Exploration network chapter3

Protocolos y funcionalidad
de la capa de Aplicación

Aspectos básicos de networking: Capítulo 3

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Objetivos
Definir la capa de aplicación como el origen
y el destino de los datos para la comunicación
a través de redes.
Explicar la función de los protocolos en
relación con el soporte de la comunicación
entre los procesos de cliente y servidor.
Describir las funciones, el funcionamiento y la
utilización de los conocidos servicios de la
capa de aplicación TCP/IP (HTTP, DNS,
SMTP).


Aplicaciones: La interfaz entre las
redes de personas y las redes de datos
La capa de aplicación, la capa siete, es la capa superior de los
modelos OSI y TCP/IP.
Proporciona la interfaz entre las aplicaciones que usamos para
comunicarnos por medios de las redes subyacentes.


La capa de aplicaciones es la que utilizan los protocolos para el
intercambio de datos entre los programas que se ejecutan
entre los host origen y destino.
Hay muchos protocolos de la capa de aplicaciones y nuevos
protocolos siempre se están desarrollando.

HTTP HTTP


La funcionalidad los protocolos de aplicación del modelo TCP/IP se
encuentran ubicados en las 3 capas superiores del Modelo OSI:
–En el Modelo OSI son conocidas como: Aplicación, Presentación y
Sesión.
La mayoría de los principios de la capa de aplicación TCP/IP fueron
diseñados antes de la aparición de:
– Las computadoras personales, Interfaces graficas para los usuarios, los
objetos multimedia, entre otros.


La Capa de Presentación
La capa de presentación tiene 3 funciones esenciales :
– Codificación y conversión de los datos para permitir que los datos del dispositivo
origen sean interpretados por el dispositivo final.
– Compresión de los datos en una forma que puedan ser descomprimidos por el
dispositivo final.
– Encriptación de los datos para la transmisión y la desencriptcación de los mismos
por el dispositivo final.

Formatos de Compresión y Codificación:
GIF: Graphics Interchange Format
JPEG: Joint Photographic Experts Group
TIFF: Tagged Image File Format.


La Capa de Sesion

Crea y mantiene el dialogo entre las aplicaciones origen y destino.
Maneja el intercambio de informacion para:
Iniciar diálogos
Mantenerlos activos
Reiniciar las sesiones que se interrumpen o se vuelven inactivas durante un largo
período de tiempo.

La mayoría de las aplicaciones, como navegadores o clientes de correo
electrónico, incorporar la funcionalidad de las capas OSI 5, 6 y 7.


Petición de Comentarios o RFCs
Request For Comments

Los protocolos TCP/IP son generalmente definidos por los RFC´s
Administrado por la IETF(Internet Engineering Task Force)


La función de los protocolos en relación
con el soporte de la comunicación
Los protocolos de la Capa de Aplicación
son usados por ambos dispositivos, el origen y
el destino durante una sesión de comunicación.

Los protocolos de capa de Aplicación que
son implementados por ambos dispositivos,
deben tener coincidencia.

Protocolos: Establecen normas coherentes para el intercambio de datos.
Especifican la estructura y el tipo de mensajes que se intercambian.

Tipos: Petición, respuesta, acknowledgement, mensajes de error, etc.

Define el diálogo, velando por cumplir con las transmisiones y los tiempos de
espera de las respuestas de forma correcta.


Modelo Cliente Servidor

Cliente: es el dispositivo que solicita la informacion.
Servidor: es el dispositivo que responde las solicitudes.
El cliente inicia el intercambio solicitando datos desde el servidor.
El servidor responde mediante el envío de uno o varios flujos de datos al cliente.
Además de la transferencia de datos, este intercambio también podrá exigir la
información de control, tales como:
– autenticación de usuario
– la identificación de un fichero de datos a transferir

La función de los protocolos en relación
con el soporte de la comunicación
Los servidores normalmente tienen varios clientes solicitando
información al mismo tiempo.
Por ejemplo, un servidor Telnet puede tener muchos hosts que
solicitan conexiones a él.
– Estos clientes de forma individual realizan de forma
simultanea y separada que su trafico se envíe de manera
exitosa por medio de la red.

Los procesos de la capa de
aplicación y el reenvío de los
servicios permite la depuración de
forma exitosa de cada una de las
solicitudes.


