Application layer. Protocolli a livello applicativo. Identificatori in Internet. Protocolli a livello applicativo, esempi. Francesco Dalla Libera
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- Gilda Bernasconi
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1 Protocolli a livello applicativo Application layer Francesco Dalla Libera! In questo livello si trovano diverse tipologie di oggetti: " protocolli di supporto a tutte le applicazioni: # DNS (Domain Name System, RFC 1034 e 1035); " protocolli di supporto ad applicazioni di tipo standardizzato: # SNMP (Simple Network Management Protocol, RFC 1157) per la gestione della rete; # FTP (File Transfer Protocol, RFC 959) per il trasferimento di file; # SMTP e POP3 (Simple Mail Transfer Protocol, RFC 821, e Post Office Protocol, RFC 1225) per la posta elettronica; # HTTP (HyperText Transfer Protocol, RFC 1945) alla base del World Wide Web; " applicazioni scritte in conformità ai protocolli di cui sopra; " applicazioni proprietarie, basate su regole di dialogo private (ad esempio, un'applicazione di tipo client/server per la gestione remota di un magazzino). 2 Protocolli a livello applicativo, esempi Identificatori in Internet SMTP HTTP TCP FTP TELNET IP (+ ICMP) ARP e RARP NFS DNS BOOTP RPC XDR UDP! Le persone hanno molteplici identificatori : " nome, n n passaporto, codice fiscale,! I telefoni sono denotati da un unico numero! Tutti i dispositivi collegati ad Internet ( (host, router) ) hanno almeno due identificatori: " Indirizzo IP ( (numero di 32 bit): utilizzato per indirizzare ed instradare i pacchetti nella rete " Hostname ( (stringa alfanumerica): nome simbolico utilizzato dalle persone Hardware e Data-level, es. Ethernet 3 4
2 Mapping tra hostname e indirizzo IP Domain Name System! Rete con pochi nodi: : soluzione centralizzata con uno spazio piatto dei nomi! Ad esempio: " inizialmente il database centralizzato del NIC " file hosts.txt! Rete con milioni di nodi: : soluzione distribuita con uno spazio gerarchico dei nomi " Domain Name System (DNS)! Scopo: " mappatura degli indirizzi IP in nomi simbolici e viceversa " identificazione dei servizi di posta " gestione alias! Esso consiste di: 1. uno schema gerarchico di naming,, basato sul concetto di dominio ( (domain); 2. un database distribuito che implementa lo schema di naming; 3. un protocollo per il mantenimento e la distribuzione delle informazioni sulle corrispondenze. 5 6 obiettivi progettuali componenti! Spazio dei nomi consistente! Organizzazione distribuita con possibilità di caching dell!informazione! Decentralizzazione del meccanismo di registrazione degli indirizzi! Possibilità di utilizzo completo in reti eterogenee: " con diverse famiglie di protocolli " con diverse modalità di gestione! Indipendente dal sistema di comunicazione e dal tipo di piattaforme sottostanti! Domain Name Space e Resource Records " Ovvero i dati: zone, descrittori, informazioni! Name Servers " Ovvero i possessori e gestori dell!informazione, con le funzionalità di server abilitati a rispondere alle query dei client! Resolvers " Ovvero i (primi) client del sistema DNS che sottomettono query per informazioni su hostname e indirizzi IP per conto delle applicazioni di rete 7 8
3 Schema di funzionamento! quando un'applicazione deve collegarsi ad una risorsa di cui conosce il nome simbolico (ad es. squit.dsi.unive.it), invia una richiesta al DNS server locale " l'applicazione chiama per questo una apposita procedura di libreria (resolver)! il DNS server locale, se conosce la risposta, la invia direttamente al richiedente. Altrimenti interroga a sua volta un DNS server di livello superiore,, e così via. " Quando finalmente arriva la risposta, il DNS server locale la passa al richiedente.! quando l'applicazione riceve la risposta (costituita del numero IP della risorsa in questione) crea una connessione TCP con la (o spedisce segmenti UDP alla) destinazione, usando l'indirizzo IP ricevuto. Nomi di Dominio! Gerarchici " regole per delegare l!autoritl autorità sui nomi! Al livello superiore possono esserci nomi generici o paesi! Nomi: " nomi ( (label)) di sottodomini separati da punti " case insensitive " Ogni label si compone di al più 63 caratteri alfanumerici " L!intero nome simbolico può essere di al più di 255 caratteri! Non è imposta nessuna relazione tra nomi, locazione geografica e reti IP 9 10 top-level domain! Il nome generico di un oggetto in rete è il seguente: host.subdomain3.subdomain2.subdomain1.topleveldomain! Esiste un insieme di domini di massimo livello (top-level domain), i più alti nella gerarchia (RFC 1591) " nomi di nazione cctld = Country Code Domains (.it,.jp,.uk, ) # ISO 3166 standard " nomi generici gtld = Generic Domains (.com,.net,.org,.info,.. )! ente di gestione: ICANN gerarchia dei nomi: domini e host! Nel caso di un host, la forma del nome simbolico è costituita da un certo numero di sottostringhe separate da punti, come nell'esempio seguente: host.subdomain3.subdomain2.subdomain1. subdomain3.subdomain2.subdomain1.topleveldomain squit.dsi.unive dsi.unive.itit! la prima sottostringa (quella più a sinistra) identifica il nome dell'host;! le altre sottostringhe (tranne quella più a destra) identificano ciascuna un sottodominio del dominio di cui alla sottostringa seguente;! l'ultima sottostringa (quella più a destra) identifica il top-level domain di appartenenza
