Приложения TCP / IP
Last updated
Last updated
Вся цель построения корпоративной сети или подключения небольшой домашней или офисной сети к Интернету состоит в использовании таких приложений, как просмотр веб-страниц, обмен текстовыми сообщениями, электронная почта, загрузка файлов, голос и видео. В этом подразделе исследуется одно конкретное приложение - просмотр веб-страниц с использованием протокола передачи гипертекста (HTTP).
Всемирная паутина (WWW) состоит из всех подключенных к Интернету веб-серверов в мире, а также всех подключенных к Интернету хостов с веб-браузерами. Веб-серверы, которые состоят из программного обеспечения веб-сервера, запущенного на компьютере, хранят информацию (в виде веб-страниц), которая может быть полезна для разных людей. Веб-браузер, представляющий собой программное обеспечение, установленное на компьютере конечного пользователя, предоставляет средства для подключения к веб-серверу и отображения веб-страниц, хранящихся на веб-сервере. Хотя большинство людей используют термин "веб-браузер" или просто "браузер", веб-браузеры также называются веб-клиентами, потому что они получают услугу с веб-сервера.
Чтобы этот процесс работал, необходимо выполнить несколько определенных функций прикладного уровня. Пользователь должен каким-то образом идентифицировать сервер, конкретную веб-страницу и протокол, используемый для получения данных с сервера. Клиент должен найти IP-адрес сервера на основе имени сервера, обычно используя DNS. Клиент должен запросить веб-страницу, которая на самом деле состоит из нескольких отдельных файлов, а сервер должен отправить файлы в веб-браузер. Наконец, для приложений электронной коммерции (электронной коммерции) передача данных, особенно конфиденциальных финансовых данных, должна быть безопасной. В следующих подразделах рассматривается каждая из этих функций.
Чтобы браузер отображал веб-страницу, он должен идентифицировать сервер, на котором находится эта веб-страница, а также другую информацию, которая идентифицирует конкретную веб-страницу. Большинство веб-серверов имеют множество веб-страниц. Например, если вы используете веб-браузер для просмотра www.cisco.com и щелкаете по этой веб-странице, вы увидите другую веб-страницу. Щелкните еще раз, и вы увидите другую веб-страницу. В каждом случае щелчок идентифицирует IP-адрес сервера, а также конкретную веб-страницу, при этом детали в основном скрыты от вас. (Эти интерактивные элементы на веб-странице, которые, в свою очередь, переводят вас на другую веб-страницу, называются ссылками.)
Пользователь браузера может идентифицировать веб-страницу, когда вы щелкаете что-либо на веб-странице или когда вы вводите унифицированный идентификатор ресурса (URI) в адресную область браузера. Оба варианта - щелчок по ссылке и ввод URI - относятся к URI, потому что, когда вы щелкаете ссылку на веб-странице, эта ссылка фактически ссылается на URI.
Большинство браузеров поддерживают какой-либо способ просмотра скрытого URI, на который ссылается ссылка. В некоторых браузерах наведите указатель мыши на ссылку, щелкните правой кнопкой мыши и выберите "Свойства". Во всплывающем окне должен отображаться URI, на который будет направлен браузер, если вы нажмете эту ссылку.
В просторечии многие люди используют термины веб-адрес или аналогичные связанные термины Universal Resource Locator (или Uniform Resource Locator [URL]) вместо URI, но URI действительно является правильным формальным термином. Фактически, URL-адрес используется чаще, чем URI, уже много лет. Однако IETF (группа, определяющая TCP / IP) вместе с консорциумом W3C (W3.org, консорциум, разрабатывающий веб-стандарты) предприняли согласованные усилия по стандартизации использования URI в качестве общего термина.
С практической точки зрения, URI, используемые для подключения к веб-серверу, включают три ключевых компонента, как показано на рисунке 11. На рисунке показаны формальные имена полей URI. Что еще более важно для понимания, обратите внимание, что текст перед :// определяет протокол, используемый для подключения к серверу, текст между // и / идентифицирует сервер по имени, а текст после / идентифицирует веб-страницу.
В этом случае используется протокол передачи гипертекста (HTTP), имя хоста - www.certskills.com, а имя веб-страницы - blog.
