Betriebsysteme / Webcomputing
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- Axel Wolf
- vor 8 Jahren
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1 Betriebsysteme / Webcomputing Zusammenfassung OSWC_Introv1.0 Datentypen Hardlink Der Hardlink erlaubt es einer Datei durch mehrere Namen aufgerufen zu werden obwohl sie nur einmal auf dem System vorhanden ist. (haben die selbe inode nummer) Ordinary files (Standartdatei) Directory Files Inhaltsverzeichnis, enthält eine Liste von Dateien und Ordnern die in dem Verzeichnis gespeichert sind. Device files (treiber) Es gibt 2 Arten: block device file und character device file Symbolic linc Link zu anderen Dateien File Path name Eine reihe von Dateinamen durch / getrennt. Die den Systempfad beschreibt an dem die Datei liegt. Absolute path name Starten im Root verzeichnis eg. /home/klaus/downloads/index.html Relative path name Starten im Aktuellen Verzeichnis eg. index.html (oder im darunterliegendem Verzeichnis eg.../index.html OSWC_HTML-1.0
2 HTML - Hypertext Markup Language Die Hypertext Markup Language ist eine textbasierte Auszeichnungssprache zur Strukturierung digitaler Dokumente wie Texte mit Hyperlinks, Bildern und anderen Inhalten. HTML-Dokumente sind die Grundlage des World Wide Web und werden von Webbrowsern dargestellt. Neben den vom Browser angezeigten Inhalten können HTML-Dateien zusätzliche Angaben in Form von Metainformationen enthalten, z. B. über die im Text verwendeten Sprachen, den Autor oder den zusammengefassten Inhalt des Textes. Dem Text wird durch Auszeichnungen von Textteilen eine Struktur verliehen. Die meisten dieser HTML-Elemente werden durch ein Tag-Paar markiert, das heißt durch einen Starttag und einen Endtag. Tags sind zum Beispiel: <head>... </head> <p>... </p> <span>... </span> Tags können Attribute enthalten: <h1 id="headline"> Headline</h1> oder Hyperlinks: <a href=" oder Bilder: <img src="bild1.jpg" title="bild" alt="wirklich schön"> CSS Cascading Style Sheets Cascading Style Sheets, kurz CSS genannt, ist eine Stylesheet-Sprache für elektronische Dokumente. Mit CSS werden Gestaltungsanweisungen erstellt, die vor allem zusammen mit den Auszeichnungssprachen HTML und XML eingesetzt werden. Struktur: h1,h2 {font-size : 48pt; color: #FF0000; font-style: italic;}
3 HTML Box Modell OSWC_CSn0 Web Das World Wide Web ist ein Weltweites netzwerk von Dokumenten, Texten, Bildern, Videos und Audiodateien. Es wird auf Servern ausgeliefert und benutzt HTTP zur Kommunikation. Es wird gerendert mit Web Browsern. Static Web Pages Statische Webseiten sind unveränderliche Seiten die in einer Baumstruktur auf einem Webserver liegen. Dynamic Web Pages Dynamische Webseiten werden zur Laufzeit erschaffen sie benötigen einen Webserver und eine Datenbank. Integration of Backend Systems
4 Ein Backend System ist für den Administrator gedacht es ist anders als das Frontend also die normale Seite nicht einfach sichtbar für den Endbenutzer. Web Services Ein Webservice oder Webdienst ist eine Softwareanwendung, die über ein Netzwerk für die direkte Maschine-zu-Maschine-Interaktion bereitgestellt wird. Jeder Webservice besitzt einen Uniform Resource Identifier (URI), über den er eindeutig identifizierbar ist, sowie eine Schnittstellenbeschreibung in maschinenlesbarem Format (als XML-Artefakt, meist WSDL), die definiert, wie mit dem Webservice zu interagieren ist. Die Kommunikation kann (muss aber nicht) über Protokolle aus dem Internetkontext wie HTTP laufen und XML-basiert sein. Client / Server Im einfachsten Modell fordert (request) der Klient einen Service von einem Server an und der Server liefert ihn dann an die einzelnen Klienten aus. Server Sind Performante Systeme die einen Service oder Content anbieten. Clients Sind meist Systeme mit nicht so viel Rechenleistung die nur Dienste oder Content fordern und ihre eigenen Ressourcen nicht teilen. Tier Single Tier Meint: Alles was benötigt wird für eine Technologie oder eine Software Anwendung ist auf einem einziegen Server. Two Tier Meint: Es wird zwischen Client und Server getrennt. Three Tier Architecture Meint: Trennung zwischen Client und Server plus eines Datenbank Servers.