Protocolos Comunes de la familia TCP/IP
Domain Name Service Protocol (DNS)
se utiliza para resolver nombres de
Internet a direcciones IP.
Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
se utiliza para transferir los archivos que
componen las páginas web de la World Wide
Web.
Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)
se utiliza para la transferencia de mensajes
de correo y archivos adjuntos.
Telnet, un protocolo de emulación de
terminal, se utiliza para proporcionar
acceso remoto a servidores y dispositivos
de red.
File Transfer Protocol (FTP) Se utiliza
para transferencia de archivos interactivos
entre sistemas.

HTTP DHCP
(WWW) (Asignación
Dinámica de
Direcciones IP)

FTP
(Transferencia de DNS
Archivos) (Resolución de
Nombres de
dominios)

SMTP SMB
(email) (Compartir
Archivos) entorno
Local

P2P
Telnet (Compartir
(login remoto) Archivos)


HTTP (Protocolo de Transferencia de HyperTexto)
HTTP HTTP
HTTP
HTTP Client
Server

HTTP – El protocolo de Capa de Aplicación
RFC 1945 y RFC 2616
Implementado en:
– Programas de los Cliente
– Programas de los Servidores

Versión actual: HTTP/1.1
Encapsulado en TCP

Web Browser - Cliente

Cliente
HTTP

Browser – Es la aplicación usada para acceder a la Web.
– Muestra las paginas Web solocitadas y proporcionan navegación por
estas y características de configuración.
HTTP no tiene nada que ver el como una pagina Web es interpretada por
el usuario.


Web Server

HTTP
Server

Web Server – Almacena objetos web, cada uno es direccionado por una
URL. Uniform Resource Locator
Implementacion del lado del servidor HTTP.
Ejemplos:
–Apache
–Microsoft Internet Information Server
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Interaccion Usuario-
Servidor: Cookies

– Alto performance – permite al server manejar cientos conexiones
TCP simultanea.
Los Web servers usan cookies para monitorear a los usuarios.
Cookies son definidas en el RFC 2109


Software de la Aplicaciones
Capa de Aplicación Usuarios
de los

En la Capa de Aplicación,
existen dos formas de Servicios
programas: programas de
software y programas de
procesos que proporcionan
acceso a la capa de red: Operaciones
Servicios de del Sistema
Aplicaciones
Aplicaciones disponibles para la red
Las Aplicaciones son los programas usados por las personas ppara
comunicarse sobre la red.
– Estas implementan los protocolos de la capa de aplicacion y son
capaces de comunicarse directamente con los protocolos mas
inferiores de la pila de Capas del OSI..
•Clientes de Emails
•Web Browsers © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 18

HTTPS

HTTPS (Hypertext Transfer Protocol sobre Secure Socket Layer) es
un esquema que sirve para indicar una conexión HTTP segura.
HTTPS no es un protocolo separado
– Combinación de una interacción normal HTTP sobre una encriptada:
• Secure Sockets Layer (SSL) o
• Conexion Transport Layer Security (TLS)


FTP (File Transfer Protocol)
Cliente Servidor
FTP FTP

FTP fue desarrollado para permitir la transferencia de archivos entre un cliente y un servidor.
Usado para subir y bajar archivos desde un servidor corriendo el demonio FTP (FTPd).
Usa los comandos get y put commands.
RFC 959

FTP (File Transfer Protocol)

Puerto de Control de Conexion TCP
Username and password
Change directory on Server

Puerto TCP de Conexion de Datos 20
Copy file from client to server – Connection Closed

Puerto TCP de Conexion de Datos 20
Copy file from server to client – Connection Closed

Puerto de Control de Conexion TCP
Quit FTPapplication– Connection Closed


SMTP – Simple Mail Transfer Protocol



Servidor Servidor
Agente de de Correos de Correos Agente de
Usuario Usuario
SMTP SMTP

POP3
IMAP

El correo via Internet involucra:
– Agentes de los Usuarios
– Servidores de Correo
– SMTP
– Protocolos de Acceso a Mails: POP3, IMAP, HTTP


Servidor Servidor
Agente de de Correos de Correos Agente de
Usuario Usuario
SMTP SMTP

POP3
IMAP

SMTP
– RFC 2821
– Transfiere mensajes desde la dirección de correo del emisor hasta la
dirección de correo del destinatario.
– Push protocol, not a pull protocol
Recuperación de correo electrónico
Históricamente, los usuarios inician sesión en un servidor de correo local para leer
el correo.
– Desde los años 990’s, los clientes usan los protocolos de acceso a correo tales
como:
•POP3
•IMAP
•HTTP © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 24

Telnet
Telnet Telnet

Server

Telnet proporciona un método estándar de emular la terminal o consola
basada en texto para la administración de los dispositivos en la red.

