Redes y Telecomunicaciones II
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- Pablo Alarcón Soto
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1 Metas: Introducción: Redes y Telecomunicaciones II L07: Capa de Aplicación Ingº Manuel Peñaloza Figueroa Aspectos conceptuales, e implementación de los protocolos de aplicación de la red. Modelos de servicio de la capa de transporte Paradigma cliente-servidor Paradigma peer-to-peer Aprender acerca de los protocolos mediante el examen de los protocolos populares del nivel-deaplicación: HTTP FTP SMTP / POP3 / IMAP DNS Crear aplicaciones de red Socket API Algunas aplicaciones de red: web mensajería de texto login remoto P2P: compartir archivos juegos de red multiusuario streaming de vídeo almacenado (YouTube, Hulu, Netflix) voz sobre IP (e.g. Skype) vídeo conferencia en tiempo-real redes sociales búsqueda Introducción Introducción: Aplicaciones de red: principios Crear una aplicación de red: Escribir programas: que corran sobre diferentes sistemas finales que se comuniquen sobre la red e.g. Web: software del servidor Web se comunica con el software del browser Poco software escrito para dispositivos en el núcleo de la red dispositivos del núcleo de la red no corren aplicaciones usuarias aplicaciones sobre los sistemas extremos permite rápido desarrollo de aplicaciones y propagación application transport network data link physical application transport network data link physical application transport network data link physical Figura: La comunicación para una aplicación de red toma lugar entre los sistemas extremos en la capa de aplicación Principios (de las aplicaciones de red): arquitectura de las aplicaciones requerimientos de las aplicaciones
2 Aplicación: Arquitecturas Posible estructura de las aplicaciones: cliente-servidor peer-to-peer (P2P) - par a par - igual a igual cliente/servidor Server: host siempre "encendido" dirección IP permanente granjas de servidores para escalamiento Clientes: se comunican con el servidor pueden ser intermitentemente conectados pueden tener direcciones IP dinámicas no se comunican directamente el uno al otro El modelo cliente/servidor: Figura: El modelo cliente/servidor de las aplicaciones El modelo cliente/servidor: Servidor: es una aplicación que ofrece un servicio a los usuarios de Internet. Cliente: es un solicitante de un servicio. Aplicación: consiste de tanto una parte servidor como una parte cliente, los cuales pueden correr sobre la misma ó en diferentes sistemas. usuarios usualmente invocan la parte cliente de la aplicación, la cual construye una petición para un servicio particular y lo envía a la parte servidor de la aplicación usando /IP como vehículo de transporte. Servidor: es un programa que recibe una petición, ejecuta el servicio requerido, y envía de regreso los resultados en una réplica ó respuesta. puede usualmente tratar con múltiples peticiones y múltiples clientes solicitantes al mismo tiempo. Definiciones: Cliente: Cualquier programa de aplicación Contacta un servidor Forma y envía una petición Espera una respuesta Servidor: Usualmente un programa especializado que ofrece un servicio Espera una petición Computa una respuesta Emite una respuesta Lado del Cliente: Cualquier programa de aplicación puede volverse un cliente Debe de saber como alcanzar / llegar al servidor Dirección de Internet del servidor # de puerto del protocolo del servidor Usualmente fácil de construir
3 Lado del Servidor: Encuentra la ubicación del cliente a partir de la petición entrante Puede ser implementado con un programa de aplicación ó en el SO Arranca ejecución antes que las peticiones arriben Tiene que asegurar que cliente está autorizado Tiene que uphold/mantener reglas de protección Tiene que manejar múltiples peticiones concurrentes Usualmente complejo de diseñar y construir Algoritmo del Servidor Concurrente: Abrir puerto bien-conocido (well - known) Esperar por petición del siguiente cliente Crear un nuevo socket para el cliente Crear hilo / proceso para manejar petición Continuar con paso esperar Ilustración del orden apropiado de las funciones API del socket para implementar un interacción orientada a la conexión. Figura: Llamadas del Sistema de Sockets para un protocolo orientado-ala-conexión : Resumen El modelo Cliente-Servidor es la base para aplicaciones distribuidas El servidor es (proceso) programa complejo, especializado que ofrece un servicio Una aplicación arbitraria puede volverse un cliente con contactar un servidor y enviar una petición La mayor parte de los servidores son concurrentes Figura: Operación Cliente/Servidor en /IP. Figura: Red Cliente/Servidor