5 N Tier Architecture Meint: Trennt zusätzlich noch in verschiedene Server abseits des Web Servers und des Datenbank Servers. Tier Architectures Es wird in Verschiedene Ebenen Getrennt Sie heißen Präsentation, Applikation und Data. Thin-Client Ein Thin Client ist ein Computer oder Computerprogramm, das stark auf die Hilfe anderer Computer oder seines Servers angewiesen ist, um seine eigentlichen Computeraufgaben zu erfüllen. Dies steht im Gegensatz zum Fat Client der von seiner Hard- und Software so gebaut ist, dass er seine eigenen Aufgaben selbst erledigen kann. Vor und Nachteile Der größte Vorteil von Thin Clients gegenüber Fat Clients ist der einfachere Betrieb. Auf den Thin Clients läuft nur die Software, die für den Zugriff auf zentral betriebene Anwendungen benötigt wird. Diese Basissoftware kann unabhängig von den Anwendungen, die tatsächlich genutzt werden, einheitlich betrieben werden. Es kann eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Thin Clients mittels einfacher Zuweisung von Konfigurationen verwaltet werden Ultra-Thin-Client Ist eine Art Thin-Client die eigenständig nur in der Lage ist ein Betriebssystem aus dem Netzwerk zu booten. Auch die Programme kommen aus dem Netzwerk der Ultra Thin Client besitzt keine eigene Festplatte. Proxy Ein Proxy ist eine Kommunikationsschnittstelle in einem Netzwerk. Er arbeitet als Vermittler, der auf der einen Seite Anfragen entgegennimmt, um dann über seine eigene Adresse eine Verbindung zur anderen Seite herzustellen. Balancer
6 Mittels Lastverteilung werden in der Informatik umfangreiche Berechnungen oder große Mengen von Anfragen auf mehrere parallel arbeitende Systeme verteilt. Andere Verteilende Systeme Außerdem gibt es noch andere verteilende Systeme: Forwarding Broker, Filter, Agent. Communication Models Es gibt verschiedene Arten um Kommunikationsmodelle zu unterscheiden. Classification based on the type of Blocking synchron / asynchron Classification based on type of Buffering Mit Zwischenspeicherung und ohne Classification based on type of Initiation Client Ausgelöst (Pull) Request wird gesendet Peply kommt zurück. Server Ausgelöst (Pusch) Ein Push trifft ein. OSWC_P2Pv1.0 Peer Als Peer (engl. für Gleichgestellter, Ebenbürtiger ) wird ein Endpunkt einer Kommunikation in einem Computernetzwerk bezeichnet. Jeder Peer bietet dabei seine Dienste an und nutzt die Dienste der anderen Peers. Ein anderes Computernetzwerk ist das Client-Server-System, bei dem Server Dienste anbieten und Clients diese nutzen. Ein Peer dagegen ist sowohl Client als auch Server.
7 Charakteristik Alle nodes sind gleichberechtigt Dynamisch, nodes verbinden und entbinden sich automatisch Keine feste IP Adresse Zwischen Client und Server wird nicht streng unterschieden Nicht zentral gesteuert Hohe Selbständigkeit vom zentralem Server Nutzt Ressourcen aus den Ecken des Netzwerkes Direkte Kommunikation zwischen den Ecken funktioniert ohne das nutzen des zentralen Servers Features Unverlässlich, unkoordiniert, ungepflegt nicht zentral gesteuert dadurch ist die Flexibilität zwar hoch aber das System wird unverlässlich Widerstandsfähig gegen Angriffe durch die vielen peers ist das system schwer oder nicht offline zu bringen. die Uneinheitlichkeit macht es schwer Viren etc. dafür zu schreiben. Große Anzahl von Ressourcen freiwillige Teilname mit globaler Reichweite Millionen gleichzeitiger Nutzer Anwendungen Alles was man sich mit dem Internet vorstellen kann geht auch peer to peer. Instand-Messaging Spiele File Sharing Grid Computing Application Sharing Napster Napster war zum tauschen von mp3 Dateien gedacht. Es folgt einer Zentralen Server Architektur die Indexlisten mit Datei - IP-Adressparen enthalten. Eine Suchanfrage nach einer Bestimmten Datei lieferte die IP des Besitzers zurück. Beide konnten sich dann per peers direkt verbinden und tauschen.
8 Das Napster client Programm durchsucht den Rechner nach Dateien und sendet eine Liste davon an den Napster Server. Dieser weiß dann die Ganze Zeit welche Dateien verfügbar sind. Schwächen Zentraler Server Irrsinnig viel Rechenleistung benötigt Unzuverlässige Resultate Keine Garantie über den Dateiinhalt Bandbreite keine simultanen Downloads Keine Sicherheitsvorkehrungen Napster Wurde für die Rechteverletzung verantwortlich gemacht. (nur geringfügig eine schwäche) Gnutella Gnutella (Das G ist stumm!) ist ein dezentrales Peer-to-Peer-Netzwerkprotokoll für das Filesharing. (ja ein Protokoll kein Programm ) Es gibt weltweit mehrere Millionen Nutzer, die über verschiedene Clients auf das Netzwerk zugreifen. Gnutella ist von Justin Frankel, der hat