Уровень приложений (2). Уровень приложений мдк. 01. 02. Организация, принципы построения и функционирования компьютерных сетей Время на изучение 4 часа Задание
![]()
|
УРОВЕНЬ ПРИЛОЖЕНИЙМДК.01.02. Организация, принципы построения и функционирования компьютерных сетейВремя на изучение: 4 часаЗадание
Что надо знать:
Содержание
Пересмотр моделей OSI и TCP/IPУровень приложений является самым верхним уровнем в моделях OSI и TCP/IP. Функциональные возможности протоколов уровня приложений TCP/IP охватывают примерно три верхних уровня модели OSI: уровень приложения, уровень представления и сеансовый уровень. Уровни 5, 6 и 7 модели OSI используются в качестве опорных для разработчиков и поставщиков прикладного программного обеспечения, чтобы создавать продукты, которым требуется доступ к сети (например, веб-браузеры). Уровень приложенийУровень приложений ближе всех находится к конечному пользователю. На этом уровне обеспечивается взаимодействие между приложениями, используемыми для обмена данными, и базовой сетью, по которой передаются сообщения. Протоколы уровня приложений используются для обмена данными между программами, исполняемыми на узле-источнике и узле-получателе. Уровень представленияНа уровне представления задействованы три основные функции:
На уровне представления форматируются данные уровня приложений и устанавливаются стандарты форматов файлов Сеансовый уровеньСеансовый уровень
Протоколы прикладного уровня TCP/IP определяют форматы и управляют данными, необходимыми для многих распространённых функций обмена данными через Интернет.
Протоколы уровня приложений TCP/IP
Одноранговые сетиВ P2P-сети два компьютера (или более двух) подключаются между собой по сети и могут открывать доступ к своим ресурсам (например, к принтерам и файлам) без использования выделенного сервера. Каждое подключённое к сети оконечное устройство (также называемое одноранговым) может выполнять функции как сервера, так и клиента. Один компьютер может играть роль сервера для одной операции, одновременно выступая в роли клиента для других операций. Функции клиента и сервера устанавливаются по запросу. Сетевая модель P2P состоит двух частей: P2P-сетей и P2P-приложений. Обе части имеют сходные функции, но принцип их работы отличается Одноранговые сетиПримером может служить простая домашняя сеть с двумя компьютерами, как показано на рисунке. В этом примере к Узлу2 принтер подключён напрямую через USB, а к принтеру открыт общий доступ по сети, чтобы Узел1 мог его использовать. Роли клиента и сервера устанавливаются на время запроса. Оба устройства считаются равными в рамках обмена данными Одноранговые приложенияВ некоторых P2P-приложениях используется гибридная система, где общий доступ к ресурсам децентрализован, а индексы, указывающие на местоположения ресурсов, хранятся в центральном каталоге. В гибридной системе каждый узел обращается к серверу индексации, чтобы получить местоположение ресурса, который хранится на другом узле. Сервер индексации также может помогать узлам подключаться друг к другу, но после установки соединения узлы обмениваются данными без дополнительного обращения к серверу. P2P-сетиВ P2P-сети использование ресурсов в сети децентрализовано. Большинство современных операционных систем поддерживают открытие общего доступа к файлам и принтерам без дополнительного серверного программного обеспечения. Недостатком одноранговых сетей является сложность применения политики безопасности и доступа. Учётные записи пользователей и права доступа должны отдельно настраиваться на каждом устройстве. Модель типа «клиент-сервер»В модели типа «клиент-сервер» устройство, запрашивающее информацию, называется клиентом, а устройство, которое отвечает на данный запрос, — сервером. Клиент начинает обмен данными, отправляя запрос на получение данных с сервера, который в ответ отправляет один или несколько потоков данных клиенту. Протоколы уровня приложений описывают формат запросов и ответов между клиентами и серверами. В дополнение к фактической передаче данных для этого обмена данными также может потребоваться аутентификация пользователей и идентификация передаваемых файлов данных. Одноранговые приложения
Типичные приложения P2PC помощью приложений P2P все компьютеры в сети, где функционирует приложение, могут выступать в роли клиента или сервера для других компьютеров в сети, где функционирует это приложение К типичным P2P-приложениям относятся:
Типичные приложения P2PКак показано на рисунке, клиентское программное обеспечение, совместимое с протоколом Gnutella, позволяет пользователям подключаться к сервисам Gnutella через Интернет, а также находить и использовать ресурсы, доступ к которым был открыт другими узлами Gnutella. Для доступа к сети Gnutella существует множество клиентских приложений, в том числе: Gnucleus, BearShare, Morpheus, LimeWire, WinMX и XoloX. Модель типа «клиент-сервер»Пример сети типа «клиент-сервер» является сервис электронной почты для отправки, получения и хранения сообщений электронной почты. клиенту. Почтовый клиент на домашнем компьютере отправляет запрос серверу электронной почты на получение списка новых сообщений. Сервер отвечает, отправляя запрошенное сообщение клиенту. Модель типа «клиент-сервер»Клиент может передавать файл на сервер для хранения. Как показано на рисунке: - передача данных от клиента к серверу называется отправкой - в направлении от сервера к клиенту — загрузкой. После ввода в адресной строке веб-адреса или унифицированного указателя ресурса (URL-адрес) веб-браузер устанавливает соединение по протоколу HTTP с веб-сервисом, запущенным на сервере. Пример URL: http://www.cisco.com/index.html Пример URL: http://www.cisco.com/index.html На первом шаге браузер интерпретирует три части URL-адреса: 1. http (протокол или схема); 2. www.cisco.com (имя сервера); 3. index.html (название конкретного запрашиваемого файла). На шаге 2 браузер проверяет имя сервера www.cisco.com, чтобы преобразовать его в числовой адрес, по которому устанавливается подключение к серверу. Согласно требованиями HTTP-протокола браузер отправляет GET-запрос серверу и запрашивает файл index.html. На третьем шаге сервер отправляет браузеру HTML-код этой веб-страницы. На 4 шаге браузер декодирует HTML-код и форматирует страницу в окне браузера. HTTP и HTTPSРазработаны для публикации и получения HTML-страниц Используются для передачи данных Определяют протокол «запрос-отклик» Протокол HTTP основан на механизме «запрос-отклик». Когда клиент (обычно веб-браузер) отправляет запрос веб-серверу, протокол HTTP определяет типы сообщений, используемые для этого взаимодействия. HTTP и HTTPSТри стандартных типа сообщений: GET, POST и PUT
HTTP и HTTPSПротокол HTTP не является безопасным, сообщения запросов передаются серверу открытым текстом, который может быть перехвачен и прочитан. Для защищённого двустороннего обмена данными с веб-серверами в Интернете используется протокол HTTPS. HTTPS позволяет использовать аутентификацию и шифрование для защиты данных, пересылаемых между клиентом и сервером. В протоколах HTTPS и HTTP процессы «клиент запрашивает — сервер отвечает» аналогичны, но поток данных шифруется посредством SSL перед началом передачи по сети. SMTP, POP и IMAPSMTP, POP и IMAP
SMTP, POP и IMAPДля работы с электронной почтой используются три отдельных протокола: SMTP, POP и IMAP.SMTP: отправка сообщений с клиента или с сервераPOP: получение сообщение от почтового сервераIMAP: протокол доступа к сообщениям в ИнтернетеПочтовый клиент предоставляет функции обоих протоколов в рамках одного приложения SMTP, POP и IMAP
SMTP, POP и IMAPКогда клиент отправляет сообщение электронной почты, процесс SMTP-клиента подключается к процессу SMTP-сервера по известному 25.Установив соединение, клиент пытается отправить по нему сообщение электронной почты серверу. SMTP, POP и IMAP
SMTP, POP и IMAPПротокол POP позволяет рабочим станциям получать сообщения электронной почты с серверов электронной почты.При использовании протокола POP сообщения загружаются клиентом с сервера и удаляются на сервере. Сетевой сервис POP на сервере пассивно ожидает запросов подключения клиентов к TCP-порту 110. Служба доменных имёнПротокол DNS служит для преобразования читаемых имён, используемых для ссылки на сетевые ресурсы. Протокол DNS определяет автоматизированный сервис, который сопоставляет имена ресурсов с соответствующими числовыми сетевыми адресами. В этом протоколе описывается формат для запросов, ответов и самих данных. При обмене данными по протоколу DNS используется единый формат, который называется сообщением. Такой формат сообщения используется для всех типов запросов клиента и ответов сервера, сообщений об ошибках и передачи записей ресурсов между серверами. SMTP, POP и IMAPПринцип работы протокола POP:
