Web (Site) Engineering (WebE)

Transkript

1 1 / 41 Web (Site) Engineering (WebE) Vorlesung 2: Übertragungstechniken und Protokolle B. Schiemann Lehrstuhl für Informatik 8 Universität Erlangen-Nürnberg

2 2 / 41 Übersicht ISO/OSI Referenzmodell Einzelschichten TCP/IP IPV4 IPV6 HTTP Beispiel Browser und Webserver Protokoll Code-Beispiele

3 ISO/OSI Referenzmodell 3 / 41 Warum ein/was ist ein Referenzmodell? Name: Open Systems Interconnection-Modell (OSI) Gremium: International Organization for Standardization (ISO) Keine real implementierte Spezifikation Vorlage für andere Spezifikationen/Protokolle Andere Protokolle (auf ISO/OSI Basis) erben definierte Ebenen Dadurch sind sie interoperabel

4 ISO/OSI Referenzmodell 4 / 41 Schichten

5 ISO/OSI Referenzmodell Einzelschichten 5 / 41 Bitübertragungsschicht Englisch: Physical Layer Kümmert sich um die Übertragung einzelner Bits Definition Steckverbindungen Definition 0 / 1 Physikalisch-mechanische Fragestellungen

6 ISO/OSI Referenzmodell Einzelschichten 6 / 41 Sicherungsschicht Englisch: Data-Link Layer Datenbits werden zu Frames kombiniert Definition Bitfolge Anfang des Frames Definition Bitfolge Ende des Frames Ca Bytes (Umrechnung?) Größe Definition Flusskontrolle

7 ISO/OSI Referenzmodell Einzelschichten 7 / 41 Vermittlungsschicht Englisch: Network Layer Adressen für Frames Routing QoS Auftrag: z.b. IP-Telefonie!

8 ISO/OSI Referenzmodell Einzelschichten 8 / 41 Transportschicht Englisch: Transport Layer Punkt zu Punkt-Verbindung Entgegennahme der Pakete/Frames Zuordnung zu Diensten/Ports Definition von Rückmeldungen an Sender

9 ISO/OSI Referenzmodell Einzelschichten 9 / 41 Sitzungsschicht Englisch: Session Layer Ermöglicht von Transportschicht Regelung der Kommunikation: Wer redet wann? Auf- bzw. Abbau der Sitzung Zwischenspeicherung (Wiederherstellungsinformationen)

10 ISO/OSI Referenzmodell Einzelschichten 10 / 41 Darstellungsschicht Englisch: Presentation Layer Unterschiedliche Standardkodierungen für Zielsystem anwenden Z.B. Druckerbefehle, ASCII,... Komprimierung von Daten Verschlüsselung von Daten

11 ISO/OSI Referenzmodell Einzelschichten 11 / 41 Anwendungsschicht Englisch: Application Layer Protokolle für Anwendungen 1. Schicht mit inhaltlicher Sichtweise Z.B. was gehört zu einer Informationseinheit für diese Applikation: Absender, Adressat, Subject, Nachricht,...

12 TCP/IP 12 / 41 TCP/IP: Protokollsuite IP: Internetprotocol Vermittlungsschicht TCP: Transport Control Protocol Transportschicht UDP: User Datagram Protocol Transportschicht ICMP: Internet Control Message Protocol überträgt Fehler- und Diagnosemeldungen Eigentlich Sicherungsschicht, aber In IP eingebunden

13 TCP/IP 13 / 41 Datenkapselung Datenkapselung ([JC96])

14 TCP/IP 14 / 41 Netzwerkverbindungen: Typen Verbindungsorientiert Bevor Kommunikation stattfindet, muß Verbindung aufgebaut werden Analogie: Telephongespräch TCP Verbindungsfrei Jede Nachricht muß alle zur Auslieferung nötigen Daten enthalten Analogie: Brief UDP, IP

15 TCP/IP 15 / 41 Protokolle: Zuverlässigkeit Zuverlässig Protokoll garantiert Auslieferung aller Daten Datenintegrität Bestätigungsmeldungen TCP Unzuverlässig Keine Garantie für Datenintegrität Keine Rückmeldung über korrekte Auslieferung Vorteil: geringe Komplexität UDP, IP

16 TCP/IP 16 / 41 Das Internet Protocol Vermittlungsschicht Datenauslieferungssystem 4 (IPV4)/16 (IPV6) Byte-IP-Adresse für jeden Host Verbindung zur Netzzugangsschicht (= OSI 1/2): ARP, RARP (Ethernet)

17 TCP/IP IPV4 IPV6 17 / 41 IPV4-Adresse 4 Byte, meist in Dotted Decimal Notation notiert, z.b Aufteilung in Netzwerknummer und Hostnummer Höchste Bits der höchsten Bytes legen Adreßklasse fest 5 Klassen (A bis E)