4 Arquitectura P2P pura Arquitecturas Arquitectura P2P Servidor no siempre "encendido" sistemas finales extremos directamente se comunican peers/iguales/pares son intermitentemente conectados y cambian direcciones IP ejemplo: Gnutella peer-peer F Altamente escalable pero dificultoso de manejar Figura: (a) (b) Arquitectura P2P Figura: Red Peer-to-Peer Híbrido de cliente-servidor y P2P Procesos: comunicación Sockets: Skype aplicación P2P voice-over-ip servidor centralizado: para encontrar dirección de partner remoto: conexión cliente-cliente: directa (no a través del servidor) Mensajería instantánea: el "chateo" entre 2 usuarios es P2P servicio centralizado: detección/localización de la presencia del cliente: el usuario registra su dirección IP con el servidor central cuando (el usuario) se pone en línea el usuario contacta el servidor central para encontrar direcciones IP de amigos Proceso: programa corriendo dentro de un host. dentro del mismo host, 2 procesos se comunican usando comunicación ínter-procesos (definido por el SO) procesos en diferentes hosts se comunican con intercambiar mensajes Proceso cliente: proceso que inicia la comunicación Proceso servidor: proceso que espera a ser contactado Nota: aplicaciones con arquitecturas P2P tienen procesos cliente & procesos servidor El proceso envía/recibe mensajes hacia/desde su socket El socket análogo a la puerta: el proceso que envía "empuja" el mensaje a la puerta el proceso que envía se basa en la infraestructura de transporte al otro lado de la puerta para despachar el mensaje hacia el socket del proceso recibiente. aplicación proceso transporte red enlace físical socket Internet aplicación proceso transporte red enlace física controlado por el desarrollador de ap. controlado por el SO
5 Para recibir mensajes, un proceso tiene que tener un identificador Dispositivo host tiene única dirección IP de 32- bit P: dirección IP del host sobre el cual el proceso corre es suficiente para identificar el proceso? Rpta: No, muchos procesos pueden estar corriendo sobre el mismo host. identificador incluye tanto dirección IP como #s de puerto asociado con el proceso sobre el host. Ejemplo de #s de puerto: servidor HTTP: 80 servidor de correo: 25 Para enviar mensaje HTTP al servidor web gaia.cs.umass.edu dirección IP: número de puerto: Cómo los Puertos Trabajan? Cada maquina servidor en el Internet ofrece su servicio a través de puertos ó UDP. Los puertos se usan para nombrar los puntos extremos de conexiones lógicas que acarrean conversaciones de larga duración ó de corta duración. IANA: Los números de puertos están divididos en 3 categorías Puertos Bien Conocidos: del 0 al 1023 pueden ser usados por procesos del sistema (ó root), ó por programas ejecutados por usuarios privilegiados Puertos Registrados: del 1024 al 4151 pueden ser usados por procesos de usuarios ordinarios Puertos Dinámicos y/o Privados: del al son libres de usar por cualquiera 26 Cómo los Puertos Trabajan? Ejemplo: (Unix/Linux) La máquina servidor esta corriendo 4 demonios para proporcionar diferentes servicios. Cada demonio está escuchando por arribos de clientes y por peticiones de clientes entrantes sobre su propio puerto único. El cliente especifica en la petición de conexión su propia dirección IP y su puerto fuente así como la dirección IP de la máquina servidor y el puerto del servidor. Luego la petición de conexión es enviada a la máquina servidor. Inmediatamente a la recepción de la petición de conexión del cliente, el demonio crea una copia de si misma, llamada forking que es un proceso hijo. El proceso hijo entonces tiene la conexión establecida con el cliente y maneja las peticiones subsecuentes desde ese cliente mientras el proceso padre regresa para escuchar por otros arribos de clientes. 27 Cómo los Puertos Trabajan? Ejemplo: (Unix/Linux) Figura: Un ejemplo de como los puertos trabajan. Daemon: Antes de proveer un servicio en el Internet, un servidor tiene que arrancar su proceso demonio primero. Un demonio se refiere a un programa de software que corre en segundo plano para proveer servicios. Aplicaciones de red: principios Protocolo de la capa de aplicación: define Tipos de mensajes intercambiados: e.g. petición y respuesta Sintaxis del mensaje: que campos en mensajes & como los campos están delineados Semántica del mensaje: significado de la información en los campos Reglas para cuando y como los procesos envían & responden a los mensajes Protocolos de dominiopúblico: definidos en RFCs tiene en cuenta interoperabilidad e.g. HTTP, SMTP Protocolos propietarios: e.g. Skype
