[데이터 통신과 네트워킹] Application Layer Protcol

World Wide Web (WWW)

WWW

• idea는 Tim Berners-Lee에 의해 1989년에 제안되었다.
• 1990년 말 Web browser와 HTTP server를 포함하면서 구현되었다.

Hyertext Transfer Protocol (HTTP)

• hypertext와 Web을 용이하게 하는 Application-layer protocol
• client-server computing model의 Request-response protocol
  • client web browser는 HTTP 요청 메시지를 server에 전달한다.
  • Web server는 HTML file과 다른 어떤것들과 같은 resource를 제공한다.

Example

• 다른 텍스트 파일과 참조와 큰 이미지에 대한 참조를 포함하는 과학 문서 찾기
  -> 전체 docuemnt를 알아내기 위한 세 개의 transaction
  

Web Client (Browser)

• web browser는 web site로 부터 information resource를 가져와 사용자의 device에 보여준다.

• 가장 인기있는 browser는 chrome, firefox, safari, 그리고 edge이다.

  • 1993년 Mosaic, 1994년 Netscape Navigator
  • 1995년 Internet Explorer
  • 2003년 Apple에서 출시한 Safari
  • 2004년 Mozilla에서 출시한 Firefox
  • 2008년 google에서 출시한 Chrome, 가장 인기있고 지배적이다.

  browser에 세 부분

• Controller는 문서에 접근해서 interpreter를 사용해서 screen에 보여준다.

• Interpreter는 HTML, JAVA, JavaScript일 수 있다.

• client Protocol은 HTTP, FTP, SSH, SMTP 등이 될 수 있다.
  

Web Server

• web page는 server에 저장된다.
• 각 요청이 도착할때마다, 일치하는 문서가 client에게 보내진다
• 효율성을 높이기 위해, server는 일반적으로 요청된 파일을 memory에 있는 cache에 저장한다.
  • 매번 disk에서 가져오지 않고 cahce를가지고 동작
• 인기있는 web server:
  • Apache
  • Microsoft Internet Information Server(IIS)

Uniform Resource Locator(URL)

• web page는 web page를 구별하기 위해 unique identifier를 가진다.
• 4개의 identifier는 web page를 정의한다 :
  • Protocol : web page에 접근하기 위한 client-server program (https:, ftp:, file:)
  • Host : server의 IP 주소나 unique name
  • Port Number : client-server program에 의해 정의된 port number (HTTP protocl은 80번)
    • client의 경우 임시 port 번호 사용
  • Path : file의 주소와 이름

Example : http://www.mhhe.com/compsci/forouzan

Web Documents

• static Document
  • server에 저장된 고정된 내용의 document
  • Languages : HTML, XML, XSL, THTML
• Dynamic Document
  • browser가 document를 요청할때마다 web server에 의해 만들어진다. (date and time)
  • CGI(Common Gateway Interface) - past
  • JSP(Java Server Page), ASP(Active Server Page), ColdFusion - today
• Active Document
  • browser가 active document를 요청할때, server는 document나 script를 복사해서 보낸다.
  • 그런 다음 document가 client에서 실행된다. (browser에서 실행된다.)
  • Languages : java applets, javascript

HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

HTML (Hypertext Markup Language)

• web에서 web page를 검색하기 위해 client-server program을 작성하는 방법을 정의한다.

• HTTP client는 request할 수 있다; HTTP server는 response를 반환한다.

• server는 port number 80을사용한다; clientsms 임시 port number를 사용한다.

• HTTP는 TCP service를 사용한다.

HTTP Connecctions

• Non-Persistent Connection : 새로운 TCP Connection을 사용해서 각 object를 찾는다. - HTTP 1.0
• Persistent Connecction : TCP connection을 만들고 모든 object를 찾는다. - HTTP 1.1
  

Request Message Format

• sp : 빈칸
• cr : 다음줄 맨 처음으로 커서 이동
• lf : 한줄 바꿈

Request Line

• method fieled는 request type을 정의한다.

• URL은 web page에 address와 name을 정의한다.

• Version : HTTP 1.1
  

• GET : server로부터 document를 가져오는것

• PUT : client로부터 server로 document를 보내는것

• POST : client로부터 server로 information을 보내는 것

  *Request Header Line

• 각 header line은 추가적인 information을 client로부터 server로 보낸다.
  