4 gerarchia dei server DNS! Partizionamento della gerarchia dei nomi in zone gestite da uno o più name server! Ogni name server conosce " nomi/indirizzi all!interno della propria zona " i server dei propri sottodomini " il server radice! I domini sono aree strettamente gerarchiche! Le zone sono aree di convenienza servite da un server primario e opzionalmente server secondari " le zone possono contenere più sottodomini! authoritative record: : generato dal server che ha giurisdizione sull!informazione (che è supposto fornire sempre informazioni corrette e aggiornate) 13 Name server! processo in grado di gestire le seguenti informazioni: " informazioni di corrispondenza fra nomi simbolici e indirizzi IP. # Per ogni host del dominio esiste un resource record che contiene tali informazioni (authoritative( record) " l'identità dei name server responsabili dei sottodominii inclusi nel dominio # così da poter inviare loro le richieste che gli pervengono dall'alto della gerarchia; " l'identità del name server responsabile del dominio di livello immediatamente superiore (root server) # così da potergli inviare le richieste che gli pervengono dal basso della gerarchia 14 DNS: risoluzione dei nomi risoluzione dei nomi! Una richiesta che arriva a un name server può viaggiare verso l'alto nella gerarchia oppure (dal momento in cui perviene a un top-level domain server = root name server) ) verso il basso, a seconda dei casi.! Quando una risposta ritorna indietro, viene tenuta dal server in una sua cache per un certo periodo " qui costituisce un nuovo record, detto cached record perché contiene della informazione che potrebbe anche divenire, col passare del tempo, obsoleta e non più corretta. 15! Ogni computer ha una routine name resolver: " in Unix gethostbyname(), al contrario gethostbyaddress()! Il resolver spedisce una richiesta DNS al server locale! Se un name server locale non può risolvere un indirizzo, può arrivare a contattare il name server radice " name servers radice ridondanti e sparsi per il mondo ( in tutto) " Ogni name server radice ha gli indirizzi dei name server per tutti i nomi a due livelli (es. unive.it, cmu.edu, ibm.com)! Tipi di richiesta " ricorsiva: dammi la risposta " iterativa: dammi la risposta o un riferimento ad un altro server! Un name server può " restituire la risposta completa (indirizzo richiesto) " inoltrare la richiesta a un altro server " restituire un puntatore a un altro server da interrogare 16
5 root name server piattaforme utilizzate! Dopo lunghi dibattiti, si è arrivati a diversificare l!amministrazione l dei 13 root name server, che attualmente sono gestiti da enti militari statunitensi, organizzazioni commerciali e non-profit, Internet service providers, università e istituti di ricerca.! Tutti e 13 i name server sono posti in ambienti controllati e protetti anche da contingenze ambientali, che includono limitazioni e controlli sugli accessi fisici, protezioni contro incendi, allagamenti, e black-out (con generatori autonomi), diverse connessioni ad Internet (dal livello 1 al livello 3)! Tutti i root name server utilizzano qualche variante del sistema operativo Unix. " Tuttavia, sia l!hardware l sia il sistema operativo su cui si basano i name server è estremamente eterogeneo: tra i 13 name server, si contano 7 diverse piattaforme hardware con 8 diverse versioni di sistema operativo forniti da 5 diversi rivenditori a: root name server primario b-m: root name server secondari RR Descrittori di risorsa (Resource Records)! Ogni name server gestisce una collezione di descrittori di risorsa: <Name, Value, Type, Class, TTL>! Name è il nome simbolico dell!host a cui si associa un value! Il significato di Value dipende dal tipo del descrittore " Type SOA: Start Of Authority (parametri per la zona) " Type A: Value è l!indirizzo IP corrispondente " Type MX: Value è il nome del mail server (es. algol.unive.it) che accetta messaggi per il dominio specificato " Type CNAME: Value è il nome canonico per l!hostl (il nome dell!host è un alias: es. ihoh.dsi.unive.it invece di " Type NS: Value è il nome del name server a cui inoltrare la richiesta! Class: permette ad altre entità di definire dei tipi (IN = tipi Internet)! TTL: tempo di validità di un descrittore di risorsa! quando un cliente interroga il sistema per risolvere un nome, deve anche indicare il tipo di risposta desiderata. " Un!applicazione di posta elettronica indica che la risposta deve essere l!indirizzo l di un mail exchange " un programma di remote login si aspetta l!indirizzo l IP di una macchina 19 20