Telnet
Telnet soporte autenticacion
de los usuarios, pero no
encripta los datos.
Todos los datos intercambiado
durante una sesion de Telnet
son transportados en texto
plano.
Secure Shell (SSH) es un
protocolo que ofrece una
alternativa y un metodo seuro
para acceder a los servidores.
– Fuerte Autenticacion Aplicaciones Comerciales:
– Encripta los datos • Hyperterminal (no SSH)
• Secure CRT
• Tera Term
• Putty


DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol

Las direcciones IP´s y otros tipo de información pueden ser obtenidas de
las siguientes maneras
– Estáticamente
– Dinámicamente (DHCP)

DHCP
La información DHCP puede incluir:
– Dirección IP
– Mascara de Subred
– Default Gateway
– Nombre de Dominio
– Servidor de DNS
Los servidores de DHCP pueden ser:
– Servidores locales
– Routers
– Servidores en el ISP


DNS – Domain Name System

DNS permite a los usuarios (software) utilizar los nombres de dominios
en vez de las direcciones IP´s


Resolución de Nombres

Necesita la
direccion IP

Resolver
Los programas de cliente DNS utiliza para buscar información de
nombres DNS.
Resolución de Nombres
La dos formas de consultar esa solicitud de DNS (ya sea un cliente DNS
o de otro servidor DNS) son las siguientes:
Consultas Recursivas
Consultas realizadas por el host al servidor DNS local
Consultas Iterativas (que se repiten)
Consultas realizadas por el DNS local a otros servidores

nslookup

nslookup
Muestras el DNS server por defecto para tu host
Puede ser usado para consultar un nombre de dominio y obtener su
direccion IP.

Resolución de
Nombres
mediante el DNS

ipconfig /displaydns
– Despues de un tiempo, especificado con la siglas TTL (Time to Live)
que esta asociado con el registro de recursos de DNS.
–ipconfig /flushdns – Borrado manual de las entradas
El valor por defecto del TTL para respuestas positivas es 86,400
segundos (1 dia).
El valor por defecto del TTL para respuestas negativas es de 300
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SMB – Server Message Block Protocol

El Bloque de mensajes del servidor (SMB) es un protocolo
cliente/servidor para compartir archivos. IBM desarrollo el SMB en la
década de los 1980s para describir la estructura de como se comparten
recursos en la red, tales como directorios, archivos, impresoras y puertos
seriales.

SMB

Protocolo Solicitud/Respuesta .
Al igual que el FTP, los clientes establecen el tiempo de la conexión hacia
los servidores.
El cliente puede acceder a los recursos en el servidor como si el recurso
estuviese en su computador local.
SMB es enviado sobre TCP
– Luego de la salida al mercado de Windows 2000 se utiliza un
protocolo propietario (NETBIOS) para enviar SMB.
Linux/UNIX tiene un protocolo similar llamado: SAMBA

SMB

Los mensajes SMB pueden:
– Iniciar, autenticar y terminar sesiones.
– Controlar el acceso a los archivos e impresoras
– Permitir a una aplicación enviar o recibir mensajes desde otro
dispositivo.


Aplicaciones de Red Peer-to-Peer (P2P)

En adición al modelo cliente/servidor, además existe un modelo llamado
peer-to-peer. (par-a-par)
Dos o mas PC´s están conectadas por medio de la red y pueden compartir
recursos (tales como impresoras y archivos) sin necesidad de un servidor
dedicado.
Los dispositivos finales (peers) pueden funcionar como ya sea como un
servidor o un cliente. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 36

P2P File Sharing

Compartir archivos vía P2P (Peer-to-Peer) represento el mayor aumento
del tráfico en Internet que cualquier otra aplicación (2004).
Los Peers (hosts) actúan como ambos, clientes and servidores.
No se centraliza en servidores de archivos.
HTTP GET y las respuestas son de uso común.