IMAP
Если пользователь решает удалить сообщение, оно синхронно удаляется из клиента и с сервера. Служба доменных имёнПринцип работы DNS - Шаг 1 Служба доменных имёнПринцип работы DNS - Шаг 2 Служба доменных имёнПринцип работы DNS - Шаг 3 Служба доменных имёнПринцип работы DNS - Шаг 4 Служба доменных имёнПринцип работы DNS - Шаг 5 Формат сообщений DNS
Формат сообщений DNSКогда клиент выполняет запрос, процесс BIND сервера сначала ищет это имя в своих записях, чтобы разрешить его. Если имя не удалось разрешить по локальным записям, сервер обращается к другим серверам для разрешения имени Сервер временно хранит числовой адрес, соответствующий имени в кэш-памяти Команда Windows ipconfig /displaydns отображает все кэшируемые DNS Иерархия DNSПримеры доменов верхнего уровня: .au — Австралия .co — Колумбия .com — коммерческое или промышленное предприятие .jp — Япония .org — некоммерческая организация Пример работы DNSПредположим, мы набрали в браузере адрес cisco.netacad.net.Браузер спрашивает у сервера DNS: «какой IP-адрес у cisco.netacad.net»?Пример работы DNS
Пример работы DNSТогда сервер DNS направляет свой запрос к 204.74.112.1, но тот отвечает «У меня нет информации о данном сервере, но я знаю, что 207.142.131.234 поддерживает доменную зону netacad.net.»Наконец, тот же запрос отправляется к третьему DNS-серверу (который является авторитетным сервером для зоны netacad.net), и получает ответ — IP-адрес, который и возвращает клиенту — браузеру.Запрос на определение имени обычно не идёт дальше кеша DNS, который помнит (ограниченное время) ответы на запросы, проходившие через него ранее.Пример работы DNSВ данном случае при разрешении имени, то есть в процессе поиска IP по имени:
Утилита nslookup
Утилита nslookupНапример, при вводе команды nslookup dns-sjk.cisco.com утилита выдает информацию о хосте представленная на рисунке.DHCP
DHCPDHCP разработан на базе Bootstrap Protocol (BOOTP), системы для автоматического получения информации о конфигурации BOOTP-клиентом от BOOTP-сервера при начальной загрузке.DHCP построен по схеме клиент-сервер, где DHCP-сервер выделяет сетевые адреса и доставляет конфигурационные параметры динамически конфигурируемым ЭВМ.DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамической конфигурации узлов) поддерживает:
DHCP позволяет назначать IP-адреса тремя способами:
Динамическое назначение полезно в ситуации, когда компьютеры подключаются к сети время от времени.При отключении от сети IP-адрес становится клиенту ненужным; он извещает об этом сервер, так что тот может переназначить адрес нуждающемуся в нем узлу.
DHCPDISCOVER Клиент Сервер Все активные DHCP серверы посылают в ответ широковещательное сообщение - пакет DHCPOFFER, содержащий предлагаемый IP-адрес и "время аренды" (срок, в течение которого клиент может пользоваться адресом). DHCPDISCOVER DHCPOFFER Клиент Сервер Клиент выбирает адрес из полученных пакетов DHCPOFFER. (Выбор клиента зависит от его назначения - например, он может выбрать адрес с наибольшим временем аренды).Вслед за тем клиент посылает пакет DHCPREQUEST с адресом выбранного сервера.DHCPDISCOVER DHCPOFFER DHCPREQUEST Клиент Сервер Выбранный сервер посылает подтверждение (DHCPACK), и процесс согласования завершается. Пакет DHCPACK содержит оговоренные адрес и время аренды.DHCPACK DHCPDISCOVER DHCPOFFER DHCPREQUEST Клиент Сервер Взаимодействие клиента и сервера при выделении сетевого адреса
Протокол передачи файлов (FTP)
Для передачи данных по FTP требуется два соединения между клиентом и сервером: одно для команд и ответов, другое — для фактической передачи файлов. Протокол передачи файлов (FTP)Клиент устанавливает первое соединение с сервером для управления трафиком, который состоит из команд клиента и ответов сервера.Затем клиент устанавливает второе соединение с сервером для непосредственной передачи данных.Это подключение создаётся для каждой передачи данных.Данные могут передаваться в любом направлении.Клиент может загрузить (принять) данные с сервера или отправить данные на сервер.Блок сообщений сервераПротокол SMB описывает доступ к файловой системе и способ запроса файлов клиентами. Он также описывает связь между процессами SMB. Все сообщения SMB имеют общий формат. Блок сообщений сервера (SMB)