auch Winamp gemacht. Der wurde aber von AOL, seinem Arbeitgeber gezwungen Gnutella aufzugeben. Das hatte sich aber so schnell verbreitet das es nicht tot zu bekommen war und etwas später konnte es entschlüsselt und öffentlich gemacht werden. So das immer mehr Clients erschienen die dieses Protokoll nutzten. Gnutella ist vom p2p teil von Napster inspiriert. Durch die rechtlichen Probleme die Napster mit den zentralen Servern hatte entschied sich Frankel ein Netzwerk ohne diese zu schaffen. So kommt es das Gnutella ein vollständig dezentrales Netzwerk ist in dem jeder Nutzer gleichzeitig Server ist. Um trotzdem zu funktionieren, muss das Client- Programm mindestens einen anderen Benutzer (sogenannten node) finden. Um dies zu erreichen, gibt es diverse Methoden wie vordefinierte Serverlisten, GWebCache- Seiten im Internet oder auch der Austausch von Host-Listen über IRC. Wird eine Verbindung aufgebaut, tauschen die Programme Listen erreichbarer Nodes aus, welche dann wiederum kontaktiert werden, bis die eingestellte Anzahl an Verbindungen erreicht ist. Startet ein Benutzer des Netzwerkes eine Suchanfrage, so wird diese zunächst nur an benachbarte Clients weitergeleitet. Diese leiten dann ihrerseits die Anfrage an ihre Nachbarn weiter, bis die angeforderte Datei gefunden wurde. Anschließend kann
9 eine direkte Verbindung zwischen suchendem und anbietendem Benutzer für die Datenübertragung hergestellt werden. Der besondere Vorteil dieser Netzwerkstruktur ist die Ausfallsicherheit, da Suchanfragen selbst dann weitergeleitet werden können, wenn einzelne Teile des Netzwerkes zeitweise unerreichbar sind. Nachteilig dagegen ist die lange Dauer der Suchanfrage, da es keine zentralen Index-Server gibt, und die hohe Netzwerkbelastung, da mit der Distanz zum suchenden Client die Anzahl der Anfragen exponentiell anwächst. Joining the Network Da jeder Client im Gnutella Netzwerk mindestens einen anderen kennen muss gibt es für den Anfan eine Well known Hosts Liste. Mit einem von diesen verbindet sich der Client und erreicht einen sog. introducer dieser verteilt dann einen neighbor table um neue peers ein zu führen. Bei einer Suche fragt ein client dann seine Nachbarn ob sie die gewünschte Datei haben und diese fragen dann ihre Nachbarn und immer so weiter. Die Last steigt dabei exponentiell. Und eine Suche dauert laaaaang (war eben früher so) Message Types Query - Suche Query Hit - Treffer(Suche) Ping - Der versuch mit dem Netzwerk kontakt auf zu nehmen Pong - Die Antwort auf den Versuch Push - einleitung zum Datenaustausch Wichtig ist noch zu wissen das query hit also die Antwort auf die Suche nach einer Suche den selben weg zurück nimmt wie die Suche ihn bei hin gefunden hat. Das kann mit unter der längste im Netz sein. Der Download erfolgt dann in http direkt zwischen den Peers. Eine Suche wird von jedem Nachbarn nur einmal an alle seine Nachbarn weiter geleitet. Sie ist identifizierbar anhand einer DescriptorID. Ein queryhit wird danach nur an den Nachbarn mit der selben DescriptorID zurück gesendet. Der Anfragende Client nimmt dann die Beste Suchantwort und leitet den Download ein. Pros Eigenständiges Netzwerk ohne Schwachpunkte offenes Protokoll (Mittlerweile) Es ist einfach Clients zu schreiben
10 Robust gegen node failures aufgrund der Redundanz Cons Es ist so [sic!] ineffizient Verschwendet Netzwerkressourcen wie deine Mutter Als Lösung schränkt man den Suchradius ein, dass führt zu weniger erfolgreichen Ergebnissen bei der Suche Das ganze sind noch alle Nachbarn da oder welche hinzugekommen (Ping / Pong) verbraucht allein schon viele Ressourcen Nur Leecher da KaZaA Ja das schreibt man wirklich so unnötig groß und klein den Entwicklern war Langweilig ihr Protokoll haben sie zu allem Überfluss auch noch FastTrack genannt. Der Spaß steckt heute in Skype. Jeder kommt bestimmt selbst darauf was man mit diesem Programm machen konnte Das verwendete Protokoll, genannt FastTrack- Protokoll (nach der Firma FastTrack), ist nach Angaben der Hersteller dezentral und benötigt auch zum Verbinden und Durchsuchen des Netzes keine zentralen Server. Nach der Schließung von Napster sicherte das System dadurch und durch die Supernode-Architektur (schnelle Rechner verwalten die Suche), die es im Vergleich zu dem ebenfalls dezentralen Gnutella damals bevorteilte, eine breite Masse an Nutzern. Das Protokoll ist proprietär und aufgrund von Verschlüsselungsalgorithmen bisher noch nicht voll bekannt. KaZaA Facts Es gibt 2 Arten von Nodes Supernodes das sind normale Nutzer mit viel Rechenleistung Supernodes sind nicht fix sie können wechseln Supernodes sind wie die Zentralen Server in Napster Sie achten auf die verfügbaren Dateien ihrer peers Sie Formen kein komplettes Mesh Netzwerk Supernodes tauschen Nachrichten untereinander aus Ordinary Nodes das sind normale Nutzer Pros Effiziente Suche Flooden nicht wie Gnutella Ist (war) das Populärste Filscharing Netzwerk
