Redes de Computadroes Camada de aplicação

• O núcleo do desenvolvimento de aplicação de rede é escrever
programas que rodem em sistemas finais diferentes e se
comuniquem entre si.
• Ao desenvolver sua nova aplicação, você precisará escrever um
software que rode em vários sistemas finais.
• Esse software poderia ser criado, por exemplo, em C, Java ou
Python.
• Você não precisará escrever programas que executem nos
elementos do núcleo de rede, como roteadores e comutadores.
Princípios de aplicações de
rede

• A arquitetura de rede é fixa e provê um conjunto específico de
serviços.
• A arquitetura da aplicação é projetada pelo programador e
determina como a aplicação é organizada nos vários sistemas
finais.
• Em uma arquitetura cliente-servidor há um hospedeiro sempre
em funcionamento, denominado servidor, que atende a
requisições de muitos outros hospedeiros, denominados clientes.
Arquiteturas de aplicação de
rede

• A comunicação de uma
aplicação de rede ocorre
entre sistemas finais na
camada de aplicação.
rede

• A arquitetura P2P utiliza a comunicação direta entre duplas de
hospedeiros conectados alternadamente, denominados pares.
• Uma das características mais fortes da arquitetura P2P é sua
autoescalabilidade.
• As futuras aplicações P2P estão diante de três principais desafios:
1. ISP Amigável.
2. Segurança.
3. Incentivos.
rede

rede

• Processos de aplicação, sockets e protocolo de transporte
subjacente.
Comunicação entre
processos

• Uma aplicação de rede consiste em pares de processos que
enviam mensagens uns para os outros por meio de uma rede.
• Um processo envia mensagens para a rede e recebe mensagens
dela através de uma interface de software denominada socket.
• Para identificar o processo receptor, duas informações devem ser
especificadas:
1. o endereço do hospedeiro e
2. um identificador que especifica o processo receptor no
hospedeiro de destino.
Comunicação entre
processos

• Transferência confiável de dados
• Vazão
• Temporização
• Segurança
Serviços de transporte
disponíveis para aplicações

• A Internet disponibiliza dois protocolos de transporte para
aplicações, o UDP e o TCP.
• Requisitos de aplicações de rede selecionadas:
providos pela Internet

• Aplicações populares da Internet, seus protocolos de camada de
aplicação e seus protocolos de transporte subjacentes:
providos pela Internet

Um protocolo de camada de aplicação define:
• Os tipos de mensagens trocadas.
• A sintaxe dos vários tipos de mensagens, tais como os campos da
mensagem e como os campos são delineados.
• A semântica dos campos, isto é, o significado da informação nos
campos.
• Regras para determinar quando e como um processo envia
mensagens e responde a mensagens.
Protocolos de camada de
aplicação

• Talvez o que mais atraia a maioria dos usuários da Web é que ela
funciona por demanda.
• O HTTP — Protocolo de Transferência de Hipertexto (HyperText
Transfer Protocol) —, o protocolo da camada de aplicação da
Web, está no coração da Web e é definido no [RFC 1945] e no
[RFC 2616].
• O HTTP é executado em dois programas:
1. um cliente e
2. outro servidor.
A Web e o HTTP

• Uma página Web é constituída de objetos.
• Um objeto é apenas um arquivo que se pode acessar com um
único URL.
• A maioria das páginas Web é constituída de um arquivo-base
HTML e diversos objetos referenciados.
• O HTTP usa o TCP como seu protocolo de transporte subjacente.
• O HTTP é denominado um protocolo sem estado.
A Web e o HTTP

• Quando a interação cliente-servidor acontece por meio de conexão
TCP, o programador da aplicação precisa tomar uma importante
decisão:
• Conexões não persistentes — cada par de requisição/resposta
deve ser enviado por uma conexão TCP distinta.
• Conexões persistentes — todas as requisições e suas respostas
devem ser enviadas por uma mesma conexão TCP.
Conexões persistentes e não
persistentes

Mensagem de requisição HTTP
• Apresentamos a seguir uma mensagem de requisição HTTP típica:
GET /somedir/page.html HTTP/1.1
Host: www.someschool.edu
Connection: close
User-agent: Mozilla/5.0
Accept-language: fr
Formato da mensagem
HTTP