Блок сообщений сервераС помощью сообщений SMB можно выполнять следующие действия:
Тенденции, такие как «принеси на работу своё собственное устройство» (BYOD), доступ из любой точки мира, виртуализация и межмашинные подключения (m2m) открывают путь для новых классов приложений. Ожидается, что к 2020 г. будут связаны между собой около 50 миллиардов устройств. За один только 2010 год было разработано более 350 000 приложений, которые были загружены более трёх миллионов раз. Всё это приводит к созданию интуитивных связей между пользователями, процессами, данными и вещами в сетях. Внедрение цифровых технологий, таких как смарт-теги и расширенные сетевые возможности, реализованные в простых изделиях, от велосипедов и бутылок до холодильников и автомобилей, и подключение их к Интернету позволит людям и компаниям взаимодействовать друг с другом новыми и почти невообразимыми способами. Объекты смогут собирать, получать и отправлять информацию пользователям и другим подключённым объектам. Более 100 миллионов торговых автоматов, транспортных средств, систем пожарной сигнализации и других устройств уже сегодня автоматически обмениваются своими данными. А данным рыночных аналитиков компании Berg Insight эта цифра я в 2016 г. составило 360 миллионов. Как показано на рисунке, эта новая волна в интернет-разработке известна под названием «Всеобъемлющий Интернет». Передача сообщения по сетиПри использовании модели TCP/IP полный процесс обмена данными состоит из шести шагов. Первый шаг - это создание данных на уровне приложений исходного оконечного устройства. Передача сообщения по сетиВ этом случае после создания запроса веб-клиента (HTTP GET) эти данные будут закодированы, сжаты и, если необходимо, зашифрованы. Этот процесс выполняется на уровне приложений модели TCP/IP, но к нему также относятся функции, описанные уровнем приложений, уровнем представления и сеансовым уровнем модели OSI. Передача сообщения по сетиШаг второй. Сегментация и первоначальная инкапсуляция данных по мере их прохождения по стеку протоколов. На транспортном уровне сообщение HTTP GET будет разбито на более мелкие и более управляемые части, в каждую из которых будет добавлен заголовок транспортного уровня. В заголовках транспортного уровня находятся индикаторы, по которым можно будет воссоздать сообщение. В заголовок также добавляется идентификатор — номер порта 80. Он сообщает конечному серверу, что сообщение предназначено для приложения веб-сервера. Также добавляется сгенерированный случайным образом исходный порт, чтобы клиент смог получить ответное сообщение и переслать его соответствующему клиентскому приложению. Передача сообщения по сетиШаг третий. Адресация - далее в сегменты добавляются идентификаторы адреса. Так же, как существует несколько уровней протоколов, которые подготавливают данные для передачи в место назначения, существует несколько уровней адресации для обеспечения доставки данных. Задача сетевого уровня — добавить адресацию, чтобы обеспечить передачу данных с исходного узла на узел, который их использует. На сетевом уровне это выполняется путём инкапсуляции каждого сегмента в заголовок IP-пакета. Заголовок IP-пакета содержит IP-адреса исходного и оконечного устройств. Передача сообщения по сетиШаг четвертый. Подготовка к передаче – далее пакет передаётся на уровень сетевого доступа для генерации данных в физической среде. Для этого на уровне сетевого доступа пакет сначала должен быть подготовлен к передаче путём помещения его в кадр с заголовком и трейлер. Этот кадр содержит физический адрес (MAC) исходного узла, а также физический адрес (MAC) следующего узла на пути к месту назначения. Кадр после подготовки на уровне сетевого доступа с добавлением IP-адресов источника и назначения кодируется в последовательность битов, а затем — в электрические импульсы или вспышки света, которые передаются по кабелям сети. Передача сообщения по сетиШаг пятый. Передача данных - данные передаются в сетевой инфраструктуре, которая состоит из носителя и промежуточных устройств. Инкапсулированное сообщение при движении по сети может передаваться по различным носителям и типам сети. Уровень сетевого доступа определяет способы передачи кадра в носитель и вывода из него, что иначе называется управлением доступом к среде передачи данных. |