11 Cons Suchanfragen sind Nicht Netzwerk-umfassend sondern begrenzt Bittorrent BitTorrent ist ein kollaboratives Filesharing-Protokoll, das sich besonders für die schnelle Verteilung großer Datenmengen eignet. Im Gegensatz zu anderen Filesharing-Techniken setzt BitTorrent nicht auf ein übergreifendes Filesharing- Netzwerk, sondern baut für jede Datei ein separates Verteilnetz auf dabei nutzt es die normalerweise ungenutzten Upload Kapazitäten der Downloader mitgenutzt auch wenn sie die Datei noch nicht vollständig herunter geladen haben. Dateien werden also nicht nur von einem Server verteilt, sondern auch von Nutzer zu Nutzer Um sich an der Verteilung der Daten eines Torrents zu beteiligen, benutzt der Client üblicherweise eine Torrent-Datei. In dieser befindet sich die IP-Adresse (bzw. der Hostname) des Trackers sowie Dateiname, Größe und eine Liste von Prüfsummen von Segmenten der herunterzuladenden Daten. Für das Finden anderer (an einer bestimmten Datei interessierter) Peers gibt es neben mittlerweile mehreren anderen Möglichkeiten ein System, bei dem von speziellen (Web-)Servern den Trackern der Kontakt vermittelt wird. Der Tracker hält im Normalfall lediglich eine eindeutige ID des Torrents lokal vor, der die IP-Adressen der Peers zugeordnet sind, welche die Datei verfügbar halten. Peers nehmen recht häufig Verbindung zum Tracker auf, um auf Änderungen in den verfügbaren Peers schnell reagieren zu können. Torrents sind üblicherweise wenige dutzend Kilobytes groß und werden auf der Website des Anbieters oder über Index-Sites (zum Beispiel The Pirate Bay, Mininova oder isohunt) zum Herunterladen bereitgestellt. Die Client-Software erhält vom Tracker eine Liste von Gegenstellen, die die Daten oder Teile davon haben oder interessiert sind. Sobald ein Peer ein Segment (engl. chunk ) der Datei erhalten und die Prüfsumme verifiziert hat, meldet er dies dem Tracker und kann dieses Dateistück nun schon an die anderen Peers weitergeben. Die Menge aller Peers, die am gleichen Torrent interessiert sind, nennt man Schwarm. Peers, die im Besitz des kompletten Inhalts des Torrents sind, und somit nichts von anderen Clients herunterladen, sondern lediglich Daten verteilen, nennt man Seeder (von engl. to seed: säen). Als Leecher (von engl. leech: Blutegel; -sauger) werden in der Regel die Peers bezeichnet, die noch nicht über den gesamten Torrent-Inhalt verfügen und noch weitere Segmente herunterladen. (Vorwiegend in anderen Zusammenhängen werden zum Teil auch Peers abwertend als Leecher bezeichnet, die nur herunterladen, ohne selbst bereits heruntergeladene Segmente weiterzuverteilen und so dem P2P-Prinzip zuwiderhandeln.)
12 Basic Concepts Dateien werden in chunks gespalten..torrent Dateien enthalten nur die Metadaten (Dateigröße, Infos zu den Chunks, deren Größe und Check Summen) Der Benutzer sucht einen Torrent nicht die zu downloadende Datei an sich. Clientsoftware verbindet sich mit einem Tracker und bekommt eine liste mit Peers (anbietende und interessierte von denen er dann gleichzeitig runter und hoch läd) Es gibt eine Das Seltenste Chunk zuerst policy. Dadurch werden seltene Chunks vermieden. Tit for tat policy (download für upload) pros kaum leecher Effizient für große Dateien cons Ich hab da mal noch ein paar mehr Nachteile angefügt. Dateien müssen nicht den gewünschten inhalt enthalten Alte Dateien verschwinden schnell da niemand mehr seedet Tracker werden Rechte bedingt oft offline genommen Die Bekanntheit sorgt dafür, dass Malware mittlerweile ein schlimmes Problem ist. zumindest für Windowsrechner Relativ hohe Abmahngefahr dadurch, dass jeder leecher auch seeder ist. (VPN Tunnel sollen da helfen) P2P Communication Skype Lest KaZaA es ist das selbe nur das man darüber Video/Telefoniert! OSWC_Protocolsv01 Communication Protocols