6 un altro esempio esempi di RR! spcw.dsi.uniroma1.it IN A ! Start of Authority IN SOA mcs.vuw.ac.nz mark.comp.vuw.ac.nz " ( ; Serial number " ; Refresh 8 hours " 7200 ; Retry 2 hours " ; Expire 7 days " ) ; Minimum 24 hours! Name Server " IN NS downstage.mcs.vuw.ac.nz! Address " embassy IN A " circa IN A ! Canonical Name " www IN CNAME circa spcw.dsi.uniroma1.it domain_name: : nome simbolico time_to_live: : la quantità di tempo (in secondi) trascorsa la quale il record viene tolto dalla cache (86400 = 1 giorno) IN class: : classe del record (INternet in questo caso). A type: : tipo del record (Address in) value: : indirizzo IP numerico DNS: ricerca di un!indirizzo resolver (lato client)! Ogni server ha autorità su una zona " deve esistere almeno un server secondario su una macchina diversa per ogni zona! Ogni cliente conosce l!indirizzo l di uno o più server! I server possono dialogare tra di loro, in alternativa: " ripetono la richiesta ad altri server e poi riportano la risposta al cliente ( (query ricorsiva) " ritornano al cliente l!indirizzo l di un server che potrebbe rispondere ( (query iterativa)! tipicamente il resolver del client usa query ricorsive e i server query iterative 23 24
7 Efficienza: caching! Se il server che ha l!authoritative l record non è disponibile può darsi che l!informazione l sia disponibile in qualche altro server (o addirittura nel cliente stesso)! Tutti i server devono conoscere almeno un altro server! Ogni record ha un TTL - time to live - che deve essere fissato dall!authoritative authoritative server per quel record " scaduto il tempo il record viene cancellato dalla cache! Recenti analisi hanno verificato che il valore di TTL più utilizzato è pari ad un giorno. Comunque, ciascun name server può utilizzare valori differenti Ridondanza: Server primari & secondari! Server primario " contiene la master list delle informazioni DNS per una particolare zona " Nel server primario possono essere effettuate modifiche sui nomi della zona! Server secondario " mantiene una copia delle informazioni, aggiornandole periodicamente dal server primario (tipicamente ogni sei ore) concludendo: scalabilità? FTP! Autorità e competenze delegate per i differenti Domini! Database dei dati partizionati in Zone! Replica dei dati delle Zone su più name server! Ampio uso di caching delle informazioni! Accesso file remoto! Indipendente dal tipo di sistema, alta trasparenza! Non assicura però il grado di accesso che un vero file system (remoto) darebbe! Trasferimento file! Interattività,, per facilitare l!accessol " anche batch! Gestione del formato dei file (ASCII, binario,..)! Autenticazione (in chiaro) 27 28
8 FTP, cont.! Cliente e server usano un nuovo processo per ogni trasferimento e connessioni TCP multiple " alla partenza connessione TCP con il server # control data connection sulla porta 21 " per ogni trasferimento di file viene attivata una nuova connessione # data transfer connection sulla porta 20! Il trasferimento dati avviene per mezzo del protocollo Telnet e si basa sul Network Virtual Terminal di Telnet performance! Il client apre la connessione TCP di controllo con il server; aperta la connessione, invia la richiesta di trasferimento del file su questo canale.! Il server quindi apre una separata connessione TCP per trasferirvi il file.! Per aprire ogni connessione si richiede un round-trip time di 1 RTT. " 1/2 RTT perché la richiesta giunga al server, e un altro 1/2 RTT perché la risposta torni indietro, oltre al tempo di trasmissione del file.! Tempo complessivo per una transazione FTP: 1 RTT control-channel OPEN 0.5 RTT send request on control-channel 1 RTT file-channel OPEN 0.5 RTT file starts to arrive on file-channel Ftrans time to transmit the file RTT + Ftrans = time to get the first file in FTP Schema trasferimento primo file In rosso le interazioni con il control channel in blu quelle sul canale per il trasferimento file Schema trasferimento file seguente Il control channel (in rosso) è già aperto. Il server ricevuta la richiesta apre il canale per il trasferimento (in blu) slow start... slow start RTT send request on control-channel 1 RTT file-channel OPEN 0.5 RTT file starts to arrive on file-channel Ftrans time to transmit the file RTT + Ftrans = time to get subsequent files 31 32
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