Response Message Format

Response Status Code

Response Header Line

• 각 header line은 추가적인 information을 server로 부터 client로 보낸다.
  

Example
우리가 /usr/bin/image1 path를 통해 image를 검색한다.

Request Message

• Request Line : Method(GET), URL, HTTP Version(1.1)
• Header Line : client는 GIF나 JPEG image를 받을 수 있다.
  Response Message
• Request Line : Version, Status Code, Phrase
• Header Line : data, server, content encoding (MIME version, 전자 메일), document의 길이
  

clients가 server에 post할 web page를 보낸다.

• Request Line : Put Method, URL, HTTP version
• Status Line : Http Version, Status code, Status message
  

오늘날 web은 client에 대한 information을 기억할 필요가 있다.

• 웹사이트는 전자 상점으로 사용되고 있다.
• 일부 웹 사이트는 등록된 클라이언트만 액세스할 수 있다.
• 포털 사이트 : 사용자가 보고 싶은 웹 페이지를 선택한다.
• 광고 대행사

Cookie

• 원래 Web에서, client는 request를 보내고 server는 respond한다 그리고 들의 relation은 끝난다.
• Cookie는 작은 data file이다.
  • web server에 의해 생성되고 처음 전송된다.
  • web browser에 의해 client에 저장된다.
• Cookie는 key와 value를 포함한다.

Creating, Storing, and Using of the Cookie

• Creating : 서버에서 만들어짐
• Storing : client와 server에 별도로 저장
  

Examples of the Cookie

• Electornic Store
  • 구매 품목의 번호와 단가와 같은 쇼핑 품목에 대한 정보가 브라우저로 전송된다.
• Registered Clients
  • 클라이언트가 처음 등록하면 사용자 정보가 브라우저로 전송된다.
• Portal Site
  • 사용자가 좋아하는 페이지를 선택하면 쿠키가 만들어져 브라우저로 전송된다.
• Advertising Agency
  • 사용자가 배너 아이콘을 클릭하면 사용자의 아이디와 사용자의 웹에서의 행동이 쿠키에 포함된다.
    

Example

Web Cashing : Proxy Server

• HTTP request가 어떤 client (browser)로 부터 요청될때, request는 처음 proxxy server로 향한다.
  • 만약 proxy server가 이미 일치하는 web page를 가지고 있으면, 그것을 client에게 response한다.
  • 그렇지 않으면, proxy server는 client 역할을 하며, Internet에 있는 web server로 요청을 보낸다.
• response가 반환되면, proxy sever는 client에 request에 대해 보내기 전에 그것을 복사하고 cache에 저장한다.
• server에 부하와 network traffic을 감소시키고, response time을 개선한다.

Example of Proxy Server

Proxy Sever 위치

• client computer는 Proxy server로 사용될 수 있다.
• 기업에서, Proxy Server는 컴퓨터 LAN에 설치될 수 있다.
• ISP는 부하를 감소시키기 위해 Proxy server에 설치 될 수 있다.

HTTP Security

• HTTP는 SSL(Secure Socket Layer)를 통해 실행 가능하다. - HTTPS
• HTTPS는 443 port 번호를 통해 data를 전송한다.
• HTTPS는 confidentially, authentication, data integrity를 제공한다.
  

SSL(Secure Sockets Layer)

• SSL은 internet을 통해 전송되는 confidentiality와 information의 integrity를 보장하는 보안 protocol이다.

TLS(Transport Layer Security)

• TLS는 symmetric(대칭)과 asymmetric(비대칭) cryptography(암호)를사용하는 transport layer security이다.
• TLS는 이러한 cryptographic protocol을 사용하여 안전하지 않은 network를 통해 data를 전송할때 보안을 제공한다.

SSL/TLS

• SSL 이후에 이것을 표준화해서 만든 것이 TLS로 SSL/TLS로 함께 묶어 분류한다.

File Transfer Protocol(FTP)

File Transfer Prtocol

• FTP는 한 host로 부터 다른 host로 파일을 복사하기 위해 TCP/IP에서 제공하는 표준 protocol이다.
• file을 전송하는 동안에 문제점
  • 두 시스템이 다른 file name convention을 사용할지도 모른다.
  • 두 시스템이 다른 data를 표현하기 위한 방법을 가질지도 모른다.
  • 두 시스템ㅁ이 다른 directory 구조를 가질지도 모른다.

-> FTP로 이러한 문제를 해결할 수 있다.