18 TCP/IP IPV4 IPV6 18 / 41 IPV4-Netzwerkklassen Class A 1. Bit: 0, 7 Bit Netzwerknummer, 24 Bit Hostnummer 127 Netzwerke mit bis zu Hosts Class B 2. Bit: 0, 14 Bit Netzwerknummer, 16 Bit Hostnummer Netzwerke mit bis zu Hosts Class C 3. Bit: 0, 21 Bit Netzwerknummer, 8 Bit Hostnummer Netzwerke mit bis zu 256 Hosts Class D, E Multicast bzw. reserviert ca. 3,7 Mrd. IPV4-Adressen (theoretisch)

19 TCP/IP IPV4 IPV6 19 / 41 IPV4-Netzwerkklassen II IPV4-Klassen A bis C nach [CDK01]

20 TCP/IP IPV4 IPV6 20 / 41 Warum IPV6? Theoretische 3,7 Mrd IPV4-Adressen sind ineffizent verteilt Immer mehr Endgeräte mit eigener Schnittstelle Adressen reichen in der (nahen?) Zukunft nicht mehr aus Lösungsansätze: Zusammenlegung von Class C-Netzen Aufsplittung von Class A-Netzen VPN

21 TCP/IP IPV4 IPV6 21 / 41 IPV6 Adresslänge: 128 Bit 3, 4x10 38 mögliche Adressen 7x10 23 Adressen pro Quadratmeter der Erde Quality of Service (QOS), Verschlüsselung Feste Headerlänge: Effizienz Optionale Informationen in Erweiterungs-Headern Hop Limit: Maximale Anzahl an Zwischenschritten bis zum Ziel IPV4-Adressraum im V6-Adressraum enthalten: Rückwärtskompatibilität

22 TCP/IP IPV4 IPV6 22 / 41 IPV6-Header Header im IPV6-Format (Quelle:

23 TCP/IP IPV4 IPV6 23 / 41 Der IP-Header Immer Mehrfaches von 32-Bit-Wörtern Version (4 Bit) Header-Länge (4 Bit) Type of Service (8 Bit) Paket-Gesamtlänge in Bytes (16 Bit) Prüfsumme (16 Bit) Quell-IP-Adresse (32 Bit (IPV4)) Ziel-IP-Adresse (32 Bit (IPV4))

24 TCP/IP IPV4 IPV6 24 / 41 Der TCP/IP-Protokollstack

25 TCP/IP IPV4 IPV6 25 / 41 Transportschicht: UDP Verbindungslos, unzuverlässig, effizient Port Analogie: Postfach/Briefkasten Header enthält: Quellport (16 Bit) Zielport (16 Bit) Datenlänge (16 Bit) Prüfsumme (16 Bit)

26 TCP/IP IPV4 IPV6 26 / 41 Transportschicht: TCP Verbindungsorientiert, zuverlässig Ports Datenflussteuerung Bestätigungen über Datenempfang (ACK-Pakete) Drei-Wege-Handshake beim Verbindungsaufbau: Initiierender Rechner sendet SYN-Paket mit Sequenznummer x Gegenstelle (Server) sendet eigene Sequenznummer y und x+1 im ACK-Teil Client bestätigt mit ACK-Paket (x+1, y+1)

27 TCP/IP IPV4 IPV6 27 / 41 Transportschicht: TCP Byte Nutzdaten bei IPV4 (IPV6: Byte) möglich Empfänger einigen sich über Maximum Segment Size (MMS) Datensegmentierung mit eindeutiger Nummerierung der Segmente Bestätigung pro Segment, ansonsten wird neu versendet Versenden mehrerer Segmente gleichzeitig: Sliding Window

28 TCP/IP IPV4 IPV6 28 / 41 Der TCP-Header

29 HTTP Beispiel Browser und Webserver 29 / 41 Beispielpaket: Client fragt Server GET / HTTP/ 1. 1 Host : d i c t. leo. org User Agent : M o z i l l a / 5. 0 ( X11 ; U; Linux i686 ; en US; rv : ) Gecko/ F i r e f o x / SUSE/ Accept : t e x t / xml, a p p l i c a t i o n / xml, a p p l i c a t i o n / xhtml+xml, t e x t / html ; q =0.9, t e x t / p l a i n ; q =0.8, image / png, / ; q=0.5 Accept Language : de de, de ; q =0.8, en us ; q =0.5, en ; q=0.3 Accept Encoding : gzip, d e f l a t e Accept Charset : ISO , u t f 8;q = 0. 7, ; q=0.7 Keep A l i v e : 300 Connection : keep a l i v e

30 HTTP Beispiel Browser und Webserver 30 / 41 Beispielpaket: Server antwortet Client HTTP/ OK\ r \ n Server : PAWS ElB 1.42\ r \ n Content Type : t e x t / html \ r \ n Date : Mon, 7 Nov :27: \ r \ n Content Length : 31955\ r \ n \ r \ n...dann Content im HTML-Klartext.