13 Basic Components Netzwerkadapter übersetzen die Daten in eine physische Form, die im Internet ausgetauscht werden sollen Computer und Vermittlungsstelle müssen physisch verbunden sein über ein Transportmedium Physische Verbindungen sind niemals frei von Fehlern Protocols Ein Protokoll ist eine festgelegte Übereinkunft über die Form und die Funktion wie Dateien zwischen Teilnehmern Ausgetauscht werden um Kommunikation zu bewerkstelligen. Einzelteile Syntax Format oder Struktur der Daten Semantik Wie ein einzelnes Pattern genau zu interpretieren ist und welche Reaktion daraus erfolgt Timing Wann Daten gesendet werden In welcher Reihenfolge Daten gesendet werden Wie Schnell Daten gesendet werden Können View Ein Client sendet einen request Ein Server Antwortet mit einem response. Caching Bevor ein Request gesendet wird schaut der Client im Cache nach ob er die gewünschten Daten nicht bereits hat. Sollte er sie bereits haben kann er sich zum Beisliel auch nur änderungen senden lassen. Naming (DNS) Domain Name Server wandeln Domainnamen in IP Adressen alle Nachichten werden mit IP Adressen Versehen Versendet. Sessions
14 Eine einzelne Webseite enthält mehrere Objekte Sie können entweder einzeln oder parallel geladen werden. Packets (TCP) Lange Nachrichten sind in Pakete aufgeteilt wobei eines 1.5 Kilobyte groß ist. (Eine Typische Webseite hat etwa 10 Kilobyte.) Die einzelnen Pakete werden Nummeriert falls sie verloren gehen und damit sie später wieder zusammengesetzt werden können. Verlässlichkeit Packete können (und werden) Verloren gehen. Deswegen Sendet der Client auf jedes Paket eine Antwort und eine wenn er keines erhalten hat. TTL (Time to live) Internet Protocol Beim Internet Protocol (IP) legt die TTL fest, wie viele Zwischenstationen (Hops) ein Datenpaket im Internet passieren darf. Trotz des Namens stellt die TTL hier also keine Zeit im physikalischen Sinne dar (gemessen in Sekunden), sondern bezeichnet eine Anzahl an Hops. Das Datenfeld für die TTL ist ein Oktett (8-Bit-Feld), sodass die maximale Anzahl der Hops 255 beträgt. Mit jedem Hop wird die TTL um 1 herabgesetzt. Wenn ein Datenpaket nach Ablauf seiner TTL noch nicht sein Ziel erreicht hat, wird es verworfen. Dabei sendet die letzte Station die ICMP-Antwort Typ 11: Time exceeded mit Code 0: Time to live exceeded in transit an den Absender. Bewusst angewandt wird dieses Verfahren z. B. beim Programm Traceroute. Die TTL des Internet Protocol wurde so selten gemäß dem Internetstandard implementiert, dass sie bei IPv6 durch ein einfaches gleich bemessenes Hop Limit ersetzt wurde und die Lebensdauer höheren Protokollen überlassen ist. Domain Name System Im Domain Name System (DNS) gibt die TTL jedes Resource Records an, wie lange eine soeben erfolgte Namensauflösung voraussichtlich mindestens gültig bleibt. In diesem Zeitraum kann auf das DNS-Caching zurückgegriffen werden. Nach Ablauf der TTL sollte der Client die jeweilige Namensauflösung verwerfen und bei Bedarf wiederholen. Während eine kurze TTL zu erheblicher Belastung von Servern führen kann, verzögert eine lange TTL notwendige Umstellungen entsprechend. Eine nicht ungewöhnliche TTL von
15 86400 Sekunden bedeutet zum Beispiel, dass jede Änderung erst nach 24 Stunden abgeschlossen ist. Dagegen verwenden dynamische DNS-Dienste TTL-Werte von typischerweise 60 Sekunden, damit nach (häufigeren) Adressänderungen zeitnah die jeweils neuen Daten verwendet werden. Überlastung Der Server muss herausfinden wie schnell er Senden kann um das Netzwerk nicht zu überlasten. Multiplexing und Warteschlangen (Queuing) sind deswegen Key Features in Netzwerken. Routing Packete werden durch viele Routen geleitet denn nicht immer ist die kürzeste auch die beste Route. Hier spielen Viele Protokolle eine Rolle zum Beispiel das Boarder Gateway Protokoll, dass verhindern soll, (ja soll funktioniert echt nicht so gut ) dass Packete nicht sinnfrei das Land verlassen wenn sie nicht müssen. Zum beispiel eine Anfrage von einem Pc aus Brandenburg zu einem Server aus München. (Muss ja nicht unbedingt über Polen geleitet werden.) Multi-access Manchmal müssen Verbindungen geteilt werden. Als Ethernet noch ein Bus System war, waren Kollisionen ein echtes Problem wenn mehr als ein Node zur selben Zeit gesendet hat. Dafür gab es so umlaufende Token (kommt noch in Betriebssysteme). Modulation Sichert, begrenzt und moduliert die Nutzlast zu einem Signal das verarbeitet werden kann. Security Aspects Auf dem Weg vom Sender zum Empfänger und zurück kann viel passieren. Die Integrität kann verloren gehen. Pakete, Anfragen etc. können zurückgewiesen werden. Eine Verbindung kann unsicher sein und werden so, dass die Privatsphäre gefährdet ist. Die Authentizität kann verloren gehen oder Das Netzwerk ist von einem Denial of Service betroffen. schlimm schlimm Protokoll Layer Examples
16 Protokoll Data Units Protokoll Functions I Kapselung Höhere Layer sind ind tieferen Layern gekapselt. Noch tiefere Layer enthalten nicht nur Daten sondern auch Steuerungsinformationen. Manche PDU s enthalten sogar ausschließlich Steuerungsinformationen.