• Formato geral de uma mensagem de requisição HTTP
Formato da mensagem
HTTP

Mensagem de resposta HTTP
• Apresentamos a seguir uma mensagem de resposta HTTP típica:
HTTP/1.1 200 OK
Connection: close
Date: Tue, 09 Aug 2011 15:44:04 GMT
Server: Apache/2.2.3 (CentOS)
Last-Modified: Tue, 09 Aug 2011 15:11:03 GMT
Content-Length: 6821
Content-Type: text/html
(dados dados dados dados dados ...)
Formato da mensagem
HTTP

• Formato geral de uma mensagem de resposta HTTP
Formato da mensagem
HTTP

Cookies, definidos no [RFC 6265], permitem que sites monitorem
seus usuários.
A tecnologia dos cookies tem quatro componentes:
1. uma linha de cabeçalho de cookie na mensagem de resposta
HTTP;
2. uma linha de cabeçalho de cookie na mensagem de requisição
HTTP;
3. um arquivo de cookie mantido no sistema final do usuário e
gerenciado pelo navegador do usuário;
4. um banco de dados de apoio no site.
Interação usuário-servidor:
cookies

• Mantendo o
estado do
usuário com
cookies.
Interação usuário-servidor:
cookies

• Um cache Web — também denominado servidor proxy — é uma
entidade da rede que atende requisições HTTP em nome de um
servidor Web de origem.
Clientes requisitando objetos
por meio de um cache Web:
Caches Web

• GET condicional – mecanismo que permite que um cache
verifique se seus objetos estão atualizados.
Transferência de arquivo: FTP
• Em uma sessão FTP típica, o usuário quer transferir arquivos de
ou para um hospedeiro remoto.
• HTTP e FTP são protocolos de transferência de arquivos e têm
muitas características em comum.
GET condicional

• FTP transporta arquivos entre sistemas de arquivo local e remoto:
Transferência de arquivo:
FTP

• Conexões de controle e de dados:
Transferência de arquivo:
FTP

Alguns dos comandos mais comuns são descritos a seguir:
• USER username: usado para enviar identificação do usuário ao
servidor.
• PASS password: usado para enviar a senha do usuário ao servidor.
• LIST: usado para pedir ao servidor que envie uma lista com todos
os arquivos existentes no atual diretório remoto.
• RETR filename: usado para extrair um arquivo do diretório atual
do hospedeiro remoto.
Camadas e respostas FTP

• STOR filename: usado para armazenar um arquivo no diretório
atual do hospedeiro remoto.
Algumas respostas típicas, junto com suas possíveis mensagens, são
as seguintes:
• 331 Nome de usuário OK, senha requisitada
• 125 Conexão de dados já aberta; iniciando transferência
• 425 Não é possível abrir a conexão de dados
• 452 Erro ao escrever o arquivo
Camadas e respostas FTP

• Uma visão do
sistema de e-mail
da Internet.
Correio eletrônico na
Internet

• O SMTP transfere mensagens de servidores de correio remetentes
para servidores de correio destinatários.
Alice envia uma mensagem a Bob:
SMTP

• Um cabeçalho de mensagem típico é semelhante a:
From: alice@crepes.fr
To: bob@hamburger.edu
Subject: Searching for the meaning of life.
• Após o cabeçalho da mensagem, vem uma linha em branco e, em
seguida, o corpo da mensagem (em ASCII).
• Você pode usar o Telnet para enviar a um servidor de correio uma
mensagem que contenha algumas linhas de cabeçalho, inclusive
Subject:. Para tal, utilize o comando telnet serverName 25.
Formatos de mensagem de
correio

• Protocolos de e-mail e suas entidades comunicantes
Protocolos de acesso ao
correio

• Há duas maneiras de identificar um hospedeiro — por um nome
de hospedeiro e por um endereço IP.
• Para conciliar isso, é necessário um serviço de diretório que
traduza nomes de hospedeiro para endereços IP.
• Esta é a tarefa principal do DNS da Internet.
• O DNS é (1) um banco de dados distribuído executado em uma
hierarquia de servidores de DNS, e (2) um protocolo de camada
de aplicação que permite que hospedeiros consultem o banco de
dados distribuído.
DNS: o serviço de diretório
da Internet

