Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles

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1 Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles Grupo de Sistemas y Comunicaciones gsyc.escet.urjc.es Diciembre c Gregorio Robles y Jesús M. González Barahona. Algunos derechos reservados. Este artículo se distribuye bajo la licencia Reconocimiento-CompartirIgual 2.5 España de Creative Commons, disponible en Este documento (o uno muy similar) está disponible en

2 2 Construcción de sitios web Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles Interacción clásica entre programas en red 3 Interacción clásica entre programas en red Un programa en la máquina A se comunica con un programa en la máquina B. Ambos programas están en ejecución continuamente mientras dura la comunicación. Cada uno puede recordar todo lo que ha ocurrido gracias a que mantienen el estado en su memoria.

3 HTTP: sin estado y anónimo 4 HTTP: sin estado y anónimo Si un usuario visita 10 páginas de un mismo servidor, su navegador hace 10 solicitudes de HTTP independientes. Entre ellas: puede rearrancarse el navegador puede rearrancarse el servidor WWW Incluso, si el sitio WWW es servido con diferentes servidores, cada solicitud puede ir a una máquina distinta. Para el servidor, cada petición es independiente y anónima. Qué ventajas tiene HTTP por ser así? HTTP: sin estado y anónimo (2) 5 HTTP: sin estado y anónimo (2) En muchos casos es conveniente tener estado: Si alguien compra en un sitio de comercio electrónico, quiere que 10 clicks después el servidor recuerde lo que ha ido añadiendo al carrito de la compra Si alguien escribe dos comentarios en un foro, quiere que el servidor recuerde tu identidad y no te obligue a reescribir login/password. Es preciso guardar estado en el servidor, pero cómo?

4 Estado en el servidor 6 Estado en el servidor Podría servir un simple fichero de log? Se anota Pedro Pérez añade a su carrito el libro de ISBN n o.... Pero cómo se sabe que es Pedro Pérez? El servidor de un cliente sólo conoce su dirección IP. Es necesario anotar algo sobre el usuario, y que ese algo le llegue al servidor en la próxima solicitud del mismo usuario. Por qué no basta con la dirección IP? Durante cuánto tiempo ha de ser válida esa anotación? Estado en el servidor (cont.) 7 La URL puede mantener estado Uno de los libros que vende Amazon. Hacia 2004, podía verse en el navegador que tras la carga, la url había cambiado: [En 2006 puede verse el número de sesión al llegar a la página desde el formulario de búsqueda]

5 Estado en el servidor (cont.) 8 Exactamente... GET /exec/obidos/asin/ / HTTP/1.1 Host: User-Agent: Mozilla/5.0 [...] [...] HTTP/ Date: Mon, 11 Oct :53:01 GMT Server: Stronghold/2.4.2 Apache/1.3.6 [...] Set-Cookie: session-id-time= ; path=/; \ domain=.amazon.com; expires=monday, 18-Oct :00:00 GMT Set-Cookie: session-id= ; path=/; \ domain=.amazon.com; expires=monday, 18-Oct :00:00 GMT Location: \ [...] Estado en el servidor (cont.) 9 Qué ha pasado? Amazon genera al vuelo (por un programa) la página. La URL incluye un identificador de sesión. Los enlaces que contiene la página incluyen el mismo identificador. Al ir llenando el carrito, las URL pueden acarrear los ISBN de lo añadido Se pueden añadir muchos identificadores (ej: referencia a una búsqueda previa)

6 Galletitas (cookies) 10 Galletitas (cookies) Una de las primeras extensiones a HTTP (originalmente por Netscape, hoy RFC 2965) El servidor genera la cookie, la envía al cliente con Set-Cookie. El cliente la reenvía al servidor en futuras solicitudes con Cookie. Limitaciones: un cliente no más de 20 cookies de un servidor, cada cookie no mayor de 4 KB. Problemas: solicitudes más voluminosas ( lentas ) portabilidad privacidad Para qué usan las cookies los sitios de publicidad? Galletitas (cookies): uso 11 Galletitas (cookies): uso Habitualmente: cookies para intercambio de identificadores (el servidor los usa para localizar información que almacena) > telnet 80 Trying Connected to photo.net. Escape character is ^]. GET / HTTP/1.0 Host: HTTP/ OK Set-Cookie: acdsee= ; Expires=Mon, 11 Oct :52:53 GMT MIME-Version: 1.0 Date: Sun, 10 Oct :52:53 GMT Server: AOLserver/4.0...

