Application Layer

Application Layer

Application architectures

• Client-Server
• Peer-to-Peer(P2P)

Client-Server architecture

• Server
  • always-on host
  • 영구 IP 주소
  • 규모에 따라 데이터 센터일 수도 있음
• Clients
  • Server와 커뮤니케이션
  • 클라이언트 간 직접 커뮤니케이션 하지 못함
  • 간헐적으로 연결
  • 동적 IP 주소를 가질 수 있음

P2P architecture

• no always-on server
• host들이 자발적으로 직접 커뮤니케이션 -> Self scalability
• peer는 다른 peer에게 서비스를 요청하고, 또 다른 peer에게 서비스를 제공할 수 있음
• peer들은 간헐적으로 연결되며, IP 주소를 바꿈
  • 관리의 어려움

Process communicating

• process: host 내에서 실행 중인 프로그램
• 서로 다른 프로세스가 같은 host에서 실행 중이라면, IPC(Inter Process Communication)을 이용하여 통신
• 서로 다른 프로세스가 다른 host에서 실행 중이라면, Messages를 교환하며 통신
• Client process: 통신을 시작하는 프로세스
• Server process: 다른 프로세스의 연결을 기다리는 프로세스

Sockets

• 프로세스는 메시지를 socket으로부터 받거나, socket으로 전송

Addressing processes

• message를 전달받기 위해서 프로세스는 반드시 identifier를 지녀야 함
• identifer는 IP 주소와 포트 번호를 포함
• ex) HTTP Server은 80번 포트 번호 사용, mail server는 25번 포트 번호 사용

App-layer protocol defines

• message type
  • ex) request, response
• message syntax
  • 어떤 필드값이 있어야 하며, 필드 값들이 어떻게 채워져야 하는지
• message semantics
  • 필드 값들의 의미
• 언제 그리고 어떻게 프로세스들이 메시지를 전송하고, 응답하는지에 대한 rules

Application에 필요한 전송 서비스

• Data integrity
  • 어떤 app들은 100% 신뢰 가능한 데이터 전송을 요구(ex: file transfer)
  • 반면, 어떤 app들은 약간의 손실을 허용(ex: audio)
• timing
  • 어떤 app들은 낮은 지연율을 요함(ex: interactive games)
• throughput
• security
  • 암호화, 데이터 무결성...

Internet transport protocols services

• TCP service
  • 신뢰성 있는 전송
  • flow control
  • congestion control
  • connection-oriented
  • does not provide: timing, minimum throughput guarantee, security
• UDP service
  • 비신뢰성 전송
  • does not provide: reliability, flow control, congestion control, timing, throughput guarantee, security, connection set-up

SSL

• 암호화된 TCP 연결을 제공
• data integrity
• end-point authentication
• SSL is at app layer
  • app들은 TCP와 대화하는 SSL 라이브러리를 사용

Web and HTTP

• Web page는 object들로 구성되어 있음
  • object는 HTML file, Image, Audio 등
• Web page는 여러 참조된 object들을 포함하는 HTML file로 구성
• 각각의 object는 URL을 통해 접근 가능
• ex) www.someschool.edu/someDept/pic.gif

HTTP overview

• HTTP: HyperText Transfer Protocol
• Web의 application layer protocol
• Client-Server 모델
  • Client: Web object들을 요청하고, 받고 화면에 보여주는 browser
  • Server: 요청에 대한 응답으로 object를 보내는 Web server
• uses TCP
  • 클라이언트가 80번 포트 번호를 이용하여 서버에 TCP 연결 시작
  • 서버는 클라이언트의 TCP 연결 승인
  • HTTP messages들이 browser와 Web server 간 교환
  • TCP 연결 종료
• HTTP is "stateless(무상태)"
  • 서버는 이전 클라이언트 요청에 대한 어떠한 정보도 저장하지 않음

HTTP connections

• non-persistent HTTP
  • 최대 하나의 object가 TCP 연결 통해 전송 가능
  • 여러 개의 object를 download하기 위해선 여러 번의 연결이 필요
• persistent HTTP
  • 여러 개의 object가 하나의 TCP 연결을 통해 전송 가능

Response Time

• RTT: time for a small packet to travel from client to server and back
• Non-persistent HTTP
  • TCP 연결 시작하기 위한 RTT +
  • HTTP request 위한 RTT +
  • file transmission time =
  • 2 RTT + file transmission time
• Persistent HTTP
  • 서버는 연결을 open 상태로 둠
  • 모든 object를 받기 위해 하나의 RTT만 필요

HTTP request message

• 2개의 HTTP 메시지 타입: request, response

Uploading form input

• POST method
  • Web page는 종종 input form을 포함
  • input이 server에 업로드 됨
• URL method
  • GET method 사용
  • input이 URL의 request line을 통해 업로드
  • ex) www.somesite.com/animalsearch?monkeys&banana

Method types

• HTTP/1.0:
  • GET
  • POST
  • HEAD
• HTTP/1.1:
  • GET, POST, HEAD
  • PUT: URL 필드에 지정된 경로에 파일 업로드
  • DELETE: 특정 URL 필드에 명시된 파일을 삭제

