Systemy operacyjne i sieci komputerowe Protokoły warstwy aplikacji

Niezależność protokołów warstwy aplikacji W warstwie aplikacji modelu TCP/IP funkcjonuje wiele protokołów, umożliwiających świadczenie usług dla użytkowników. Podczas przesyłania danych przez sieci dane mogą być przesyłane za pomocą różnych technologii. Dla autora listu poczty elektronicznej pracującego w warstwie aplikacji nie ma znaczenia, czy jego list przesyłany będzie do Internetu za pomocą modemu, neostrady czy innej technologii. Dane mogą być przesyłane przy wykorzystaniu różnych mediów, np. najpierw z laptopa za pomocą fal radiowych, później kablem miedzianym, a w końcu łączem światłowodowym. Dzięki standaryzacji warstwa aplikacji jest niezależna od protokołów warstw niższych oraz używanych mediów transmisyjnych. Aplikacje mogą być wykorzystywane niezależnie od tego, czy pracujemy w sieci lokalnej, czy globalnej.

Protokoły warstwy aplikacji Najpopularniejszymi protokołami warstwy aplikacji są: HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – protokół przesyłania stron WWW, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – protokół wysyłania poczty elektronicznej, POP3 (Post Office Protocol v 3) – protokół pobierania poczty elektronicznej, IMAP (Internet Message Access Protocol) – protokół pobierania poczty elektronicznej, DNS (Domain Name System) – serwer nazw domenowych, odpowiada za zamianę nazw domenowych na adresy IP i odwrotnie, FTP (File Transfer Protocol) – protokół transmisji plików w sieci, TFTP (Trivial File Transfer Protocol) – uproszczona wersja protokołu FTP wykorzystywana np. do instalacji systemów operacyjnych w urządzeniach sieciowych, takich jak routery lub przełączniki.

Protokoły warstwy aplikacji cd. Telnet (ang. Network Terminal Protocol) — protokół terminala sieciowego, pozwalający na zdalną pracę z wykorzystaniem konsoli tekstowej. SSH (ang. Secure Shell Login) — protokół terminala sieciowego zapewniający szyfrowanie połączenia. DHCP (ang. Dynamic Host Configuration Protocol) — protokół dynamicznej konfiguracji urządzeń. Odpowiedzialny za przydzielanie adresów IP, adresu domyślnej bramki i adresów serwerów DNS. NFS (ang. Network File System) — protokół udostępniania systemów plików (dysków sieciowych); działa, wykorzystując UDP, czyli bez potwierdzenia odbioru. SNMP (ang. Simple Network Management Protocol) — prosty protokół zarządzania siecią. Pozwala na konfigurację urządzeń sieciowych i gromadzenie informacji na ich temat.

Protokół HTTP Protokół HTTP działa w sieci WWW, która jest najszybciej rozwijającą się i najczęściej używaną częścią Internetu. Jednym z głównych powodów niezwykłego rozwoju sieci WWW jest związana z nią łatwość dostępu do informacji. Przeglądarka WWW jest aplikacją typu klient- serwer, co oznacza, że do funkcjonowania wymaga zarówno komponentów klienta, jak i serwera. Dane są prezentowane przez przeglądarkę WWW w formie multimedialnej na stronach WWW, które wykorzystują tekst, grafikę, dźwięk i pliki wideo. Strony WWW są tworzone za pomocą języka służącego do formatowania zwanego HTML (ang. Hypertext Markup Language). Polecenia języka HTML tak kierują pracą przeglądarki WWW na danej stronie WWW, by przedstawiła ona wygląd tej strony w określony sposób. Co więcej, język HTML określa miejsca umieszczenia tekstu, plików i obiektów, które mają być przesłane z serwera WWW do przeglądarki.

Protokół SMTP Serwery poczty elektronicznej w celu wysyłania i odbioru poczty komunikują się ze sobą za pomocą protokołu SMTP. Protokół SMTP przesyła wiadomości e-mail w formacie ASCII, wykorzystując do tego protokół TCP. Gdy serwer poczty elektronicznej otrzymuje wiadomość przeznaczoną dla klienta lokalnego, przechowuje ją i oczekuje, aż klient pobierze pocztę. Klienci poczty elektronicznej mogą pobierać przeznaczone dla nich wiadomości na kilka sposobów. Mogą użyć programów, które uzyskują bezpośredni dostęp do plików serwera pocztowego, lub ściągnąć pocztę za pomocą jednego z wielu protokołów sieciowych. Najbardziej popularnymi protokołami klientów poczty elektronicznej są POP3 oraz IMAP4, oba wykorzystują do transportu danych protokół TCP. Pomimo że klienci poczty elektronicznej wykorzystują do pobierania poczty takie specjalne protokoły, to prawie zawsze do jej wysyłania używają protokołu SMTP.

