- L4 nestačí: z pohledu uživatele potřebujeme síťové aplikace
- poskytuje služby pro uživatele:
- aplikační programy (aplikace) specifické pro požadovaný účel (elektronická pošta, WWW, DNS, …)
- aplikace = hlavní smysl existence počítačových sítí
- zahrnuje *síťové aplikace / programy a aplikační protokoly
- aplikační protokoly (HTTP, SMTP, atd) jsou součástí síťových aplikací
- nejedná se o aplikace samotné
- protokoly definují formu komunikace mezi komunikujícími aplikacemi
- aplikační protokoly definují:
- typy zpráv, které se aplikace předávají (request / response)
- syntaxi přenášených zpráv
- sémantika přenášených zpráv (jednotlivých polí)
- pravidla, kdy a jak se aplikace vysílají
- Dle využitého aplikační modelu:
- Client-Server model
- Peer-to-peer model
- Dle přístupu k informacím:
- Dle nároků na počítačovou síť:
- aplikace s nízkými nároky na přenosovou síť
- aplikace s vysokými nároky na přenosovou síť
- komunikace iniciována klientem (klient = aplikace ovládaná uživatelem)
- po ustanovení komunikačního kanálu klient zasílá požadavky na server, ten mu odpovídá (mechanismus request-response)
- po ukončení komunikace je komunikační kanál uzavřen
- nevýhoda: centralizace zdrojů
- valná většina aplikací v internetu (WWW,FTp,DNS,SSH,…)
- klient vykonává minimum apl. logiky (většina na straně server)
- výhody: jednodušší, menší nároky na HW (může tak být levnější)
- nevýhody: menší škálovatelnost (server dělá moc práce), vyšší objemy přenášených dat, existence Single point of failure (server)
- příklad: vzdálené terminály
- většinu vykonává klient (opak tenkého klienta)
- výhody: menší nároky na server (=> dobrá škálovatelnost), většinou nižší objem přenesených dat, možnost práce offline
- nevýhody: komplexní provedení i instalace, značná spotřeba lokálních zrojů (CPU, paměť, disk)
- příklad: Firefox
- jednotlivý klienti spolu komunikují přímo (uzly rovnocenné)
- každý uzel poskytuje své zdroje (výpočetní síla, úložná kapacita, atp.) ostatním uzlům
- každý uzel využívá zdrojů poskytovaných ostatními uzly
- decentralizace zdrojů
- např. sdílení souborů (Gnutella, G2, FastTrack), Skype (dříve), VoIP, atp.
- přenos dat iniciován klientem (forma request-response)
- např. webové prohlížeče
- vlastnosti:
- asymetrický datový tok (dotaz - datově úspornější, jak odpověď)
- rozmanité požadavky na propustnost
- přenos dat iniciován serverm automaticky na základě znalosti uživatelova profilu (požadavků)
- např. streamimng multimedií
- vlastnosti:
- jednosměrný datový tok
- definované (a stálé) požadavky na propustnost (a zpoždění, jitter, …)
- Základní parametry sítě pohledem aplikací:
- ztrátovost (loss) - pravděpodobnost ztráty (poškození) přenášených dat
- propustnost (bandwidth) - objem přenesených dat za časovou jednotku
- časová omezení (timing) - zpoždění (delay) (doba nutná pro přenos po síti) a kolísání zpoždění (jitter)
- Jmenná služba - DNS
- World Wide Web - HTTP
- Ekektronická pošta - SMTP
- Přenos souborů - FTP
- Multimediální přenosy - RTP, RTCP
- Domain Name System (DNS) - služba pro překlad doménových jmen IP adresy a zpět
- V začátku pomocí tzv. host souborů
- soubor s dvojicemi doménové jméno, IP adresa
- neškálovatelné (nemožnost mít soubory celého internetu, vyhledávání, aktualizace, …)
- Jmenný prostor - způsob pojmenování předmětných entit
- 2 základní varianty:
- plochý jmenný prostor - jména bez jakékoliv vnitřní prostory (
mujRouterBrno, hlavní nevýhoda: nemožnost využití ve velkém systému (duplicity))
- hierarchický jmenný prostor - jména s hierarchickou vnitřní strukturou
- jména sestávají z několika částí, každá s definovaných významem
- např.
mujRouter.DomavBrne.cz
- hlavní výhoda: možnost decentralizace správy (přidělování a kontroly) jmen
- Jmenný prostor internetu - doménový jmenný prostor (Domain Name Space)
- varianta hierarchického uspořádání
- struktura invertovaného stromu
- maximální počet úrovní = 128
- každému uzlu přidělena tzv. jmenovka (label) a doménové jméno
- label - řetězec (max. 63 znaků) popisující daný uzel (jmenovka kořenového uzku je prázdný řetězec)
- domain name - sekvence jmenovek (oddělených
.) od daného uzlu ke kořenovému (plné doménové jméno vždy končí .)
| label | Description |
|---|
| com | Commercial organizations |
| edu | Educational institutions |
| gov | Goverment institutions |
| int | International organizations |
| mil | Military group |
| net | Network support centers |
| org | Nonprofit organizations |
Národní domény (Country Domains) definují uzlu podle jejich příslušnosti ke státu.