Client-Server Structure of FTP

Two Connection

• Control Connection (21번 포트)
• Data Connection (20번 포트)

Two Connections

Control Connections

• 사용자가 FTP를 시작할때, control connection이 열린다.

• 전체 interactive FTP sesion동안에 연결된 상태로 유지된다.

• FTP는 local code나 syntax(e.g. window or UNIX)를 NVT sysntax와 반대로 번역하기위해 NVT ASCII character set을 사용한다.

  

FTP Commands

FRP Respnoses

Data Connection

• 각 file transfer 활동을 위해 열렸다가 닫힌다.
  
• client는 ephemeral(임시) port를 사용해서 passive open을 발행한다.
  • client는 port command를 사용해서 port 번호를 server로 보낸다.
• server는 well-known port 번호 20을 사용해서 active open을 발행하고 ephemeral port 번호를 받는다.

Communication over Data Connection

• communication의 3가지 속성

• File Type : ASCII file, EBCDIC file, or Image file
• Data structter : File Strructure, Reord Structer, Page Structure
• Transmission Mode : Stream mode, Block mode, Compressed mode
• File Transfer
  • Retrieving a file : client로부터 server로 전송
  • Storing a file : server로부터 client로 전송
  • Directory Listing : server로 부터 client로 하위 디렉토리 또는 파일 나열

An Example of FTP

• control connection은 항상 열려있다.
• data connection은 열리고 닫히고를 반복한다.
• 모든 reclod가 전송되면, server는 data connecton Closing을 알린다.
• Client는 QUIT command를 실행하여 service connection을 종료한다.
  

Security for FTP

TLS를 통한 FTP Connections

• FTP는 secuirty가 큰 문제가 아닐때 설계되었다.
  • password와 data connecction은 안전하지 않은 plaintext로 data를 전송했다.
• SSL/TLS은 application과 TCP layer 사이에 추가되었다.
  • TLS를 통한 FTP는 128 bit encryption을 제공한다.
  • SSL certificate는 server에 대해 생성된다.

Electronic Mail

HTTP, FTP

• server 프로그램은 항상 동작하고, client로 부터 요청을 기다린다.
• request와 response가 존재한다.

E-mail

• Electronic mail(or e-mail)은 사용자가 message를 교환하는 것을 가능하게 한다.
• 이 application의 성격은 지금까지 것들과 다르다.
• e-mail의 client/server programminig 다른 방법으로 구현되어야 한다. : 중개 컴퓨터(server)를 사용하는 것

Archietecture

e-mail을 보내고 받는 시나리오

• UA : 작성하고 보내고 읽는 프로그램
• MTA : 메일을 보내는 부분
• MAA : 메세지를 접근해서 읽는 부분

User Agent

• 사용자가 쉽게 message를 보내고 받는 것을 과정을 제공한다.

  • Command driven UA : mail, pien, elm
  • Graphic User Interface(GUI) based UA : Eudora, Outlook

• Sending E-mail

  • E-mail은 envelop와 message가 있고 message는 header와 body를 포함한다.
  • E-mail 주소는 두 부분으로 이루어진다. : @로 구분되는 local part와 domain part
    

• Receiving E-mail

  • 만약 사용자가 e-mail을 받으면, UA는 사용자에게 알려준다.

• 메일 목록과 그룹 목록

  • 그룹으로 메일을 보낼 수도 있다.

Format of e-mail

e-mail에서 사용되는 Protocols

• e-mail은 세 가지 client-server paradigm을 사용한다.
• 첫번쨰와 두번째는 Message Transfer Agent(MTA)이고, 세 번째는 Message Access Agent(MAA)이다.
  

Message Transfer Agent : SMTP*

• MTA client와 MTA server로 정의된 프로토콜은 Simple Mail Trasnfer Protocol(SMTP)이다.
• SMTP는 push 프로토콜이다.; client로부터 server로 message를 push한다.

SMTP Commands

SMTP Responses

Three Phase of Mail Transfer

Message Access Agent(MAA) : POP and IMAP

• message는 server부터 client로 전달된다.
  • MAA는 Pull 프로토콜이다.; cleint는 servefr로 부터 message를 pull해야 한다.
  • 두 message access 프로토콜 : POP3, IMAP4
• POP3 (Post Office Protocol, Version 3)
  • Mail access는 사용자가 e-mail을 다운받을때 client에서 시작된다.
  • client와 server는 POP3 software를 설치해야한다.
  • Two Mode : Delete와 Keep Mode
• IMAP4 (Internet Mail Access Protocol, version 4)
  • POP3보다 더 강력하다.
  • 사용자는 mail server에있는 mailbox를 create, deleter, rename 할 수 있다.
  • 사용자는 부분적으로 e-mail을 다운로드한다.