7 Almacenamiento en el lado del servidor 12 Almacenamiento en el lado del servidor Cómo guardar la información que quiere el servidor? Lo habitual: en una base de datos relacional (RDBMS) Razones: interrogación mediante SQL: simple (declarativo) separación total de los datos y los programas que los gestionan buen rendimiento con miles de usuarios simultáneos (posiblemente mérito de las implementaciones: IBM DB2, Oracle, MS SQL Server, PostgreSQL, MySQL) Metodología de diseño 13 Metodología de diseño 1. Desarrollar el modelo de datos: qué almacenar y cómo representarlo. 2. Desarrollar un conjunto de transacciones sobre el modelo: inserciones y actualizaciones. 3. Diseñar qué interacción tendrá el usuario con las páginas WWW para formar las transacciones. 4. Diseñar las páginas individuales: scripts que interroguen al modelo de datos, envolver la respuesta en HTML y pasarle todo al usuario.

8 Elección de un entorno 14 Elección de un entorno Un RDBMS Un lenguaje de script Un entorno de ejecución: que una URL = una página (no Java servlets) utilizar filtros: ejecuar este código cada vez que una URL pedida empiece por /nosequé utilizar URLs abstractas utilizar logs centralizados URLs abstractas (configuración del servidor) 15 URLs abstractas (configuración del servidor) Cuando se pide una URL abstracta (ej.:/help) un programa podrá realizar algunas de las siguientes operaciones: si hay un.cgi, ejecutarlo mirar si en las cabeceras se pide versión WML (para WAP) mirar si en las cabeceras se pide un idioma determinado mirar si hay un fichero.html mirar si hay un fichero.jpg

9 URLs abstractas (configuración del servidor) (cont.) 16 Ejemplo de cabeceras para seleccionar idioma GET / HTTP/1.0 Connection: Keep-Alive User-Agent: Mozilla/4.76 [en] (X11; U; Linux i686) Host: :12345 Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, image/png, */* Accept-Encoding: gzip Accept-Language: es, en Accept-Charset: iso ,*,utf-8 Referencias 17 Referencias Philip Greenspun, Software Engineering for Internet Applications: (este tema sigue el capítulo Basics ) Philip Greenspun, SQL for Web Nerds: RFC 2965: HTTP State Management Mechanism:

10 Referencias (cont.) 18 Algunas novedades (o no tanto...) Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...) Algunos palabros 19 Algunos palabros CSS DHTML SPA AJAX Web 2.0 Mashup Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...)

11 CSS 20 CSS Cascading Style Sheets Lenguaje para describir la presentación de un documento escrito en HTML (u otros lenguajes de marcado) Separación de la estructura del documento y de su presentación Se puede definir aparencia de elementos HTML genéricos (ej: body) Se puede definir apariencia de elementos HTML marcados (ej: una tabla en particular) Style Sheets Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...) CSS (Ejemplo) 21 Hoja de estilo: CSS (Ejemplo) body { margin: 10px 20% 50px 70px; font-family: sans-serif; color: black; background: white; } Marca en página HTML: <html> <head> [...] <link href="main.css" rel="stylesheet"> </head> Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...)

12 DHTML 22 DHTML Dynamic HTML Típicamente: combinación de HTML, CSS (presentación) JavaScript y DOM (manipulación) La aplicación corren en el cliente, pero recibe datos, y los envía, del/al servidor Maneja datos normalmente usando DOM El estado típicamente se mantiene en el servidor Problemas debido a las diferencias de las APIs entre navegadores Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...) SPA 23 SPA Single page application Es un tipo de aplicación DHTML (sin intervención del servidor) La aplicación corre completamente en el cliente (navegador) Maneja los datos de la propia página usando DOM Los datos modificados se almacenan localmente al guardar Algunos ejemplos: http: //www.trimpath.com/project/wiki/singlepageapplications Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...)