Хост может использовать DNS для обнаружения IP-адреса, соответствующего определенному имени хоста. В URI обычно указывается имя сервера - имя, которое можно использовать для динамического изучения IP-адреса, используемого этим же сервером. Веб-браузер не может отправить IP-пакет на имя назначения, но он может отправить пакет на IP-адрес назначения. Итак, прежде чем браузер сможет отправить пакет на веб-сервер, браузеру обычно необходимо преобразовать имя внутри URI в соответствующий IP-адрес этого имени.
Чтобы собрать воедино несколько концепций, на рисунке 12 показан процесс DNS, инициированный веб-браузером, а также некоторая другая связанная информация. С базовой точки зрения пользователь вводит URI (в данном случае http://www.exempel.com/go/learningnetwork), преобразует имя www.exempel.com в правильный IP-адрес и начинает отправлять пакеты на веб сервер.
Шаги, показанные на рисунке, следующие:
Пользователь вводит URI http://www.exempel.com/go/learningnetwork в адресную область браузера.
Клиент отправляет DNS-запрос на DNS-сервер. Обычно клиент узнает IP-адрес DNS-сервера через DHCP. Обратите внимание, что запрос DNS использует заголовок UDP с портом назначения 53-го известного порта DNS (см. таблицу 2 ранее в этой лекции, где приведен список популярных хорошо известных портов).
DNS-сервер отправляет ответ, в котором IP-адрес 198.133.219.25 указан как IP-адрес www.exemple.com. Также обратите внимание, что ответ показывает IP-адрес назначения 64.100.1.1, IP-адрес клиента. Он также показывает заголовок UDP с портом источника 53; исходный порт - 53, потому что данные получены или отправлены DNS-сервером.
Клиент начинает процесс установления нового TCP-соединения с веб-сервером. Обратите внимание, что IP-адрес назначения - это только что изученный IP-адрес веб-сервера. Пакет включает заголовок TCP, потому что HTTP использует TCP. Также обратите внимание, что TCP-порт назначения - 80, хорошо известный порт для HTTP. Наконец, отображается бит SYN, как напоминание о том, что процесс установления TCP-соединения начинается с сегмента TCP с включенным битом SYN (двоичная 1).
Пример на рисунке 12 показывает, что происходит, когда клиентский хост не знает IP-адрес, связанный с именем хоста, но предприятие знает адрес. Однако хосты могут кэшировать результаты DNS-запросов, так что какое-то время клиенту не нужно запрашивать DNS для разрешения имени. Также DNS-сервер может кэшировать результаты предыдущих DNS-запросов; например, корпоративный DNS-сервер на рисунке 12 обычно не имеет настроенной информации об именах хостов в доменах за пределами этого предприятия, поэтому в этом примере DNS-сервер кэшировал адрес, связанный с именем хоста www.example.com.
Шаги, показанные на рисунке, следующие:
Клиент отправляет DNS-запрос для www.exemple.com на известный ему DNS-сервер, который является корпоративным DNS-сервером.
(Рекурсивный) корпоративный DNS-сервер еще не знает ответа, но он не отклоняет DNS-запрос клиента. Вместо этого он следует повторяющемуся (рекурсивному) процессу (показанному как шаги 2, 3 и 4), начиная с DNS-запроса, отправленного на корневой DNS-сервер. Корень также не предоставляет адрес, но он предоставляет IP-адрес другого DNS-сервера, ответственного за домен верхнего уровня .com.
Рекурсивный корпоративный DNS-сервер отправляет следующий DNS-запрос DNS-серверу, полученному на предыдущем шаге, - на этот раз DNS-серверу TLD для домена .com. Этот DNS также не знает адреса, но знает DNS-сервер, который должен быть официальным DNS-сервером для домена exemple.com, поэтому он предоставляет адрес этого DNS-сервера.
Корпоративный DNS отправляет другой DNS-запрос DNS-серверу, адрес которого был получен на предыдущем шаге, снова запрашивая разрешение имени www.exeple.com. Этот DNS-сервер, официальный сервер exemple.com, предоставляет адрес.
Корпоративный DNS-сервер возвращает DNS-ответ клиенту, предоставляя IP-адрес, запрошенный на шаге 1.
После того, как веб-клиент (браузер) создал TCP-соединение с веб-сервером, клиент может начать запрашивать веб-страницу с сервера. Чаще всего для передачи веб-страницы используется протокол HTTP. Протокол прикладного уровня HTTP, определенный в RFC 7230, определяет, как файлы могут передаваться между двумя компьютерами. HTTP был специально создан для передачи файлов между веб-серверами и веб-клиентами.
