurose (2010, p.75), os browsers podem ter interpretações diferentes, pois o HTTP define apenas o protocolo de comunicação entre o cliente e o servidor. Podem ser configuradas conexões paralelas reduzindo o tempo de viagem 2 Protocolo de transporte utilizado pelo HTTP.

5 5 de ida e volta (round-trip time RTT). Por padrão, os browsers utilizam de 2 a 10 conexões paralelas Conexões persistentes Ao contrário da não persistente, esta conexão TCP permanece aberta mesmo após o envio da resposta. Requisições e respostas subsequentes entre os mesmos cliente e servidor podem ser enviadas por meio da mesma conexão. Utilizando o exemplo citado anteriormente de uma página Web e os demais objetos a ela referenciados, onde era necessária uma conexão para cada objeto incluindo a página HTML, neste caso essas requisições por objetos podem ser feitas consecutivamente sem ter de esperar por respostas a requisições pendentes. 4. RESULTADOS E ANÁLISES DO EXPERIMENTO Esta seção apresenta os resultados e as análises de um experimento realizado em uma ferramenta de simulação 3, que tem por objetivo visualizar as trocas de mensagens realizadas pelo protocolo HTTP. O experimento é a partir de um ambiente de rede elaborado no simulador Cisco Packet Tracer (CISCO SYSTEMS, 2013), onde é possível verificar as requisições HTTP realizadas por clientes e as respostas HTTP retornadas por um servidor HTTP, conforme exemplifica a Fig.1. Figura 1. Ilustração básica do esquema realizado nos experimentos. 3 Um ambiente de aprendizagem de rede baseado em simulação ajuda o acadêmico a desenvolver habilidades, como a tomada de decisão, pensamento crítico e criativo e resolução de diversos problemas práticos.

6 6 A Fig. 1 mostra de maneira básica como foi realizado o experimento com o protocolo HTTP. De um lado n clientes realizam requisições HTTP de páginas Web através de um navegador de Internet e de outro lado um servidor HTTP executando uma aplicação de rede que realização serviços HTTP e envia respostas HTTP aos clientes, ou seja, retorna a página Web solicitada O Simulador Cisco Packet Tracer O Cisco Packet Tracer (PT), disponibilizado pela Cisco System (CISCO SYSTEMS, 2013), é um software livre disponível para o Sistema Operacional Linux ou Windows, que tem como funcionalidade simular RC, permitindo aos acadêmicos realizar experimentos, analisarem dados e descobrirem como é o comportamento e as características de uma ou várias redes e seus diversos serviços. O software fornece simulação, visualização, criação, avaliação e recursos de colaboração, facilitando assim o ensino e a aprendizagem de conceitos de tecnologia complexa. No PT há vários tipos de recursos que são utilizados de acordo com o ambiente de rede que será simulado. A Tabela 2 mostra alguns exemplos de dispositivos e modelos (especificados pela Cisco Systens) que podem ser selecionados. Tabela 2. Exemplos de dispositivos e modelos disponíveis no PT Dispositivos Modelos End Devices PC-PT, Laptop-PT, Server-PT, Printer-PT, TabletPC-PT, PDA-PT, etc. Routers 1841, 2620XM, 2621XM, 2811 e Generic. Switches , 2950T, 2960, Generic, etc. Hub Hub-PT, Repeater-PT, etc Wireless Devices AccessPoint-PT, AccessPoint-PT-A, AccessPoint-PT-N, etc. Connections Copper Straight Through, etc. O ambiente físico para a simulação proposta nesta seção é apresentado na Fig. 2, onde contém: 6 (seis) dispositivos End Devices, sendo 5 (cinco) PC-PT e 1 (um) Server-PT; 1 (um) dispositivo Hub, o modelo Hub-PT 6 (seis) connections Copper Straight Through, que representa na prática o cabo par trançado UTP Cat5 (todos os dispositivos utilizando a conexão FastEthernet).

7 7 Figura 2. Ambiente físico de simulação montado no PT. Para o ambiente lógico de simulação, é necessário seguir duas etapas: (1) a configuração lógica da rede e (2) a configuração do servidor HTTP. A etapa (1) ocorre através de um serviço DHCP 4 (Protocolo de configuração dinâmica de host) provido pelo servidor. Para realizar este serviço, inicialmente foram atribuídos ao servidor da rede (Server-PT), um endereço IP e uma respectiva máscara de rede ambos manualmente, já que um servidor não poderá atribuir dinamicamente um endereço IP a ele mesmo. Após isso foi configurado do serviço DHCP. Para finalizar esta etapa, foi necessário configurar os computadores terminais (clientes), que receberão a configuração automática de endereços através do serviço DHCP do servidor e, para isso, em cada computador (PC-PT) foi necessário ativar a opção DHCP. A Tabela 3 mostra como ficou a configuração lógica da rede a ser simulada. Tabela 3. Configuração dos dispositivos da rede simulada. Dispositivo Endereço IP Máscara de rede PC PC PC PC PC Server-PT A etapa (2) é mais simples e basta apenas acessar as configurações do servidor da rede (Server-PT) no local que define o serviço HTTP, onde foi definida a página HTML (index.html) que será requisitada pelo computador cliente e retornada (ao cliente) como resposta do servidor. Após as configurações das etapas (1) e (2), o procedimento do experimento ocorreu da seguinte maneira: (a) em um dos dispositivos PC-PT, com exceção do servidor e do hub, 4 O DHCP é um protocolo de serviço TCP/IP que oferece configuração dinâmica de terminais, com concessão de endereços IP de host, Máscara de sub-rede, Gateway Padrão, Número IP de um ou mais servidores DNS, Número IP de um ou mais servidores WINS e Sufixos de pesquisa do DNS.

