Протоколы прикладного уровня

Протоколы прикладного уровня
IP
TCP
UDP
Telnet
FTP
HTTP
SMTP
DNS
SNMP
RTP
TFTP
Каждый протокол разрабатывается для конкретного приложения и работает с
определенным портом (логической точкой подключения).
Порты с номерами 0-255 зарезервированы для системных процессов, остальные
выделены для пользовательских процессов.
Примеры портов некоторых портов:
23-Telnet; 25-SMTP; 110-POP3; 53-DNS; 161-SNMP; 8080-HTTP; 3128-Proxy
BGP
OSPF

Telnet – протокол удаленного доступа, позволяет входить в систему
и выполнять в ней действия.
FTP – пересылка файлов и удаленный доступ к ним.
SMTP – отправка почтовых сообщений
POP3 – прием (закачка) почты
HTTP – просмотри гипертекстовых страниц
SNMP – удаленное управление системой, используется для удаленного администрирования
TFTP – облегченная версия FTP, например, применяется для организации удаленного управления бизнес-процессами.
RTP – протокол реального времени. Используется в IP-телефонии для передачи речевого трафика.
Функции наиболее распространенных
протоколов прикладного уровня

Распределение полосы пропускания
между протоколами
На сетевом уровне (IP)
На транспортном уровне (TCP)

Типы протоколов прикладного уровня
Функции протокола прикладного уровня определяются приложением и типом трафика, этим приложением генерируемым.
Протокол, устанавливающий соединение и передающий параметры этого соединения.
К таким протоколам относится SMTP и т.д. В этом случае протокол передает в сеть пакеты, содержащие служебную информацию, такую как номер порта, размер блоков и т.д., но может не дописывать заголовок к пользовательской информации.
Пакеты с данными пользователя формируются сразу как пакеты протокола транспортного уровня.

Протокол, формирующий заголовок на прикладном уровне с параметрами, которые необходимо передавать в каждом пакете пользовательских данных. Например, протокол RTP, используемый в IP-телефонии, содержит информацию о номере пакета в потоке, что позволяет обрабатывать фрагменты речи на приеме в необходимом порядке.
Протокол, объединяющий в себе оба предыдущих типа. Например, НТТР сначала формирует несколько запросов, позволяющих синхронизировать работу клиента и сервера, а после дописывает заголовок к каждому блоку пользовательской информации, содержащий размер передаваемого элемента, тип кодировки и т.п.

Telnet
Протокол удаленного доступа к узлу. Порт 23. Позволяет организовать вход в систему и управлять удаленным узлом непосредственно. После установления соединения все действия выполняются на удаленной машине, а не на локальной.
Поддерживает механизмы:
Сетевой виртуальный терминал (используется также в протоколах FTP и SMTP). Если устройство не поддерживает какие-либо функции физически, то виртуально не поддерживает тоже.
Механизм согласования параметров каждого сеанса клиент-сервер
Симметричен относительно сеанса (клиент-сервер, сервер-клиент)

Основан на двух утилитах: telnet (на локальной машине) и telnetd (на удаленной машине).
Схема установления связи:
telnet 195.15.27.37
Connected to root-mashine (ответ удаленной машины)
login: guest
password: ********
Длина команды 2-3 байта:
IAC
Код опции
Код команды
*IAC – символ начала управляющего пакета (1 байт)
терминал
Драйвер терм.
telnetd
TCP
приложение
Драйвер псевдотерм.
TCP
telnet
сеть

SNMP
Протокол управления, предназначен для удаленного администрирования маршрутизаторов, серверов и т.д. не зависим от IP, может работать в других сетях.
Использует два порта: 161 и 162 (специально для сбора служебной информации).
Идея: работа с помощью ограниченного количества команд с базой данных, реализованной на удаленном устройстве (MIB – Management Information Base), в которой определены операции управления, выполняемые на этом устройстве. MIB описаны в SMI – structure of Management Information.
Вместо набора команд используется принцип выбора/хранения. Команды: выбор из MIB; сохранение выбранного значения.

Функции протокола управления:
Перезагрузка системы
Добавление/удаление маршрута
Отключение/подключение сетевого интерфейса
Очистка кэш-памяти
Значения MIB:
Таблица маршрутизации
Количество получаемых датаграмм
Количество отправленных датаграмм
RTT
Максимальное количество TCP-соединений
Количество сетевых интерфейсов
Время перезагрузки узла
и т.д.