POP3

MIME(Mutipurpose Internet Mail Extensions)

• e-mail을 통해 non-ASCII data가 보내지는 것을 가능하게 한다.
• text와 language의 type과 binary file, video, audio data를 보낼 수 있다
  

MIME Header
transformation parameters를 정의하기 위해 원래 e-mail header 부분에 추가된다.

Content Type and Subtype of MIME

• 전송을 위해 0과 1로 message를 인코딩하기 위해 사용되는 method를 정의한다.
  
• Base64 Conversion
  • 8비트씩 나눠서 6비트씩 묶음
    

Base64Conversion Table

ASCII Codes

Quoted-printable

• data가 대부분 ASCII이고 작은 non-ASCII 부분으로 구성되면 사용된다.
• 만약 8bit에 첫번째 bit가 1이면, Non-ASCII로 여겨진다.
• Non-ASCII는 등호(=)로 시작되는 16진수 두자리로 해석된다.
  

Web Based Mail

• 읽는 부분만 웹 메일
  
• 보내고 읽을때 모두 웹 사용

TELNET

• TELENT은 TERminaL NETwork의 약자인 remote logging protocol이다.
• client 측 user는 serve computer로 로그인하고 거기서 사용가능한 서비스를 사용한다.
• TELNET은 (암호화되지 않은) plaintext로 된 logging name과 password가 필요하다.
  • 해킹에 취약하기 때문에, TELNET은 Secure Sheel(SSH)로 대체되었다.

Local versus remote logging

Network Virtual Terminal (NVT)

• 각 컴퓨터는 특별한 charset의 조합을 token으로 사용한다.
  • end-of-file token for DOS : ctrl + z
  • end-of-file token for UNIX : ctrl _ d
• TELNET은 Netowrk virtual Terminal(NVT) charset set이라 불리는 보편적인 interface를 정으히ㅏㄴ다.
  

Control Charset code

Secure Shell (SSH)

• SSH는 원래 TELNET을 대체하기 위해 설계되었다.
• SSH는 public-key cryptography를 사용하여 안전하지 않은 network를 통해 안전한 network service를 제공하는 protocol이다.
• SSH는 안전한 access와 file transfer와 같은 service를 구현하기 위해 encryption과 authentication mechanism을 사용한다.
  

SSH가 하는 것이 무엇인가?

• Secure Communication : password, 사용자 이름 및 기타 개인 데이터를 포함한 모든 infromation을 암호화한다.
• Authentication : 인증된 사용자 및 server만 시스템에 접속할 수 있다.
• Data Transfer via Encryption : data의 confidentiality and integrity
• Remote Access : 컴퓨터, server 및 기타 resource에 대한 안전한 remote access
• File Transfer : Secure Copy Program(SCP)와 SSH File Transfer Protocol
• Tunneling : web server, database, email server를 안전하게 access할 수 있다.
  
• Hacker로부터 막음

Components

SSH는 application-layer protoco이다.

• SSH Transport-Layer Protocol (SSH-TRANS)
  • TCP 위에 보안 channel을 만든다.
  • privacy or confidentiality, Data Integerity, Server Authnetication, Message 압축
• SSH Authentication Prtocol (SSH-AUTH) - 인증
  • Client Authentication
• SSH Connection Protocol (SSH-CONN) - 연결
  • client는 remote logging, file transfer 등과 같은 application을 위해 다수의 logical channel을 만든다.
    

Application

• SSH for Remote logging : puTTy, Tectia
• SSH for File Transfer : SFTP(Secure FTP), SCP(Secure Copy)
• Port Forwarding - SSH Tunneling
  • TELNET이나 SMTP와 같은 일부 application program은 보안 service를 제공하지 않는다.
  • SSH는 이러한 application에 속하는 message가 이동할 수 있는 보안 tunnel을 만든다.
    

