Computer Networks I Capa de Aplicación

Transcripción

1 Version 01/03/17 Computer Networks I Capa de Aplicación application Aplicación transport network link physical inocente.sanchez@uclm.es

2 Contenidos Paradigmas de la capa de aplicación Web / HTTP SMTP, POP3, IMAP ( ) DNS P2P 2

3 Conexión lógica La capa de aplicación proporciona servicios a los usuarios Conexión lógica entre capas de aplicación de ambos lados Físicamente la conexión se produce a través de la capa física 3

4 El protocolo de la capa de aplicación define Tipos de mensajes intercambiados solicitud, respuesta Sintaxis del mensaje qué campos en los mensajes y cómo se delimitan los mismos Semántica del mensaje Significado de la información en los campos Reglas sobre cuándo y cómo los procesos envían mensajes y responden a ellos Protocolos de dominio público Definidos por RFCs Permiten interoperatividad Ej: HTTP, SMTP, IMAP Protocolos propietarios Ej: whatsapp, skype 4

5 Clientes: Paradigma Cliente-Servidor (I) Comunican con el servidor cuando necesitan sus servicios Puede conectarse de forma intermitente Puede tener una dirección IP dinámica Los clientes no se comunican entre ellos Servidor: Host siempre encendido. Continuamente ejecutando y esperando Dirección IP fija, puerto a la escucha Difícilmente escalables, fácil de gestionar 5

6 Paradigma Cliente-Servidor (II) 6

7 Paradigma P2P (peer to peer) No se necesita un servidor siempre encendido esperando Sistemas finales cualesquiera se comunican directamente y comparten Pueden ser clientes y servidores indistintamente, e incluso a la vez Los peers (iguales) se conectan de forma intermitente y cambian su dirección IP Muy escalables, pero difíciles de gestionar 7

8 Paradigma P2P (igual a igual) 8

9 Skype Híbridos de cliente-servidor y P2P Aplicación telefónica por Internet Buscando direcciones de extremo remoto: servidor/es centralizado/s La conexión cliente-cliente es directa (no mediante servidor) Mensajería instantánea El chat entre dos usuarios puede ser P2P La detección / localización de presencia está centralizada: El usuario registra su dirección IP con un servidor central cuando se conecta El usuario contacta con el servidor central para encontrar la dirección IP de amigos 9

10 Qué necesita una aplicación del servicio de transporte? Pérdida de datos Algunas aplicaciones (p.e. audio) pueden tolerar ciertas pérdidas Otras aplicaciones (transferencia de archivos, telnet) necesitan 100% de fiabilidad en la transferencia Temporización Algunas aplicaciones (telefonía por Internet, juegos interactivos) necesitan bajos retardos para que sean efectivos Ancho de banda Algunas aplicaciones (p.e. multimedia) necesitan poco ancho de banda para ser efectivas Otras aplicaciones ( aplicaciones elásticas ) se adaptan a cualquier ancho de banda del que puedan disponer 10

11 Necesidades del servicio de transporte para aplicaciones habituales Aplicación Pérdida datos Ancho de banda Sensible tiempo Transferencia de archivos Correo electrónico Documentos web Audio/video tiempo real Almacenam. audio/video Juegos interactivos Mensajería instantánea Sin pérdidas Sin pérdidas Sin pérdidas Tolerante Tolerante Tolerante Sin pérdidas Elástico Elástico Elástico audio: 5kbps-1Mbps video:10kbps-5mbps Igual que arriba Pocos kbps Elástico no no no sí, 100 ms sí, pocos sg sí, 100 ms sí y no 11

12 Servicios de protocolos de transporte en Internet Servicio TCP Orientado a conexión: se necesita el establecimiento de una conexión entre los procesos cliente y servidor Transporte fiable entre procesos emisor y receptor Control de flujo: el emisor no desbordará al receptor Control de congestión: el emisor se retrae cuando la red está sobrecargada No proporciona temporización Servicio UDP Transferencia de datos no fiable entre procesos emisor y receptor No conlleva establecimiento de conexión, no es fiable, no tiene control de flujo ni control de congestión, no proporciona temporización Por qué no se prescinde de UDP? Porque consume menos recursos y para algunas aplicaciones puede ser suficiente 12

13 Aplicaciones Internet: protocolos de transporte y aplicación Aplicación Correo electrónico Acceso terminal remoto Web Transferencia de ficheros Streaming multimedia Telefonía Internet Protocolo capa Aplicación SMTP [RFC 2821] Telnet [RFC 854] HTTP [RFC 2616] FTP [RFC 959] propietaria (p.e. RealNetworks) propietaria (p.e., Vonage,Dialpad) Protocolo capa Transporte subyacente TCP TCP TCP TCP TCP o UDP Típicamente UDP 13