O DNS provê alguns outros serviços importantes além da tradução
de nomes de hospedeiro para endereços IP:
• Apelidos (aliasing) de hospedeiro.
• Apelidos de servidor de correio.
• Distribuição de carga.
da Internet

• Nenhum servidor DNS isolado tem todos os mapeamentos para
todos os hospedeiros da Internet.
• Em vez disso, os mapeamentos são distribuídos pelos servidores
DNS.
Parte da hierarquia
de servidores
DNS
da Internet

• Servidores DNS raiz em 2012 (nome, organização, localização)
da Internet

• Interação dos diversos servidores
DNS:
da Internet

• O DNS explora extensivamente o cache
para melhorar o desempenho quanto ao
atraso e reduzir o número de mensagens
DNS que dispara pela Internet.
• Consultas recursivas em DNS:
da Internet

• Um registro de recurso é uma tupla de quatro elementos que
contém os seguintes campos:
(Name, Value, Type, TTL)
• Formato da mensagem DNS
Registros e mensagens DNS

Distribuição de arquivos P2P
• Na distribuição de arquivos P2P, cada par pode redistribuir
qualquer parte do arquivo recebido para outros pares, auxiliando,
assim, o servidor no processo de distribuição.
• O tempo de distribuição é o tempo necessário para que todos os N
pares obtenham uma cópia do arquivo.
• O BitTorrent é um protocolo P2P popular para distribuição de
arquivos.
Aplicações P2P

Um problema ilustrativo de
distribuição de arquivo
Aplicações P2P

Tempo de distribuição
para arquiteturas P2P
e cliente-servidor
Aplicações P2P

Distribuição de arquivos com
o BitTorrent
Aplicações P2P

Distributed Hash Tables (DHTs)
• Vamos considerar como montar uma versão distribuída, P2P, de
um banco de dados, que guardará os pares (chave, valor) por
milhões.
• No sistema P2P, cada par só manterá um pequeno subconjunto da
totalidade (chave, valor).
• Permitiremos que qualquer par consulte o banco de dados
distribuído com uma chave em particular.
Aplicações P2P

• O banco de dados distribuído, então, localizará os pares que
possuem os pares (chave, valor) correspondentes e retornará os
pares chave-valor ao consultante.
• Qualquer par também poderá inserir novos pares chave-valor no
banco de dados.
• Esse banco de dados distribuído é considerado como uma tabela
hash distribuída (DHT — Distributed Hash Table).
Aplicações P2P

• O DHT circular oferece uma solução bastante elegante para
reduzir a quantidade de informação sobreposta que cada par deve
gerenciar.
Aplicações P2P

• Em sistemas P2P, um par pode vir ou ir sem aviso.
• Suponha que o par 5 da figura anterior saia de modo abrupto.
• Os dois pares precedentes ao que saiu (4 e 3) saberão que o par
saiu, pois não responde mais às mensagens de ping.
• Os pares 4 e 3 precisam, portanto, atualizar as informações do
estado de seu sucessor.
Aplicações P2P

• Consideraremos agora como o par 4 atualiza seu estado:
1. O par 4 substitui seu primeiro sucessor (par 5) por seu segundo
sucessor (par 8).
2. O par 4, então, pergunta a seu novo primeiro sucessor (par 8) o
identificador e o endereço IP de seu sucessor imediato (par 10).
O par 4, então, torna o par 10 seu segundo sucessor.
Aplicações P2P

• Há dois tipos de aplicações de rede.
• Um deles é uma execução cuja operação é especificada em um
padrão de protocolo.
• O outro tipo de aplicação de rede é uma aplicação de rede
proprietária.
Programação de sockets com UDP
• Usaremos a aplicação cliente-servidor simples a seguir para
demonstrar a programação de socket para UDP e TCP:
Programação de sockets:
criando aplicações de rede

1. Um cliente lê uma linha de caracteres (dados) do teclado e a
envia para o servidor.
2. O servidor recebe os dados e converte os caracteres para
maiúsculas.
3. O servidor envia os dados modificados ao cliente.
4. O cliente recebe os dados modificados e apresenta a linha em sua
tela.
Programação de sockets com
UDP

A aplicação
cliente-servidor
usando UDP
UDP

• O processo TCPServer tem dois sockets
TCP

• A aplicação cliente-servidor
usando TCP
TCP

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