SSH Packet Format

• TCP header까지 포함된 것을 암호화 시킴

SSH working process

Differences Between SSH and SSL

• encryption과 authentication을 사용해서 두 장치간에 보안을 향상시킨다.
  • 그러나 서비스 대상이 다르다.
• SSH는 remotly login에 사용
  • telent, putty
• SSL은 HTTPS 등에 사용

Domain Name System (DNS)

domain name hierachy와 IP address space

• Internet은 name을 address로 매핑할 수 있는 directory system을 가질 필요가 있다.
  • net.knu.ac.kr -> 203.247.32.31 (IP주소로 기억하기 어려우므로)

Domain Name System (DNS)

• DNS는 client-server model에 사용되는 name server의 distributed database에 의해 유지된다.
• 각 domain은 적어도 하나의 권한 있는 DNS server가 있으며, domain에 대한 정보를 게시한다.
• hierachy의 top은 root name server에 의해 제공된다.

name과 address의 매핑 과정

• IP 주소를 알고 있으면 응답해주고 모르면 다른곳에서 찾음

Name Space

Domain Name Space

• 각 주소가 unique name에 매핑하는 name space는 hierachical할 수 있다.
• name은 inverted-tree structure로 정의된다.
  • root를 포함하지 않고 역으로 올라감
• domain은 domain name space의 subtree이다.
• domain name은 점(.)으로 구분된 label의 sequence이다.
  

Domain Name and Labels

Domains

• domaind은 그 자체로 domain으로 분할될 수 있다.
• domain의 name은 subtree의 맨 위에 있는 node의 이름이다.
  

Hierachy of Name Space

• Domain은 더 작은 domain들로 분할된다. (subdomain)
• 각 server는 large domain이나 small domain을 담당한다.
  • 각 server domain이 필요하고 name sever가 있어야한다.
    

Zone

• DNS zone은 hierachical domain name structure의 subset이다. (종종 single domain)
• server가 책임이 있거나 권한을 가진 것을 zone이라고 한다.
  • domain name server가 권할하는 구역 -> zone
• server는 zone file이라는 database를 만들고 domain 아래의 모든 node에 대한 정보를 저장한다.
  • domain에 있는 node에 ip 주소를 가짐
    

Root Server

• zone이 전체 트리인 server
• 전 세계에 분포되어 있다.
  

DNS in the Internet

domain name space (tree)는 원래 세 개의 다른 부분으로 나누어졌다.

• generic domains, country domains, inverse domain

Generic domain

Generic Domains Labels

Country Domains

Resoultion

address에 name을 매핑하는 것을 name-address resolution이라고 부른다.

• address를 name에 매핑하거나 name을 address에 매핑해야하는 host는 DNS client를 호출한다.
• DNS의 client 측을 DNS resolver라고 한다.

resolver는 mapping request와 함께 가장 가까운 DNS server에 접근한다.

• 만약 server가 information을 가지고 있으면, resolver를 만족한다.; 그렇지 않으면, resolver가 다른 server에 참조하여 information을 제공한다.
• DNS resolver는 recursive나 iterative와 같이 다양한 query 방식에 의해 분류된다.
• 모든 DNS query는 Domain Name System에 root zone에서 recursive query로 시작해야한다.

Recursive Resolution

• DNS resolver는 단일 DNS server에 쿼리를 보내고, 이 server는 요청자를 대신하여 다른 DNS server에 query를 보낸다.
  

Iterative Resolution

• DNS resolvuer는 하나 이상의 DNS server의 chain에 쿼리를 보낸다.
• 현재 server가 request를 해결할 수 있을때까지, 각 server는 client를 chain내에 다음 server로 지칭한다.
  

Record Caching

sever는 domain에 없는 name에 대한 query를 수신하므로, database를 검색해야한다.

• Cahcing은 root server에 부하를 낮추도록 사용된다.

DNS는 caching mechanism을 제공한다.

• DNS query 결과를 cache memory에 일정 기간(Time-to-live) 저장한다.
• 효율성을 향상시키고, 인터넷 전체의 DNS traffic을 낮추고, end-user application에 성능을 높인다.

DNS request로 부터 얻은 결과는 항상 time to live(TTL)과 연관된다.

• TTL은 결과를 폐기하거나 새로 고쳐야하는 만료 시간이다.

Resource Records

Zone file

• Zone file은 DNS server에 저장된 plain text file이다.
• zone file은 zone 내의 모든 domain에 대한 모든 resource record (RR)을 포함한다.
  

DNS message

DNS Messages : query and response