HTTP response message

• status code
  • 200 OK: request 성공, 요청된 object가 이후에 이 msg에 포함될 것
  • 301 Moved Permanently: 요청된 object가 이동함, 이후에 새로운 주소가 이 msg에 명시될 것
  • 400 Bad Request: 서버가 요청 메시지를 처리하지 못함
  • 404 Not Found: 요청된 문서가 이 서버에 존재하지 않음
  • 505 HTTP Version Not Supported

User-Server state: cookies

• 많은 웹 사이트들이 쿠키를 사용
• four components
  • cookie header line of HTTP response msg
  • cookie header line in next HTTP request msg
  • cookie file kept on user's host, managed by user's browser
  • back-end database at Web site

Web caches (proxy server)

• Origin server를 거치지 않고 클라이언트의 요청을 만족하기 위해 사용
• browser가 모든 HTTP request를 cache로 보냄
  • object가 cache에 있다면: cache returns object
  • object가 cache에 없다면: cache가 origin server에 object request 후, client에게 return

Conditional GET

• 목표
  • 만약 cache가 최신의 cached version을 가지고 있으면 object를 전송하지 않음
  • no object transmission delay
  • lower link utilization
• cache: HTTP request에 cached copy의 날짜를 명시
• server: 만약 cached copy가 최신의 것이면 response는 object를 포함시키지 않음

FTP(File Transfer Protocol)

• file을 remote host로/로부터 transfer
• Client-Server model
  • client: side that initiates transfer
  • server: remote host
• 하나의 file 전송 이후에 서버는 data connection 종료
• 서버는 다른 file의 전송을 위해서 다른 TCP data connection을 open
• FTP Server는 'state'를 유지
  • current directory, earlier authentication

E-mail

• Three major components
  • user agents
  • mail servers
  • SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)
• User Agent(mail reader)
  • composing, editing, reading mail messages
  • outgoing, incoming messages stored on server
• Mail Servers
  • mailbox는 user에게 온 messages들을 저장
  • message queue는 전송되야 할 mail messages들 담음
  • email messages의 전송을 위한 mail servers들간의 SMTP

SMTP

• reliable transfer를 위해 TCP 사용(25번 포트 번호)
• direct transfer: sending server to receiving server
• Three phases of transfer
  • handshaking
  • transfer of messages
  • closure
• persistent한 연결 사용
• message가 7-bit ASCII로 작성되어야 함

POP3 Protocol

• authorization phase
  • client commands:
    • user: declare username
    • pass: password
  • server responses:
    • +OK
    • -ERR
• transaction phase
  • list: list message numbers
  • retr: retrieve message by number
  • dele: delete
  • quit
• POP3 is stateless across sessions

DNS(Domain Name System)

• IP 주소 대신 'name'을 사용하여 주소에 접근이 가능하게 함
• 분산된 database가 많은 name server들의 계층을 구현
• DNS services
  • hostname to IP addr translation
  • host aliasing
  • mail server aliasing
  • load distribution: 하나의 이름에 많은 IP 주소 설정 가능
• Why not centralize DNS?
  • traffic volume
  • distant centralized database
  • maintenance

DNS: root name servers

• local name server가 name을 처리하지 못할 때 접근하는 서버
• name과 주소의 mapping을 TLD로부터 얻어와 local name server에 return
• 전 세계적으로 13개의 root name server 존재

TLD, authoritative servers

• Top-Level Domain servers:
  • com, org, net, eud, areo, jobs, museums 등과 모든 국가 도메인들을 관리(ex: uk, kr, ca)
• authoritative DNS servers:
  • 기관의 name host들에게 authoritative hostname to IP mapping을 제공하는 기관 소유의 DNS Server
  • 기관 혹은 서비스 제공자에 의해 maintain

Local DNS name server

• 각각의 ISP는 'default name server'라고 불리는 local DNS server 지님
• host가 DNS query를 발생시키면, query는 local DNS server로 전송됨
  • 최근 name-to-address translation 쌍을 local cache에 가지고 있음
  • proxy와 같이 작동하여, query를 계층 구조로 이동시킴
• iterated query

• recursive query

DNS: caching, updating records

• name server가 mapping을 하면, 해당 mapping을 caching
  • cache entry는 TTL 이후에 timeout
  • TLD 서버는 기본적으로 local name server에 cache 되어 있음
    • 그러므로 root name server는 많이 방문되지 않음
• cached entry들은 out-of-date인 것일 수 있음 만약 name host가 IP 주소를 바꿔도, 모든 TTL이 만료될 때 까지 다른 Server들은 해당 변경을 알 수 없음

Attacking DNS

• DDos attacks
  • root server의 traffic을 폭주 시킴
    • traffic filtering을 통해 예방 가능
  • TLD server의 traffic 폭주시키는 것이 더 위험
• Redirect attcks
  • Man-in-middle: query 가로채기
  • DNS poisoning: DNS 서버에 위조 정보 전송