13 Ajax 24 Ajax Asynchronous JavaScript and XML DHTML más XMLHttpRequest Principal cambio para el usuario: las páginas se actualizan, no se recargan completamente Normalmente, intercambio de datos con el servidor vía XML (no páginas completas HTML) Muchas acciones hechas localmente (cuando no hace falta nueva información) Ejemplo de aplicación: Google Mail Artículo original: Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...) Web Web 2.0 Evolución del web de colección de sitios a plataforma informática completa. Proporciona aplicaciones web a usuarios finales Supuestamente sustuirá a muchas aplicaciones de escritorio Explotación de efectos red, por ejemplo con redes sociales (arquitectura de participación) Ejemplos: Google AdSense, Flickr, blogs, wikis Ejemplos de tecnologías: CSS, XHTML, Ajax, RSS/ATOM, Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...)

14 Mashup 26 Mashup Combinación de contenidos (y funcionalidad) de varios sitios en una aplicación web Combinación usando APIs de terceros ejecutadas en servidor, feeds (Atom, RSS), JavaScript, etc. APIs populares: ebay, Amazon, Google, Windows Live, Yahoo Buena integración con otros conceptos de Web 2.0 Puede haber mashups de mashups... Idea general: creación de aplicaciones mediante composición de aplicaciones web Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...) Ejemplo simple (mashup): Google gadgets 27 Ejemplo simple (mashup): Google gadgets Código JavaScript que se baja al descargar una página Puede combinar varios servicios Se incluye fácilmente en HTML (mashup sin programar) Pueden arrastrarse directamente a Google Desktop <script src="http://gmodules.com/ig/ifr? url=http://ralph.feedback.googlepages.com/googlemap.xml& up_loc=universidad%20rey%20juan%20carlos,%20mostoles,%20spain& up_zoom=street&up_view=hybrid&synd=open&w=320&h=200&output=js"> </script> Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...)

15 Ejemplo simple (mashup): Google gadgets (2) 28 Ejemplo simple (mashup): Google gadgets (2) Implementación (todo puede hacerse con una herramienta): gadget.gmanifest (XML): metainformación main.xml (XML): interfaz de usuario, objetos visibles options.xml (XML): opciones (si las hay) Código (JavaScript, VBScript): funcionalidad (corre en el navegador), usa la API de Google Desktop Imágenes: iconos, botones, gráficos, etc. Localización: ficheros con traducciones de la interfaz de usuario Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...) Referencias 29 Referencias Web 2.0: 2.0 How To Make Your Own Web Mashup: Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Algunas novedades (o no tanto...)

16 Referencias (cont.) 30 Introducción a WebDAV Qué es WebDAV? 31 Qué es WebDAV? Web-based Distributed Authoring and Versioning Extensiones al protocolo HTTP Áreas de aplicación: Edición en colaboración Gestión de ficheros en servidores Convierte el web en modificable: editar y manipular tan fácil como navegar y consultar

17 Qué es WebDAV? (cont.) 32 Visiones Protocolo para autoría en colaboración Sistema de ficheros basado en web (para redes con mucha latencia) Tecnología para la integración de mecanismos de acceso a datos Infraestructura para ingeniería de software distribuida Protocolo que puede reemplazar a otros: POP, IMAP, LDAP, calendarios, etc. Herramientas que funcionan con WebDAV 33 Herramientas que funcionan con WebDAV Herramientas: Dreamweaver, Photoshop, GoLive Escritorios: Windows (Web Folders) Mac OS X Gnome (GnomeVFS y Nautilus) Clientes específicos (ej: Cadaver)

18 Una familia de protocolos 34 Una familia de protocolos WebDAV: edición distribuida básica DeltaV: versionado y gestión de configuración ACL: listas de control de acceso para permisos DASL (DAV Seaching and Locating Protocol): búsqueda sobre metadatos Características del protocolo 35 Características del protocolo Control de concurrencia (cerrojos): independientes de que haya conexiones activas (LOCK, UNLOCK) Propiedades: objetos XML que pueden almacenar metadatos relacionados con un recurso, manipulables mediante WebDAV, buscables mediante DASL (PROPFIND, PROPPATCH) Operaciones de copia, movimiento y creación de colecciones, similares a directorios (MKCOL, MOVE, COPY)