6 Aplicaciones de red: principios Qué servicio de transporte una aplicación necesita? Aplicaciones de red: Principios Requerimientos del servicio de transporte: Aplicaciones comunes: Aplicaciones de red: principios Servicios de los protocolos transporte de Internet? Pérdida de datos algunas aplicaciones (e.g. audio) pueden tolerar alguna pérdida otras aplicaciones (e.g. transferencia de archivos, telnet) requieren transferencia confiable de datos al 100% Timing alguna aplicaciones (e.g. telefonía por Internet, juegos interactivos) requieren retardo bajo para ser "efectivos" Ancho de banda algunas aplicaciones (e.g. multimedia) requieren cantidad mínima de ancho de banda para ser "efectivos" otras aplicaciones ("aplicaciones elásticas") hacen uso de cualquier ancho de banda que ellos obtienen Aplicación Pérdida de datos throughput transferencia de archivos ninguna pérdida elástico no ninguna pérdida elástico no documentos Web ninguna pérdida elástico no vídeo/audio de tiempo real tolerante-pérdidas audio: 5kbps-1Mbps video:10kbps-5mbps vídeo/audio almacenado tolerante-pérdidas audio: 5kbps-1Mbps video:10kbps-5mbps Sensible al tiempo si, hasta 100tos de mseg. si, pocos seg. juegos interactivos tolerante-pérdidas pocos kbps a más si, hasta 100tos de mseg. mensajería de texto ninguna pérdida elástico si y no Servicio : orientada-a-la-conexión: "setup" requerido entre procesos cliente y servidor transporte confiable: entre procesos enviante y recibiente. control de flujo: el emisor no abrumará al receptor control de congestión: regular el flujo del emisor cuando la red sobrecargada no provee: timing, garantías de ancho de banda mínimo Servicio UDP: transferencia de datos no confiable entre el proceso emisor y recibiente no provee: "setup" de la conexión, confiabilidad, control de flujo, control de congestión, timing, ó garantía de ancho de banda. P: Por qué molestarse? Por qué hay un UDP? Aplicaciones de Internet: Tabla: Protocolos de la Capa de Aplicación y Protocolos subyacentes. Aplicación Protocolo de la capa de aplicación Protocolo subyacente # Puerto SMTP [RFC 2821], POP3, SMTP:25, POP3:110, IMAP4 [RFC 3501] IMAP4:143 Acceso de terminal remoto Telnet [RFC 854] 23 Transferencia de archivos FTP [RFC 959] 20, 21 Web HTTP [RFC 2616] 80 Web: memoria caché ICP RFC[2186] 3130 Resolución de nombres DNS 53 Sistema de archivos de red NFS 2049 Administración de redes SNMP 161, 162 Protocolo de enrutamiento RIP, BGP, OSPF UDP (RIP), (BGP), IP (OSPF) RIP:520, BGP:179 >1024 SIP, RTP, R, propietario (e.g. Telefonía Internet Vonage: Skype, Vonage, Dialpad, Net2phone) Multimedia streaming RTSP, propietario (e.g. RealNetworks), a veces >1024 UDP: para consultas edonkey: default : P2P Propietario (e.g. BitTorrent, edonkey) : para transferencia de datos 4662, UDP:5737 Aplicaciones de Internet: Para conocimiento: Pasando por alto UDP y : Algunas aplicaciones no desean usar los servicios proporcionados por la capa de transporte. Herramientas tales como ping y traceroute envían paquetes directamente sin abrir un socket UDP ó ; ellos usan los servicios proporcionados por la capa IP. Alguna aplicaciones incluso pasan por alto los servicios IP y directamente se comunican a través del canal de enlace. Por ejemplo: aplicaciones de "sniffing"-de-paquetes, tales como tcpdump y wireshark, capturan los paquetes en "bruto" directamente del "cable". Tales aplicaciones necesitan abrir un socket completamente diferente comparado con aquellos de UDP ó. Resumen Acrónimos: ICP: Internet Cache Protocol
7 Bibliografía: Básica: Computer Networking: A Top Down Approach, 5e. Jim Kurose, Keith Ross. Addison-Wesley, /IP Tutorial and Technical Overview. Lydia Parziale, David T. Britt, Chuck Davis, Jason Forrester, Wei Liu, Carolyn Matthews, Nicolas Rosselot. IBM Redbooks, December Bibliografía: Complementaria: The /IP Guide A Comprehensive, Illustrated Internet Protocols Reference Charles M. Kozierok No Starch Press, Internetworking With /IP Volume 1: Principles Protocols, and Architecture, 5th edition Douglas Comer, Prentice Hall,
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