P2P – Directorio Centralizado
Peer

Peer
Servidor Peer
Centralizador
de Directorios 1 – Informa y Actualiza 3 – Transferencia del
Archivo
Peer

El desafío con P2P – la localización de contenidos a través de miles o
millones de peers.
Una solución – directorio centralizado
Planteamiento hecho por Napster
Napster
Problemas (sin problemas legales)
– Único punto de falla
–Cuellos de botella de rendimiento© 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 38

P2P – Directorio Centralizado: Operación
1. El Peer inicia una aplicación P2P
2. Informa al servidor del directorio centralizado lo siguiente :
– Dirección IP
– Nombres de objetos para compartir (MP3, videos, etc.)
3. El servidor de directorios recolecta dicha información de cada uno de los
peer que se encuentran activos.
– Base de Datos Dinámica
– Mapea la dirección IP con los nombres de los objetos
4. El Peer A realiza una solicitud (pregunta) a servidor de directorios la
direccion IP de los otros peers y su contenido especifico
– El Servidor de Directorios responde la dirección IP de cada uno de los
peers (B, C,…N) remotos donde hay contenido para compartir
5. El Peer A establece una conexión TCP y descarga los archivos (por ejemplo
HTTP GET) desde el otro peer, Peer B.
6. El servidor de Directorios para mantener su base de Datos limpia, remueve
los Peers de su base de datos cuando se cierra la aplicación o se desconecta
de Internet (usando mensajes periódicos – pings – desde el servidor).

P2P – Inundación de Consultas
Query

Query hit
Peer B Peer C

Query
Query
Peer A Peer D Peer E

Gnutella
Peer F
Gnutella – dominio público de uso compartido de archivos de aplicaciones
Enfoque totalmente distribuido
– No existe un servidor centralizado
Gnutella peer mantienen una relación (conexión TCP) con una serie de
compañeros (generalmente menos de 10).


El Peer A en búsqueda de un archivo
1. El Peer A envía una consulta a todos los peers vecinos.
2. Si la vecindad del peer no tiene el archivo solicitado, se reenvía una
consulta a todos los peers de la vecindad
3. Si algún peer tiene el archivo, éste retorna un mensaje de query hit o
consulta exitosa.
4. El Peer A selecciona un peer, por ejemplo el Peer C, para recuperar el
archivo (HTTP GET)
5. Se establece una conexión TCP directa con el peer “seleccionado”, Peer
C.
6. Una respuesta HTTP se utiliza para enviar el archivo.
Inundación de Consultas
No es escalable y y provoca una importante cantidad de tráfico en
Internet.
Gnutella modifica los alcances de las inundaciones limitándolas, a un
maximo de 7 a 10 peers.

Como un peer sale y se une a la red Gnutella
1. Encontrando peers:
– Un programa Bootstrap: Cliente mantiene una lista de las direcciones
IP de los peers que son generalmente están activos
– Contacta al site Gnutella el cual mantiene dicha lista
2. El Cliente intenta hacer una conexión con los peers (conexión TCP)
3. El Cliente envía un mensaje de ping Gnutella al peer.
– Gnutella reenvía el ping a los otros peers, quienes continúan
reenviando el ping hasta que el limite es alcanzado.
4. Cada peer retorna a Gnutella un mensaje que incluye:
– Su dirección IP
– Numero de archivos que él esta compartiendo
– El tamaña total de los archivos
Bootstrap: Es un programa que se carga en la memoria y origina que el sistema operativo
entre en función. Es un protocolo de red UDP utilizado por los clientes de red para
obtener su dirección IP automáticamente. Normalmente se realiza en el proceso de
arranque de los ordenadores o del sistema operativo. Originalmente está definido en el
RFC 951. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 42

P2P - Combinación

Kazaa
Kazaa combina las ideas de Napster y
Gnutella
2004 – Contribuyo al trafico en Internet mas
que cualquier otra aplicación.
2007 – Bittorrent inicia como la aplicación
P2P líder.
Tecnología Propietaria

P2P - Combinación

Lider del
Grupo
Lider del
Grupo

Lider del
Grupo


P2P - Combinación

Kazaa no usa un servidor centralizado
– Peers (padres) Lideres de Grupo
• Altos anchos de banda y conectividad a Internet
• Posee más responsabilidades que Gnutella
– Peers (hijos) – no son lideres de grupo
Los peers hijos establecen una conexión TCP con el Líder del Grupo
Líder del Grupo:
– Mantiene un directorio de base de datos de los peers hijos
incluyendo la dirección IP de cada uno.
– Mantiene conexiones TCP con los otros Lideres de Grupo
Los peers hijos realizan preguntas de solicitud a su Lider de Grupo quien se
encarga de reenviar dicha solicitud a los otros Lideres de Grupo.
El peer hijo selección una conexión TCP y se transfiere el archivo.


Resumen


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