FTP
Назначение: передача файлов и удаленный доступ к ним:
Удаленный доступ к файлам и их передача
Коллективный доступ в интерактивном режиме
Коллективный доступ посредством передачи
Функции:
Установление сквозного соединения
Разрыв соединения
Спецификация представления данных
Контроль за аутентификацией (логин, пароль)
Важно: после установления соединения все команды выполняются относительно локальной машины.

Функции контроля за трафиком возложены на ТСР.
Интерфейс
пользователя
FTP-клиент
интерпретатор
FTP-клиент
Передача данных
Файловая система
FTP-клиент
интерпретатор
FTP-клиент
Передача данных
Файловая система
Порт 21
управление
Порт 20
Передача данных

TFTP
Работает поверх UDP, порт на удаленной машине 69. Предназначен только для пересылки файлов.
Функции контроля за состоянием передачи файлов возложены на TFTP. Любая ошибка приводит к аварийному закрытию сессии.
Работает без установления соединения, следовательно, введены дополнительно функции контроля за трафиком.
Связывание портов: порт отправителя содержится в идентификационном пакете, порт получателя 69 по умолчанию.

Форматы пакетов TFTP
Код операции
(2 байта)
Имя файла
режим
Код операции
(2 байта)
№ блока
(2 байта)
трейлер
Код операции
(2 байта)
№ блока
(2 байта)
Код операции
(2 байта)
Код ошибки
(2 байта)
Сообщение
об ошибке
Запрос:
Данные:
Ошибка:
ACK:
ASCII или
бинарный

Код операции:
1 RPQ запрос на чтение
2 WRQ запрос на запись
3 DATA передача данных
4 ACK квитанция
5 Error сообщение об ошибке:
1 - файл не найден
2 – доступ закрыт
3 – диск переполнен
4 – неправильная команда
5 – неизвестный идентификатор

SMTP
Протокол для передачи электронной почты. Работает совместно с pop3 (для закачки почты пользователем).
Поддерживает функции:
Установление соединения
Аутентификация
Передача данных
Работа с SMTP происходит непосредственно на сервере получателя:
SMTP
POP3
smtp.mail.ru
user
[email protected]
pop.mail.ru

Основные команды:
MAIL адрес отправителя
RCPT адрес получателя (может быть несколько. На каждого получателя отдельно приходит квитанция)
DATA передача данных (письма). Производится в ASCII. Данные формируются как сегменты ТСР. Конец письма – точка в пустой строке.
QUIT разрыв соединения
Установление и закрытие соединения непосредственно с сервером производится по ТСР. Контроль за пользовательскими данными возложен на ТСР.

Соединение по порту 25. Устанавливает ТСР
220 (готов)
HELO
250 (ok + ID сервера)
MAIL FROM …
250 (ok)
RCPT TO…
250 (ok)
DATA
354 (start mail)
данные
250 (ok)
передача
данных

HTTP
Предназначен для пересылки и трансляции (язык HTML) веб-документов. Работает поверх ТСР, порт 80 и 8080.
Особенности:
Установление и закрытие соединения непосредственно с сервером производится по ТСР. Контроль за пользовательскими данными возложен на ТСР.
Использует принцип запрос/ответ
Сервер не сохраняет параметры предыдущих сессий
Возможность кэширования (proxy и в браузере)
Симплекс (клиент может отправлять формы для обработки серверу)

Алгоритм работы HTTP
Анализ URL (адреса документа). Для определения IP-адреса сервера по имени хоста (host name) используется DNS.
Установление ТСР-соединения с сервером
Отсылка запроса на сервер: GET
Анализ ссылок без имени хоста (после первого одиночного слэша):
URL: http://www.sut.ru/news
Анализируется: /news
Сообщения об ошибках отправляются на HTML.

ТСР-соединение открывается один раз на весь сеанс, следовательно:
Уменьшается служебный трафик
Уменьшается время ответа сервера
Уменьшается объем кэша
Использует конвейерные запросы: несколько запросов подряд, в том числе к разным серверам, не дожидаясь ответа на каждый из них.
Использует вложенные заголовки с параметрами сеанса.

Типы заголовков НТТР
Content-Length: 45
Content-Type: text
Content-Encoding: ascii
Content-Language: rus
Connection: close
В заголовке прописывается длина сегмента. В случае, если длина сегмента не известна заранее, добавляется заголовок Connection, после чего идет закрытие ТСР-соединения.
заголовки
Трейлер
(пустая строка)
Данные