17 Steuerungsinformationen können sein: Adresse Error-detecting code Protokoll Kontrolle Segmentation / Desegmentation Kommunikation basiert auf Blöcken mit fester Größe Daten aus höheren Layern werden in mehrere Blöcke aus tieferen Layern aufgespalten Re-Assembly Wenn Blöcke durcheinander kommen müssen sie wieder geordnet werden Flow control Ausgeführt von einer Empfangs Instanz um die Bandbreite zu limitieren die von einer Sendenden Instanz kommt. Error control Schützt vor Verlust oder Schaden an Daten und Steuerungsinformationen Basiert auf einer frame check Sequenz und dem erneuten Senden der PDU s Protokoll Layers Horizontale Interaktionen Das Protokoll erlaubt nur die Kommunikation zwischen Layern derselben Ebene Layer Unabhängigkeit Protokolle des einen Layers sind unabhängig von Protokollen anderer Layer ebenen Höhere Layer nehmen keine Notiz von Problemen unterer Layer Transparenz Die Netzstärke oder Bandbreite ist nicht von Interesse Connection Control Verbindungslos Jede Pdu wird unabhängig zu allen vorhergehenden behandelt. Verbindungsorientiert Erwarten einen ausführlichen Austausch von Daten oder Details. Protokolle werden hier im einzelnen dynamisch ausgehandelt. Phasen Verbindungsaufbau Daten Transfer Verbindungsabbau
18 Standards Sind Vorschriften die von allen Anbietern befolgt werden. Erlaubt es Hard- und Software von verschiedenen Anbietern zusammen zu arbeiten Erlaubt Wettbewerb zwischen den Herstellern Protokoll Suites Die Internetprotokollfamilie ist eine Familie von rund 500 Netzwerkprotokollen, die die Basis für die Netzkommunikation im Internet bilden. Einige bekannte sind: IPX/SPX (Novell) AppleTalk TCP/IP SNA (IBM) OSI Reference Model (ISO) VINES (Banyan Systems Corporation) DECNET (HP / Digital Equipment Corporation) Internet Protocol Suite
19 Hardware Layer Der unterste Layer befindet sich unterhalb der TCP/IP Schicht. Hier findet der Datenaustausch über das Physische Übertragungsmedium. Die Ausführung von Physischen Parametern ist Teil der nächst höheren Schicht. Link Layer Network Layer oder auch Physical Layer genannt. Wird in zwei Verantwortungsbereiche getrennt. Media Acces Control Zugriffskontrolle am übertragenden Medium Bekannte MAC Protokolle sind: Ethernet, WLAN, Token Ring, FDDI, Logical Link Control -LLC Managed die Logische Verbindung einschließlich Fehler Analyse und Flow Kontrolle. Internet Layer Auch Netzwerk Layer genannt. Bietet den Transport Service für Datenpakete an.
20 ja die haben auch Namen. Logcal addressing Routing Sorgt für den übergreifenden Zugriff auf verschiedene LAN S (local area network s) Transport Layer Hält einen universellen Transportservice bereit durch: Explizit hergestellte Verbindungen mit Regeln für Auf- und Abbau. Garantierte Qualitätskriterien Fehler Korrektur Methoden Sorgt für das korrekte Arrangement der übertragenden Datenpakete. Datenflusskontrolle für universelles einsetzen von Netzwerk Infrastruktur. Drosselt das gesendete Volumen im Fall von Überlast. Application Layer Bietet Funktionen für Applikationen und die haben auch Namen FTP HTTP(S) SMTP Die Anwendungen selbst gehören nicht zu diesem Layer sie sind außen vor. Packet Structure
21 Internet Architecture TCP/IP-Referenzmodell (weil es so schön ist hier nochmal ausfürlich) Anwendungsschicht Die Anwendungsschicht (engl.: Application Layer) umfasst alle Protokolle, die mit Anwendungsprogrammen zusammenarbeiten und die Netzwerkinfrastruktur für den Austausch anwendungsspezifischer Daten nutzen. Transportschicht Die Transportschicht (engl.: Transport Layer) ermöglicht eine Ende-zu-Ende- Kommunikation. Das wichtigste Protokoll dieser Schicht ist das Transmission Control Protocol (TCP), das Verbindungen zwischen jeweils zwei Netzwerkteilnehmern zum zuverlässigen Versenden von Datenströmen herstellt. Es gehören aber auch unzuverlässige Protokolle zum Beispiel das User Datagram Protocol (UDP) in diese Schicht. Internetschicht Die Internetschicht (engl.: Internet Layer) ist für die Weitervermittlung von Paketen und die Wegewahl (Routing) zuständig. Auf dieser Schicht und den darunterliegenden Schichten werden Direktverbindungen betrachtet. Die Aufgabe dieser Schicht ist es, zu einem empfangenen Paket das nächste Zwischenziel zu ermitteln und das Paket dorthin weiterzuleiten. Kern dieser
22 Schicht ist das Internet Protocol (IP) in der Version 4 oder 6, das einen Paketauslieferungsdienst bereitstellt. Sogenannte Dual-Stacks können dabei automatisch erkennen, ob sie einen Kommunikationspartner über IPv6 oder IPv4 erreichen können und nutzen vorzugsweise IPv6. Dies ist für entsprechend programmierte Anwendungen transparent. Die Internetschicht entspricht der Vermittlungsschicht des ISO/OSI- Referenzmodells. Netzzugangsschicht Die Netzzugangsschicht (engl.: Link Layer) ist im TCP/IP-Referenzmodell spezifiziert, enthält jedoch keine Protokolle der TCP/IP-Familie. Sie ist vielmehr als Platzhalter für verschiedene Techniken zur Datenübertragung von Punkt zu Punkt zu verstehen. Die Internet-Protokolle wurden mit dem Ziel entwickelt, verschiedene Subnetze zusammenzuschließen. Daher kann die Host-an-Netz-Schicht durch Protokolle wie Ethernet, FDDI, PPP (Punktzu-Punkt-Verbindung) oder (WLAN) ausgefüllt werden. Die Netzzugangsschicht entspricht der Sicherungs- und Bitübertragungsschicht des ISO/OSI-Referenzmodells. OSWC_HTTPv1 Internetprotokollfamilie HTTP Hypertext Transfer Protocol
23 Das Hypertext Transfer Protocol ist ein zustandsloses Protokoll zur Übertragung von Daten auf der Anwendungsschicht über ein Rechnernetz. Es wird hauptsächlich eingesetzt, um Webseiten aus dem WWW in einen Webbrowser zu laden. URL Uniform Resource Locator (einheitlicher Ressourcenanzeiger) Identifiziert und lokalisiert eine Ressource, wie z. B. eine Website über die zu verwendende Zugriffsmethode (z. B. das verwendete Netzwerkprotokoll wie HTTP oder FTP) und den Ort (engl. location) der Ressource in Computernetzwerken. HTTP Protocol Stack Ein Protokollstapel ist ein Konzept in der Datenübertragung Anschaulich sind die einzelnene Protokolle dabei als fortlaufend nummerierte Schichten (layers) eines Stapels (stacks) übereinander angeordnet. Jede Schicht benutzt dabei zur Erfüllung ihrer speziellen Aufgabe die jeweils tiefere Schicht im Protokollstapel. Die Schichten können ineinander geschachtelt sein.