14 Web y HTTP RFC1945 (HTTP/1.0) RFC2616 (HTTP/1.1) 14

15 World Wide Web (literalmente: telaraña extendida por el mundo ) Desarrollado en el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) por Tim Berners-Lee en 1989 La www es un enorme servicio distribuido clienteservidor Definiciones: Páginas Web: documentos distribuidos por Internet Sitio: locación que proporcionan páginas web Hipermedia: objetos enlazados dentro de las páginas web (texto, audio, video,..) Navegador: herramienta cliente para visualizar las páginas web 15

16 Navegador Web Visualiza las páginas web (cliente) Tres componentes Controlador (teclado, ratón) Protocolos del cliente (acceso documento) Intérpretes (visualización) 16

17 Uniform Resource Locator (URL) Localizador de Recursos Uniforme Cada objecto en la red está identificado de forma única por un localizador (una URL) Protocolo (método): protocolo cliente usado Host: dirección IP o nombre de la estación de trabajo Puerto: servicio web en el servidor (80 por defecto) Ruta: camino hacia el objeto dentro del servidor web nombre del host nombre ruta 17

18 Documentos web (I) Agrupados en 3 categorías Estáticos Documentos almacenados en el servidor El cliente consigue una copia Fichero de texto ASCII (con etiquetas) Lenguaje marcado hipertexto Lenguajes usados: HTML, XML, XSL, XHTML Dinámicos Activos Solicitud de página web estática 18

19 Documentos web (II) Documento dinámico Solicitud de página web dinámica Creado en el servidor bajo demanda y enviado al cliente Puede variar de solicitud a solicitud Programas usados: Common Gateway Interface (Interfaz de Pasarela Común) - CGI (obsoleto e ineficiente) CGI, un documento cada petición Solución, usar un script Script: código fuente empotrado en el documento, ejecutado por el servidor Preprocesador de Hipertexto (PHP) Páginas de Servidor Java (JSP). Java Páginas Activas de Servidor (ASP). Visual Basic 19

20 Documentos web (III) Documento activo Solicitud de página web activa Programa ejecutado en el cliente Se envía una copia del documento o un script al cliente Programas cliente Applets Java. Programa en Java en el servidor. Ejecutable directamente o HTML con la dirección del applet incluida como etiqueta JavaScripts, igual que los scripts en dinámicos. Está en código fuente en lenguaje JavaScript 20

21 Aspectos generales de HTTP Usa TCP como protocolo de transporte: El cliente inicia la conexión TCP al servidor, puerto 80 El servidor acepta la conexión TCP procedente del cliente Se intercambian los mensajes HTTP entre el navegador del cliente y el servidor Web La conexión TCP se cierra al finalizar HTTP es lo que se conoce como sin estado El servidor no mantiene información de las peticiones que el cliente ha hecho 21

22 Conexiones HTTP HTTP no persistente Se envía un único objeto en una conexión TCP Una nueva conexión para cada objeto en la página web HTTP persistente Se pueden enviar varios objetos en una misma conexión TCP entre cliente y servidor HTTP/1.1 usa conexión persistente por defecto HTTP/1.0 usa HTTP no persistente 22

23 Conexión HTTP no persistente Ejemplo: fichero de texto con un enlace a una imagen Cada conexión conlleva 3 mensajes TCP La solicitud se envía en el 3º handshake (apretón de manos) Nueva conexión para cada objeto 1 para el fichero 1 para la imagen 23

24 Conexión HTTP persistente El mismo ejemplo de antes con HTTP persistente: Sólo una conexión La solicitud de la imagen se envía por separado 24

25 Formato del mensaje HTTP Dos tipos de mensajes HTTP: petición, respuesta Mensaje de petición (solicitud) HTTP: ASCII (formato que puede leer una persona) 4 secciones 25

26 Mensaje de petición HTTP (I) Protocolo (método): (GET, POST, comandos HEAD) GET /somedir/page.html HTTP/1.1 Host: User-agent: Mozilla/4.0 Accept-language: fr (extra carriage return, line feed) Retorno de carro, alimentación de línea Indica fin del mensaje 26

27 Algunos (no todos) tipos de métodos en la Línea de Petición: GET: petición de un documento a un servidor Más usado. Cuerpo vacío Puede aportar información usando los parámetros URL de la línea de petición HEAD: solicita sólo información del documento, no el propio doc. Ej: hora del último cambio Cuerpo vacío en la respuesta PUT: envía un documento al servidor (sólo HTTP 1.1) Contrario de GET POST: envía información del cliente al servidor Mensaje de petición HTTP (II) Envía información para añadir a la página web o para modificarla Ej.: página web con una forma de entrada La entrada se incorpora en el cuerpo, no como parte de la URL 27