HTTP определяет несколько команд и ответов, из которых наиболее часто используется запрос HTTP GET. Чтобы получить файл с веб-сервера, клиент отправляет на сервер HTTP-запрос GET с указанием имени файла. Если сервер решает отправить файл, он отправляет ответ HTTP GET с кодом возврата 200 (что означает ОК) вместе с содержимым файла.
Для HTTP-запросов существует множество кодов возврата. Например, если на сервере нет запрошенного файла, он выдает код возврата 404, что означает "файл не найден". Большинство веб-браузеров не показывают конкретные числовые коды возврата HTTP, вместо этого отображая ответ, такой как "страница не найдена", в ответ на получение кода возврата 404.
В этом случае, после того, как веб-браузер получает первый файл - тот, который в URI называется "/go/ccna", браузер читает и интерпретирует этот файл. Помимо частей веб-страницы, файл ссылается на два других файла, поэтому браузер выдает два дополнительных запроса HTTP GET. Обратите внимание, что, даже если это не показано на рисунке, все эти команды проходят через одно (или, возможно, несколько) TCP-соединение между клиентом и сервером. Это означает, что TCP обеспечит исправление ошибок, гарантируя доставку данных.
Эта лекция завершается обсуждением процесса, с помощью которого хост при получении любого сообщения по любой сети может решить, какая из множества своих прикладных программ должна обрабатывать полученные данные.
В этой части лекции показано несколько примеров того, как протоколы транспортного уровня используют поле номера порта назначения в заголовке TCP или UDP для идентификации принимающего приложения. Например, если значение TCP-порта назначения на рисунке 15 равно 49124, хост A будет знать, что данные предназначены для первого из трех окон веб-браузера.
Прежде чем принимающий хост сможет проверить заголовок TCP или UDP и найти поле порта назначения, он должен сначала обработать внешние заголовки в сообщении. Если входящее сообщение представляет собой кадр Ethernet, который инкапсулирует пакет IPv4, заголовки выглядят так, как показано на рисунке 16.
Принимающему узлу необходимо просмотреть несколько полей, по одному на заголовок, чтобы идентифицировать следующий заголовок или поле в полученном сообщении. Например, хост A использует сетевой адаптер Ethernet для подключения к сети, поэтому полученное сообщение представляет собой кадр Ethernet. Поле типа Ethernet определяет тип заголовка, который следует за заголовком Ethernet - в данном случае со значением шестнадцатеричного значения 0800, заголовком IPv4.
Заголовок IPv4 имеет аналогичное поле, называемое полем протокола IP. Поле протокола IPv4 имеет стандартный список значений, которые идентифицируют следующий заголовок, с десятичным числом 6, используемым для TCP, и десятичным числом 17, используемым для UDP. В этом случае значение 6 определяет заголовок TCP, следующий за заголовком IPv4. Как только принимающий хост понимает, что заголовок TCP существует, он может обработать поле порта назначения, чтобы определить, какой процесс локального приложения должен получить данные.
Когда локальный DNS не знает адрес, связанный с именем хоста, ему необходимо обратиться за помощью. На рисунке 13 показан пример с тем же клиентом, что и на рисунке 12. В этом случае корпоративный DNS действует как рекурсивный DNS-сервер, отправляя повторяющиеся DNS-сообщения, чтобы идентифицировать авторитетный DNS-сервер.
Веб-страницы обычно состоят из нескольких файлов, называемых объектами. Большинство веб-страниц содержат текст, а также несколько графических изображений, анимированную рекламу и, возможно, видео и звук. Каждый из этих компонентов хранится как отдельный объект (файл) на веб-сервере. Чтобы получить их все, веб-браузер получает первый файл. Этот файл может (и обычно делает) включать ссылки на другие URI, поэтому браузер затем также запрашивает другие объекты. На рисунке 14 показана общая идея, когда браузер получает первый файл, а затем два других.
В качестве примера рассмотрим хост A, показанный слева на рисунке 15. На хосте открыто три разных окна веб-браузера, каждое из которых использует уникальный TCP-порт. На хосте A также открыт почтовый клиент и окно чата, оба из которых используют TCP. И электронная почта, и чат-приложения используют уникальный номер TCP-порта на хосте A, как показано на рисунке.