24 HTTP Message Flows In Einzelschritten: Der Benutzer gibt eine URL ein -> Der Browser ruft den Domain Name Server an und bekommt eine IP Adresse aufgrund der eingegebenen URL zurück -> Eine TCP Verbindung zum gewünschten Server wird aufgebaut -> Ein Request wird gesendet -> Ein Response kommt zurück -> die TCP verbindung wird geschlossen.
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26 HTTP-Anfragemethoden ACHTUNG URI = Einheitlicher Bezeichner für Ressourcen GET ist die gebräuchlichste Methode. Mit ihr wird eine Ressource (zum Beispiel eine Datei) unter Angabe eines URI vom Server angefordert. Als Argumente in dem URI können also auch Inhalte zum Server übertragen werden, allerdings soll laut Standard eine GET-Anfrage nur Daten abrufen und sonst keine Auswirkungen haben (wie Datenänderungen auf dem Server oder ausloggen). Die Länge des URIs ist je nach eingesetztem Server begrenzt und sollte aus Gründen der Abwärtskompatibilität nicht länger als 255 Bytes sein. (siehe unten) POST schickt unbegrenzte, je nach physischer Ausstattung des eingesetzten Servers, Mengen an Daten zur weiteren Verarbeitung zum Server, diese werden als Inhalt der Nachricht übertragen und können beispielsweise aus Name-Wert-Paaren bestehen, die aus einem HTML-Formular stammen. Es können so neue Ressourcen auf dem Server entstehen oder bestehende modifiziert werden. POST-Daten werden im Allgemeinen nicht von Caches zwischengespeichert. Zusätzlich können bei dieser Art der Übermittlung auch Daten wie in der GET-Methode an den URI gehängt werden. (siehe unten) HEAD weist den Server an, die gleichen HTTP-Header wie bei GET, nicht jedoch den Nachrichtenrumpf mit dem eigentlichen Dokumentinhalt zu senden. So kann zum Beispiel schnell die Gültigkeit einer Datei im Browser-Cache geprüft werden. PUT dient dazu eine Ressource (zum Beispiel eine Datei) unter Angabe des Ziel-URIs auf einen Webserver hochzuladen. Es können so neue Ressourcen auf dem Server entstehen oder bestehende modifiziert werden. DELETE löscht die angegebene Ressource auf dem Server. Heute ist das, ebenso wie PUT, kaum implementiert beziehungsweise in der Standardkonfiguration von Webservern abgeschaltet. Beides erlangt jedoch mit RESTful Web Services und der HTTP- Erweiterung WebDAV neue Bedeutung. TRACE liefert die Anfrage so zurück, wie der Server sie empfangen hat. So kann überprüft werden, ob und wie die Anfrage auf dem Weg zum Server verändert worden ist sinnvoll für das Debugging von Verbindungen. OPTIONS liefert eine Liste der vom Server unterstützen Methoden und Merkmale.