31 HTTP Protokoll 31 / 41 HTTP/Version HTTP/0.9 HTTP/1.0 HTTP/1.0+ HTTP/1.1 [FGM + 99] aktuelle Version HTTP/2.0 aka NG [LG99]

32 HTTP Protokoll 32 / 41 Methoden (Basis, Auswahl) [GT02] Get (nötig: HTTP/1.1 Server) Head (nötig: HTTP/1.1 Server) Put (WebDAV), Post (Forms) Options WebDAV: Lock, Mkcol, Copy, Move

33 HTTP Protokoll 33 / 41 Statuscodes 100er Protokoll-Status (101: switching protocols) 200er Success Status (200: o.k.) 300er Redirection Status (302: found) 400er Client Status (404: not found, 403: forbidden) 500er Server Error Status (500: internal server error)

34 Code-Beispiele 34 / 41 TCP Client import java. net. ; import java. i o. ; public class TCPClient { public s t a t i c void main ( S t r i n g [ ] args ) { t r y { i n t s e r v e r P o r t = 4711; Socket s = new Socket ( args [ 1 ], s e r v e r P o r t ) ; DataInputStream i n = new DataInputStream ( s. getinputstream ( ) ) ; DataOutputStream o u t = new DataOutputStream ( s. getoutputstream ( ) ) ; out. writeutf ( args [ 0 ] ) ;

35 Code-Beispiele 35 / 41 TCP Client II } } S t r i n g data = i n. readutf ( ) ; System. out. p r i n t ( " Data received : " + data + " \ n " ) ; s. close ( ) ; } catch ( UnknownHostException uhe ) { System. out. p r i n t ( uhe. getmessage ( ) ) ; } catch ( EOFException eofe ) { System. out. p r i n t ( eofe. getmessage ( ) ) ; } catch ( IOException ioe ) { System. out. p r i n t ( ioe. getmessage ( ) ) ; }

36 Code-Beispiele 36 / 41 TCP Server import java. net. ; import java. i o. ; public class TCPServer { public s t a t i c void main ( S t r i n g [ ] args ) { t r y { i n t s e r v e r P o r t = 4711; ServerSocket l i s t e n S o c k e t = new ServerSocket ( s e r v e r P o r t ) ; while ( true ) { Socket c l i e n t S o c k e t = l i s t e n S o c k e t. accept ( ) ;

37 Code-Beispiele 37 / 41 TCP Server II } } Connection c = new Connection ( c l i e n t S o c k e t ) ; } } catch ( IOException ioe ) { System. out. p r i n t ( ioe. getmessage ( ) ) ; class Connection extends Thread { DataInputStream i n ; DataOutputStream out ; Socket c l i e n t S o c k e t ;

38 Code-Beispiele 38 / 41 TCP Server III } public Connection ( Socket aclientsocket ) { t r y { c l i e n t S o c k e t = aclientsocket ; i n = new DataInputStream ( c l i e n t S o c k e t. getinputstream ( ) ) ; o u t = new DataOutputStream ( c l i e n t S o c k e t. getoutputstream ( ) ) ; this. s t a r t ( ) ; } catch ( IOException ioe ) { System. out. p r i n t ( ioe. getmessage ( ) ) ; }

39 Code-Beispiele 39 / 41 TCP Server IV } } public void run ( ) { t r y { S t r i n g data = i n. readutf ( ) ; out. writeutf ( data ) ; c l i e n t S o c k e t. close ( ) ; } catch ( EOFException eofe ) { System. out. p r i n t ( eofe. getmessage ( ) ) ; } catch ( IOException ioe ) { System. out. p r i n t ( ioe. getmessage ( ) ) ; } }

40 Code-Beispiele 40 / 41 Zusammenfassung ISO/OSI Referenzmodell Einzelschichten TCP/IP IPV4 IPV6 HTTP Beispiel Browser und Webserver Protokoll Code-Beispiele

41 Code-Beispiele 41 / 41 Vielen Dank Für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen?

42 Code-Beispiele 41 / 41 George Coulouris, Jean Dollimore, and Tim Kindberg. Distributed systems (3rd ed.): concepts and design. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc., Boston, MA, USA, R. Fielding, J. Gettys, J. Mogul, H. Frystyk, L. Masinter, P. Leach, and T. Berners-Lee. Hypertext Transfer Protocol HTTP/1.1, David Gourley and Brian Totty. HTTP - The Definitive Guide. O Reilly, Sebastopol, USA, K. Jamsa and K. Cope. Internetprogrammierung unter Windows. O Reilly, Yves Lafon and Jim Gettys. Final HTTP-NG Activity Statement, 1999.