19 Ejemplo simple 36 Ejemplo simple File Open: LOCK: pon cerrojo (en el servidor) PROPFIND: metadatos del recurso al cliente GET: datos del recurso al cliente (HTTP) File Save: PUT: datos al servidor (HTTP) File Close: UNLOCK: quita cerrojo (en el servidor) Ejemplo de consulta de directorio 37 Ejemplo de consulta de directorio Consulta hecha con Nautilus (simplificada): PROPFIND /dir/ HTTP/1.0 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <D:propfind xmlns:d="dav:" > <D:prop> <D:creationdate/> <D:getcontentlength/> <D:getcontenttype/> <D:getlastmodified/> <D:resourcetype/> </D:prop> </D:propfind>

20 Ejemplo de consulta de directorio (2) 38 Ejemplo de consulta de directorio (2) HTTP/ Multi-Status <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <D:multistatus xmlns:d="dav:" xmlns:ns0="dav:"> <D:response xmlns:lp1="dav:" xmlns:lp3="http://subversion.tigris.org/xmlns/dav/" xmlns:g0="dav:"> <D:href>/dir/</D:href> <D:propstat> <D:prop> <lp1:creationdate> t22:29: z</lp1:creationdate> <lp1:getcontenttype>text/html</lp1:getcontenttype> <lp1:getlastmodified>sun, 21 Nov :29:45 GMT</lp1:getlastmodified> <lp1:resourcetype> Ejemplo de consulta de directorio (2) 39 <D:collection/> </lp1:resourcetype> </D:prop> <D:status>HTTP/ OK</D:status> </D:propstat> <D:propstat> <D:prop> <g0:getcontentlength/> </D:prop> <D:status>HTTP/ Not Found</D:status> </D:propstat> </D:response> </D:multistatus>

21 Cerrojos 40 Cerrojos Dos tipos: Cerrojo exclusivo de escritura Cerrojo compartido de escritura Todos son cerrojos con plazo Aplicables a un recurso o a una colección Los cerrojos son detectables como metadato DeltaV 41 DeltaV Extensión del protocolo de WebDAV Objetivo: gestionar versiones Puede usarse con varios modelos de versionado En cierto sentido, funcionalidad similar a CVS

22 DeltaV (cont.) 42 Nuevos métodos Versionado: VERSION-CONTROL, CHECKIN, CHECKOUT, UNCHECKOUT, REPORT Etiquetado y versión visible por defecto: LABEL, UPDATE Mezcla de ramas: MERGE Actividades (cambios lógicos que afectan a varias revisiones) Espacios de trabajo (varios usuarios trabajando aisladamente) etc. DeltaV (cont.) 43 Ejemplo simple Recurso puesto bajo control de versiones:version-control Edición CHECKOUT PUT, PUT,... CHECKIN Historia: REPORT Etiquetado: LABEL

23 Referencias 44 Referencias Sitio de WebDAV: WEBDAV: IETF Standard for Collaborative Authoring on the Web, J. Whitehead, M. Wiggins: intro.pdf Tutorial: WebDAV Interoperability for Managed Documents, Dennis E. Hamilton: htm RFC HTTP Extensions for Distributed Authoring : DeltaV: Adding Versioning to the Web, J. Whitehead: Referencias (cont.) 45 Secure Sockets Layer Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer

24 Introducción a SSL y TLS 46 Introducción a SSL y TLS SSL: TLS: Secure Sockets Layer Protocolo usado en el web para autenticación y comunicación cifrada Desarrollado originalmente por Netscape como protocolo abierto Transport Layer Security Protocolo basado en SSL Publicado por el IETF Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer SSL 47 SSL Se coloca sobre TCP y bajo protocolos de aplicación como HTTP o IMAP. Permite que un servidor que use SSL se autentifique ante un cliente. Permite que un cliente que use SSL se autentifique ante un servidor Permite que un cliente y un servidor establezcan una conexión cifrada Incluye dos protocolos: el protocolo de registro SSL (formato de datos) y el protocolo de saludo (handshake) SSL Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer

25 SSL (cont.) 48 Autenticación del servidor Permite que el usuario confirme la identidad del servidor El cliente ha de soportar SSL El cliente comprueba que el certificado del servidor (y su identificador público) ha sido emitido por una CA de su confianza Muy importante para asegurarte de que envías tus datos donde crees que los estás enviando Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer SSL (cont.) 49 Autenticación del cliente Permite que el servidor confirme la identidad del usuario El servidor ha de soportar SSL El servidor comprueba que el certificado y el identificador público del cliente han sido emitidos por un CA Importante si el servidor quiere asegurarse de que envía información a cierto usuario Es opcional Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer

26 SSL (cont.) 50 Conexión cifrada Todos los datos son cifrados en emisión y descifrados en recepción Proporciona confidencialidad, importante para mantener transacciones privadas También se detecta si los datos han sido alterados en tránsito Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer Algoritmos de cifrado 51 Algoritmos de cifrado Se negocia cuál usar para autenticación, transmisión de certificados, claves de sesión en la presentación. Ejemplos: DES, Digital Encription Standard (y Triple-DES) DSA, Digital Signature Algoritm KEA, Key exchange algorithm MD5, Message Digest Algorithm RC2, RC4, Rivest Encription Cyphers RSA, Rivest, Shamir y Adleman Public Key Algorithm SHA-1, Secure Hash Algorithm Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer

27 Algoritmos de cifrado (cont.) 52 Juegos de algoritmos de cifrado La selección de algoritmos se hace mediante juegos de algoritmos. Los más habituales usan RSA para el intercambio de claves En general, el servidor elige el cifrado más fuerte que ofrece el cliente y admite él Cifrado más fuerte: Triple-DES (clave de 168 bits) con SHA-1 para autenticación de mensajes Cifrado fuerte: RC4 (clave de 128 bits) con MD5 para autenticación de mensajes Cifrado exportable de EEUU: RC4 (clave de 40 bits) y MD5 Cifrado más débil: Sin cifrado, MD5 para autenticación Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer Protocolo de saludo 53 Protocolo de saludo Usa el protocolo de registro SSL Intercambio de mensajes entre cliente y servidor al comienzo de una conexión SSL Autentica el servidor ante el cliente Permite que ambos elijan el algoritmo de cifrado Puede autenticar el cliente ante el servidor (opcional) Usa técnicas de clave pública para generar secretos compartidos Establece una conexión cifrada, a partir de ese momento, con clave simétrica (más rápido) Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer

28 Protocolo de saludo (cont.) 54 Fases Hola del cliente (juegos de cifrado, datos aleatorios, etc.) Hola del servidor (similar al del cliente, incluye certificado, y lo pide al cliente si es el caso) El cliente autentica al servidor El cliente crea un secreto premaster, lo cifra con la clave pública del servidor, y se lo envía. General el secreto master a partir de él El servidor genera el secreto master a partir del premaster cifrado Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer Protocolo de saludo (cont.) 55 Fases (2) Cliente y servidor usan el secreto master para generar claves simétricas de sesión El cliente finaliza el saludo (con dos mensajes, uno no cifrado y otro sí). El servidor finaliza el saludo de forma similar Comienza la sesión SSL El cliente también tiene que enviar su certificado si se le pide. Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer

29 Protocolo de saludo (cont.) 56 Se analiza el certificado recibido: Autenticación del servidor Estamos dentro del periodo de validez? Es el CA que lo ha emitido uno del que me fío? (directamente o siguiendo una cadena) Valida la clave pública del CA el certificado? Es el nombre de dominio del certificado del servidor? Termina el proceso de autenticación, y empieza el protocolo de saludo Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer Referencias 57 Referencias Introduction to SSL: contents.htm Especificación de SSL 3.0: Trazas de SSL 3.0: TLS Protocol version 1.0: ftp://ds.internic.net/internet-drafts/draft-ietf-tls-protocol-05. txt Aplicaciones y protocolos de transporte sobre redes móviles: Secure Sockets Layer

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