28 Mensaje de petición HTTP (III) Cabecera de Petición: Opcional, de 0 a varias líneas Información adicional enviada al servidor Cabecera User-agent Accept Accept-charset Accept-encoding Accept-language Authorization Host Date Upgrade Cookie If-Modified-Since Descripción Identifica al programa cliente Muestra el formato media que puede aceptar el cliente Muestra el conjunto de caracteres que puede aceptar el cliente Muestra el esquema de codificación que puede aceptar el cliente Muestra el idioma que puede aceptar el cliente Muestra los permisos que tiene el cliente Muestra el host y el número de puerto del cliente Muestra la fecha actual Especifica el protocolo de comunicación preferido Devuelve la cookie al servidor Si el fichero se modifica desde una fecha determinada 28

29 Mensaje de respuesta HTTP HTTP/ OK Connection: close 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... datos, p.e. fichero HTML pedido 29

30 Códigos de estado de respuesta HTTP Algunos códigos de ejemplo: 200 OK Petición con éxito, objeto solicitado después en este mensaje 301 Redireccionado permanente Objeto solicitado quitado, nueva localización especificada después en este mensaje (Localización) 400 Petición incorrecta Mensaje de petición no entendido por el servidor 404 No encontrado Documento pedido no encontrado en este servidor 505 Versión de HHTP no soportada 30

31 Mensaje de respuesta HTTP Cabecera de Respuesta: Opcional, de 0 a varias líneas Información adicional enviada desde el servidor Header Date Upgrade Server Set-Cookie Content-Encoding Content-Language Content-Length Content-Type Location Accept-Ranges Last-modified Description Muestra la fecha actual Especifica el protocolo de comunicación preferido Proporciona información del servidor El servidor pide al cliente que guarde una cookie Especifica el esquema de codificación Especifica el idioma Muestra la longitud del documento Especifica el tipo de media Pide al cliente que envíe la respuesta a otro sitio El servidor aceptará los rangos pedidos de bytes Proporciona fecha y hora del último cambio 31

32 Ejemplo de petición HTTP GET El cliente obtiene una imagen Puede aceptar formatos gif y jpeg El servidor proporciona la imagen codificada 32

33 Ejemplo de petición HTTP PUT El cliente envía una página para colocar en el servidor El cuerpo contiene la página El servidor devuelve el resultado de la ejecución del script CGI en el cuerpo 33

34 Peticiones condicionales HTTP El cliente puede incluir una condición en su petición El servidor envía una respuesta si se cumple la condición o informa de lo contrario Principalmente usado para modificaciones de fecha y hora GET HTTP/1.1 Línea de petición If-Modified-Since: Wed, Jan 06 00:00:00 GMT Cabecera Línea en blanco Petición si cambia después del 6 de enero a las 0 horas HTTP/ Not Modified Date: Thu, Jan 07 01:20:48 GMT Server: MyServer.com (Empty Body) Línea de estado Cabecera Línea en blanco Cuerpo vacío No modificado, por tanto no envía la página 34

35 Cookies (I) La web se diseñó como una entidad sin estado El servidor no mantiene información de las peticiones pasadas del cliente. Pero hoy en día se dan situaciones tales como: Una tienda electrónica puede usar una cookie para sus clientes. Cuando un cliente selecciona un artículo y lo inserta en el carrito de la compra, el servidor envía al navegador del cliente una cookie que contiene la información sobre el artículo como el precio unitario, por ejemplo. Si el cliente selecciona un segundo artículo, la cookie se actualiza con la nueva información, y así sucesivamente. Cuando el cliente termina de hacer la compra y quiere pagar, se recupera la última cookie y se calcula el precio total. El sitio que restringe el acceso a clientes registrados sólo envía una cookie al cliente cuando éste se registra por primera vez. En sucesivos accesos, sólo se aceptan a aquellos clientes que envían la cookie apropiada. Un portal web usa la cookie de un modo similar. Cuando un usuario selecciona sus páginas favoritas, se elabora y envía una cookie. Si se accede de nuevo al sitio, se envía la cookie al servidor para mostrar lo que el cliente busca. Una cookie también se usa por agencias publicitarias. Una agencia de publicidad puede colocar banners añadidos en algún sitio web principal que a menudo visitan los usuarios. La agencia de publicidad suministra sólo una URL que da la dirección de la agencia de publicidad en vez del propio banner. Cuando un usuario visita el sitio web principal y pulsa el icono de la corporación, se envía una petición a la agencia de publicidad. La agencia de publicidad envía el banner solicitado, pero también incluye una cookie con el ID del usuario. Cualquier futuro empleo de los banners añade a la base de datos qué perfiles de comportamiento tiene el usuario. La agencia de publicidad ha averiguado los intereses del usuario y puede vender este información a terceros. El empleo de las cookies ha generado muchas polémicas. Se espera que se encuentren nuevas normas regulatorias para preservar la privacidad de los usuarios. 35