8 8 foi executado um recurso que representa um browser. Na barra de endereços do browser é inserido o endereço IP do servidor, onde está localizada a página teste (index.html). (b) no início da requisição da página é possível capturar, via simulação, as mensagens (cabeçalhos) de requisição HTTP e resposta HTTP, na passagem por algum dos dispositivos. O cabeçalho de requisição HTTP é mostrado na Fig.3, em que na primeira linha pode ser visto o método GET que requisita a página index.html na versão HTTP/1.1 do protocolo HTTP. Na última linha indica o endereço do servidor HTTP onde está a página, neste caso Host Figura 3. Cabeçalho de requisição HTTP saindo do computador cliente. Quando o pacote HTTP sai do computador cliente e chega ao hub, este dispositivo faz com que o pacote seja enviado a todos os computadores da rede (broadcast), mas somente o dispositivo requisitante receberá o pacote (Fig. 4). Para evitar essa inundação na rede, basta apenas substituir o hub por um switch, já que em um simulador custo não é problema. Figura 4. Pacotes HTTP na rede. O servidor da rede, ao receber o pacote contendo o cabeçalho da requisição HTTP (Fig. 4), verifica se a página requisitada existe. No caso deste experimento, o servidor da rede tinha a página requisitada (index.html) armazenada e com isso sendo retornado um cabeçalho com essa confirmação e os dados contidos na página.

9 9 Figura 5. Cabeçalho de resposta HTTP saindo do servidor HTTP. A Fig. 5 mostra o cabeçalho de resposta HTTP, onde: A primeira linha o código de confirmação de que a página requisitada está no servidor e é respondida com sucesso sob a versão HTTP/1.1 do protocolo HTTP. A segunda linha indica o encerramento da conexão do servidor com o computador cliente após o envio da página. A terceira linha informa o tamanho (quantidade de caracteres) do código fonte da página index.html. A quarta linha mostra o tipo de documento enviado. A quinta linha o nome do servidor e a versão da aplicação serverhttp. A sexta linha inicia os dados (conteúdo) da página. O pacote contendo o cabeçalho retorna ao computador cliente passando novamente pelo hub, e ao chegar o browser abre a página requisitada. Esse processo é muito rápido e muitos usuários ou mesmo profissionais não conhecem ou nem mesmo sabem como são realizados os serviços de uma rede de computadores. Esse experimento representa também como ocorre na Internet. Como a página contém apenas um objeto, que é o próprio documento base, são trocados apenas os dois cabeçalhos, de requisição HTTP e resposta HTTP. 5. CONCLUSÃO As RC são construídas a partir de uma variedade de tecnologias físicas e lógicas. Geralmente usuários de rede (incluindo redes locais ou Internet) não percebem a quantidade de detalhes de protocolos existentes que possibilitam os serviços disponíveis. No entanto, um estudante ou profissional da área de computação tem a possibilidade de conhecer com

10 10 detalhes como que todo o processo de comunicação cliente-servidor acontece. Esse conhecimento pode ser adquirido através da observação e análise de algum, como o do protocolo HTTP. A observação e análise podem acontecer com o uso de ferramentas de simulação ou de um analisador de pacotes. Desta forma, este trabalho propôs um estudo que estabeleceu a observação do comportamento do serviço provido pelo protocolo HTTP e, como resultado, foram obtidas análises da estrutura dos pacotes deste serviço (requisições HTTP e respostas HTTP) através do simulador Packet Tracer da Cisco Systens. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CANTÚ, Evandro. Redes de Computadores e a Internet. São José: Instituto Federal de Santa Catarina, Curso de Telecomunicações - Redes de Computadores e Internet. Primavera, CISCO SYSTEM. Course Catalog Cisco Packet Tracer. Disponível em: Acesso em: 04-mar COMER, Douglas. Interligação de redes TCP/IP: princípios, protocolos e arquitetura. Vol. 1, Rio de Janeiro: Elsevier, DAVIE, B; PETERSON, L. Redes de Computadores: uma abordagem de sistemas. Tradução da 3ª edição. São Paulo: Campus, KIOSQUEA. O protocolo HTTP. Disponível em: < Acesso: 18-Set-2013 KUROSE, J. F.; ROSS, K. W. Redes de Computadores e a Internet: Uma abordagem topdown. 5. ed. São Paulo: Person Education, TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores. 4 ed. São Paulo: Campus, 2003.