Na první úrvni jsou využity dvoupísmenné zkratky státu (cz, sk, ca, us, …)
- HyperText Transfer Protocol (HTTP) - protokol pro přístup k datům na WWW
- přenášená data mohou být ve formě textu, audia, videa, …
- základní idea: klient vysílá požadavek, WWW server zasílá odpověď
- komunikace TCP protokolem na portu 80
- Součástí požadavku je tzv. Uniform Resource Locator (URL)
- standardní mechanismus pro specifikace čehokoliv na Internetu
- definuje zdroj, který chce klient získat
- součástí URL je:
- method - metoda (protokol), který má být využit pro pšístup k odkazovanému zdroji
- host - uzel, kde se odkazovaná informace nachází (kde má být vyhledána)
- port - volitená součást, pokud je využit jiný než standardní port
- path - cesta, kde se odkazovaná informace nachází (případně další informace (parametry))
<method>://<host>:<port>/<path>
- Základní kategorie WWW dokumentů
- statické - na serveru uložené dokumenty s pevným obsahem (např. HTML dokumenty)
- dynamické - neexistují v předem definovaném formátu; jsou tvořeny webovým serverem dle požadavků klienta (GCI scripty)
- aktivní - serverem poskytnuté programy spouštěné na straně klienta (JAVA aplikace)
- Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) - standardní mechanismus pro posílání el. pošty (electronic mail, email)
- Struktura SMTP emailové zprávy:
- obálka (envelope) - obsahuje adresu odesílatelem, adresu příjemce a další informace
- vlastní zpráva (message) - dělí se na hlavičky a tělo zprávy
- hlavičky - definují odesílatele, příjemce, předmět zprávy, …
- tělo zprávy - vlastní přenášená zpráva
- emailové adresy:
- skládají se z tzv. lokální část a doménového jména
- lokální část definuje jméno souboru, kam je doručována pošta předmětného uživatele (tzv. mailbox)
- doménové jméno dané organizace
- doručení emailu probíhá na základě emailových adres uvedených v obálce zprávy
<local part>@<domain name>- (adresa v hlavičce a adresa v obálce se může lišit)
- doručení emailu lokálnímu poštovnímu serveru (mailserveru) (SMTP)
- předání emilu cílovému poštovnímu serveru (SMTP)
- předání / čtení emailu cílovým poštovním klientem (POP3 nebo IMAP4)
- File Transfer Protocol (FTP) - standardní mechanismus Internetu určený pro přenos soubory mezi uzly
- ustavuje dvě samostatná TCP spojení
- řídící zprávy zasílány tzv. out-of-band
- řídíci spojení - (TCP, port 21) otevřeno celou dbu relace
- datové spojení - (TCp, port 20) otevíráno / zavíráno pro každý přenášený soubor
- řídící komunikace - přenos pořadavků klienta a odpovědí serveru
- domluva na parametrech spojení
- typ souboru (textový vs. binární), vnitřní struktura (nepoužívá se), přenosový mód (proudový, blokový komprimovaný)
- nezbytné pro překonání heterogenity komunikujících stran
- datová komunikace
- posun k využití sítě pro přesun dynamických dat (přenosy audia a videa)
- vyžadují velké objemy přenášených dat
- specifické nároky na přenos (chybovost, latence, jitter)
- požadavky na přenos zásadně ovlivňují možnosti zpracování
- Streaming uloženého audia / videa
- Streaming live audia / videa (multimediální obsah vzniká živě při streamování)
- Videokonference, Internetová telefonie
- aplikace požadují zcela konkrétní vlastnosti přenosu (např. minimální end-to-end zpoždění)
- jednoznačný požadavek na interaktivitu
- zvuk - podélné mechanické vlnění v látkovém prostředí (vzduch), které je schopno vyvolat v lidském uchu sluchový vjem
- akvizice => analogový signál spojitý v čase
- zpracování zvuku:
- vzorkování a kvantování - převod analogového signálu do digitálního
- zpracování digitálních dat - použití filtrů (ekvalizace, odstranění šumu / echa, atp)
- komprese - snížení datového objemu
- pro audio data není nezbytná (objem audio dat je relativně malý)
- MP3, OGG, WMA, RA
- zpoždění:
- přenos přes síťové médium nemá takový vliv
- ale začátek, konec a odbavování paketů má největší vliv na zpoždění
- vzorkování = odebírání vzorku signálu v definovaných časových intervalech (vzorkovací frekvence)
- převádí spojitý časový průběh signálu na diskrétní reprezentaci
- kvantování = diskrétní reprezentace hodnoty intenzity zvuku v okamžiku odebíraných vzorků
- rozdělení svislé osy svukové křivky na diskrétní hodnoty
- obraz = elektromagnetické vlnění s velmi úzkou šířkou spektra (viditelné světlo) odrařené od objektů v okolí a dopadající na světlocitlivě buňky sítnice oka
- akvizice video kamerou nebo mobilem
- framerate = počet snímků za sekundu pro zachování iluze pohybu (typicky 25 fps, níž je pohyb trhaný)
- většinou se používá komprese
- ztrátová = nějaký počet se ztratí, nelze se vrátit k původním kopii
- bezztrátová = lze obnovit původní obraz
- TCP
- zajištění bezchybnosti přenosu - zvýšení (ent-to-end) latence
- zajištění férovosti nedovoluje dostatečnou šířku pásma na vytížených linkách –> problém pro video data
- UDP
- neověřuje a nezajišťuje bezchybnost přechodu
- minimalistický, efektivnější, rychlejší
- nenavyšuje tolik latenci přenosu
- => vhodný pro přenos multimediálních dat
- vhodný pro interaktivní přenosy
- využíván ve většině případů
- Internet poskytuje best-effort službu
- vzhledem k využití UDP protokolu je potřeba se vyrovnat s chybovostí přenosu