36 Cookies (II) Proceso de creación de Cookies El servidor recibe una petición desde el cliente y almacena cierta información (cookie) en una base de datos Nombre de dominio, nombre de usuario, marca de tiempo, etc El servidor incluye la cookie en la respuesta que envía al cliente En la línea de cabecera El cliente almacena la cookie localmente por nombre de dominio del servidor Sistemas de ficheros locales y asociados al perfil del usuario Uso de la cookie En la petición el navegador busca una cookie almacenada localmente Si existe, se envía al servidor que reconocerá al usuario En la línea de cabecera 36

37 Juguetería on line 1) Petición Ejemplo de cookie (I) 2) Carta vacía con código página con juguetes 3) El cliente pide un juguete 4) El servidor actualiza el carrito y envía una página con el precio total 5) El cliente envía datos de pago 6) El servidor le confirma la compra Mientras la cookie no se borre, el servidor la recuerda 37

38 Ejemplo de cookie (II) La figura muestra un caso en el cual una tienda electrónica puede beneficiarse del empleo de las cookies. Supongamos que un comprador quiere comprar un juguete de una tienda electrónica llamada BestToys. El navegador del comprador (el cliente) envía una petición al servidor BestToys. El servidor crea un carro vacío que hace compras (una lista) para el cliente y asigna un ID al mismo (por ejemplo, 12343). El servidor entonces envía un mensaje de respuesta, que contiene las imágenes de todos los juguetes disponibles, con un enlace bajo cada juguete que selecciona el juguete si se pulsa. Este mensaje de respuesta también incluye la cookie en la cabecera cuyo valor es El cliente ve las imágenes y almacena el valor de la cookie en un archivo llamado BestToys. La cookie no se revela al comprador. Ahora el comprador selecciona uno de los juguetes y hace clic en él. El cliente envía una petición, pero incluye el ID en la cabecera de la cookie. Aunque el servidor pueda haber estado ocupado y olvidado a este comprador, cuando recibe la petición y comprueba la cabecera, encuentra el valor como cookie. El servidor sabe que el cliente no es nuevo; busca el carro de la compra con ID La lista del carro de la compra está abierta y el juguete seleccionado se añade a la lista. El servidor envía otra respuesta al comprador para decirle el precio total y pedirle que realice el pago. El comprador proporciona la información sobre su tarjeta de crédito y envía una nueva petición con el ID como cookie. Cuando la petición llega al servidor, ve otra vez el ID 12343, acepta la orden y el pago, y responde con una confirmación. 38

39 Cachés web (servidor proxy) Servidor proxy: computador que guarda copia de las respuestas de peticiones recientes Objetivo: satisfacer la petición del cliente sin involucrar al servidor original El usuario envía una petición al servidor proxy El servidor proxy mira su caché Si la respuesta no está almacenada en la caché, el proxy envía la petición al servidor que corresponda Las respuestas entrantes se envían y almacenan en el proxy El servidor proxy reduce la carga del servidor original y mejora su latencia cliente cliente Servidor proxy Servidor original Servidor original 39

40 Más sobre la caché web Doble papel del servidor proxy El servidor proxy actúa tanto como cliente como servidor Cuando recibe la petición de un cliente del cual tiene la respuesta, actúa como SERVIDOR y le envía la respuesta al cliente Cuando recibe la petición de un cliente del cual NO tiene la respuesta, actúa como CLIENTE y le envía la petición al servidor original Cuando recibe la respuesta del servidor original, la almacena y actúa otra vez como SERVIDOR enviando la respuesta al cliente Típicamente la caché la instala el ISP (universidad, empresa, ISP residencial,...) Por qué la caché web? Reduce el tiempo de respuesta para la petición del cliente Reduce el tráfico Cuánto tiempo almacenar la caché? Mientras la información tenga vigencia. Por ejemplo, un día en agencias de noticias Ir añadiendo nuevas informaciones sin quitar la existente manteniendo la información el tiempo que se considere oportuno 40