27 CONNECT wird von Proxyservern implementiert, die in der Lage sind, SSL-Tunnel zur Verfügung zu stellen. HTTP-Statuscodes Mit Fehler 404 kommen Web-Nutzer am häufigsten in Berührung Jede HTTP-Anfrage wird vom Server mit einem HTTP-Statuscode beantwortet. Er gibt zum Beispiel Informationen darüber, ob die Anfrage erfolgreich bearbeitet wurde, oder teilt dem Client, also etwa dem Browser, im Fehlerfall mit, wo (zum Beispiel Umleitung) beziehungsweise wie (zum Beispiel mit Authentifizierung) er die gewünschten Informationen (wenn möglich) erhalten kann. 1xx Informationen Die Bearbeitung der Anfrage dauert trotz der Rückmeldung noch an. Eine solche Zwischenantwort ist manchmal notwendig, da viele Clients nach einer bestimmten Zeitspanne (Zeitüberschreitung) automatisch annehmen, dass ein Fehler bei der Übertragung oder Verarbeitung der Anfrage aufgetreten ist, und mit einer Fehlermeldung abbrechen. 2xx Erfolgreiche Operation Die Anfrage wurde bearbeitet und die Antwort wird an den Anfragesteller zurückgesendet. 3xx Umleitung Um eine erfolgreiche Bearbeitung der Anfrage sicherzustellen, sind weitere Schritte seitens des Clients erforderlich. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn eine Webseite vom Betreiber umgestaltet wurde, so dass sich eine gewünschte Datei nun an einem anderen Platz befindet. Mit der Antwort des Servers erfährt der Client im Location- Header, wo sich die Datei jetzt befindet. 4xx Client-Fehler Bei der Bearbeitung der Anfrage ist ein Fehler aufgetreten, der im Verantwortungsbereich des Clients liegt. Ein 404 tritt beispielsweise ein, wenn ein Dokument angefragt wurde, das auf dem Server nicht existiert. Ein 403 weist den Client darauf hin, dass es ihm nicht erlaubt ist, das jeweilige Dokument abzurufen. Es kann sich zum Beispiel um ein vertrauliches oder nur per HTTPS zugängliches Dokument handeln. 5xx Server-Fehler Es ist ein Fehler aufgetreten, dessen Ursache beim Server liegt. Zum Beispiel bedeutet 501, dass der Server nicht über die erforderlichen Funktionen (das heißt zum Beispiel Programme oder andere Dateien) verfügt, um die Anfrage zu bearbeiten.
28 HTTP GET Hier werden die Parameter-Wertepaare durch das Zeichen? in der URL eingeleitet. Oft wird diese Vorgehensweise gewählt, um eine Liste von Parametern zu übertragen, die die Gegenstelle bei der Bearbeitung einer Anfrage berücksichtigen soll. Häufig besteht diese Liste aus Wertepaaren, welche durch das &-Zeichen voneinander getrennt sind. Die jeweiligen Wertepaare sind in der Form Parametername=Parameterwert aufgebaut. HTTP POST Da sich die Daten nicht in der URL befinden, können per POST große Datenmengen, zum Beispiel Bilder, übertragen werden.
29 Transfer Encoding Oft findet beim transfer von Daten ein encoding statt. Weil frei von Patenten wird dabei gzip (GNU zip) eingesetzt. vorteile dabei sind: -weniger große dateien -braucht weniger Bandbreite -dadurch schneller übertragen -und braucht weniger bearbeitungszeit -aber die LAST wird vergrößert! CGI Scripts Common Gateway Interface Das Common Gateway Interface (CGI) ist ein Standard für den Datenaustausch zwischen einem Webserver und dritter Software, die Anfragen bearbeitet. Ablauf:
30 GET Parameter werden der url angehängt. Sie werden im CGI Script als Umgebungsvariablen verfügbar gemacht. Beispiel: ( wert1=1&wert2=2)? Trennt den die Pfadangabe von den Parametern die übergeben werden. & Trennt einzelne Parameter von einander. Leerzeichen werden durch ein + ersetzt. Umlaute werden durch %hexvalue ersetzt. POST In CGI ist Post teil des Request bodys also die Standard Eingabe. Sie ist unsichtbar und ihre Größe ist nicht beschränkt. CGI Script Output Die Standard Ausgabe des CGI Scripts generiert html code (in Python etc. über print ) Der generierte html code wird wiederum an den Browser ausgeliefert oder es wird zu einer anderen URL weiter geleitet. CGI Nachteile Webserver und Script laufen in unterschiedlichen Prozessen Jeder Aufruf erzeugt einen neuen Prozess Schlechte Performane, lange Ladezeiten Hoher Ressourcenverbrauch Ist nicht scalierbar FastCGI FastCGI Scripte laufen in einzelnen Prozessen die in einem Pool gesammelt sind. Sie werden mit dem Starten des Servers vor-geladen und oder auf anfrage erzeugt. FastCGI Scripte teilen sich einen Shared Memory Speicher die möglichkeit für Sockets besteht und der Pool kann sich auf mehreren verschiedenen Servern befinden. (Skalierbar)
31 Web Server APIs Verschlossen oder Plattform abhängig Microsoft Apache Hardewarenahe dadurch schnell Haben dynamisch nachladbare Bibliotheken (module für php zum Beispiel) Bestehen nicht aus mehreren Programmen sondern aus Bibliotheken (dll oder shared Libary) welche in den Serverprozess integriert werden Haben Thread Pools die vorgeladen oder dynamisch erzeugt werden. Web Server APIs Pros & Cons Pros + Erzeugen keine unnötigen Prozesse sind Performant und Sclierbar. + Sie bringen ein eigenes Session Management mit. Cons Teilweise Verschlossene Software (Microsoft) Komplex Können den Server beeinflussen HTTP/2 Standart seit 02/2015 HTTP/2 ist abwärtskompatibel zu 1.1 es gibt keine Syntaktischen Änderungen aber Http header wurden komprimiert. Server können nun Pushen und mehrere Seitenelemente können in einer TCP Sitzung geladen werden.
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