Protokół FTP Protokół FTP jest niezawodną usługą zorientowaną połączeniowo, która wykorzystuje protokół TCP do przesyłania plików pomiędzy systemami obsługującymi protokół FTP. Głównym zadaniem protokołu FTP jest przesyłanie plików poprzez kopiowanie i przenoszenie ich pomiędzy serwerami i klientami. W przypadku kopiowania plików z serwera protokół FTP najpierw ustanawia połączenie sterujące między klientem i serwerem. Następnie między komputerami zostaje ustanowione drugie połączenie, za pośrednictwem którego są przesyłane dane. Transfer danych może się odbywać w trybie ASCII lub w trybie binarnym. Tryby te określają sposób kodowania dla plików danych. Po zakończeniu przesyłania plików połączenie danych zostaje automatycznie zakończone. Gdy cała sesja kopiowania i przenoszenia plików jest zakończona, po wylogowaniu się i zakończeniu sesji przez użytkownika zostaje zamknięte połączenie sterujące służące do przesyłania poleceń.

Protokół TFTP Protokół TFTP jest usługą bezpołączeniową wykorzystującą protokół UDP. Protokół TFTP jest używany przez router do przesyłania plików konfiguracyjnych oraz obrazów systemu np. IOS, a także do przesyłania plików pomiędzy systemami korzystającymi z TFTP. Protokół TFTP został zaprojektowany jako niewielki i prosty w implementacji. Dlatego też brak mu większości funkcji protokołu FTP. Protokół TFTP pozwala na odczyt i zapis plików do lub ze zdalnego serwera, lecz nie umożliwia wyświetlania zawartości katalogów i nie ma obecnie żadnych funkcji związanych z uwierzytelnianiem użytkownika. Protokół ten jest przydatny w niektórych sieciach LAN, gdyż działa on szybciej niż protokół FTP i w stabilnym środowisku pracuje niezawodnie.

Protokół Telnet Oprogramowanie klienckie Telnet zapewnia możliwość zalogowania się do zdalnych hostów internetowych z uruchomionym serwerem Telnet, a następnie wykonywanie poleceń przy użyciu wiersza poleceń. Klient usługi Telnet jest nazywany hostem lokalnym. Serwer Telnet, wykorzystujący specjalne oprogramowanie zwane demonem, jest nazywany hostem zdalnym. Aby nawiązać połączenie z klienta Telnet, musi zostać wybrana opcja połączenia. Zwykle pojawia się okienko dialogowe z zapytaniem o nazwę hosta i typ terminala. Nazwa hosta to adres IP lub nazwa DNS zdalnego komputera. Typ terminala opisuje rodzaj emulacji, jaką powinien realizować klient Telnet. Operacje realizowane za pomocą protokołu Telnet nie wykorzystują mocy obliczeniowej komputera transmitującego. Zamiast tego, do zdalnego hosta transmitowane są naciśnięcia klawiszy, a ekran wynikowy jest przesyłany z powrotem na lokalny monitor. Całe przetwarzanie i zapis wyników są realizowane po stronie komputera zdalnego.

Protokoły warstwy aplikacji Większość z wymienionych wyżej protokołów obsługuje usługi umożliwiające wykonanie określonych zadań w sieci, np. wysłanie lub odebranie poczty elektronicznej, pobranie pliku lub strony WWW. Wyjątkiem jest usługa DNS.

System DNS System DNS to hierarchiczna usługa nazw przeznaczona dla hostów w sieci TCP/IP. Pozwala nadawać komputerom świadczącym pewne usługi w sieci nazwy domenowe i tłumaczy je na używane przez komputery adresy IP. Nazwy domenowe są wygodne dla użytkowników posługujących się nimi zamiast trudnych do zapamiętania adresów IP. Komputery potrafią operować wyłącznie na adresach IP, co wymaga mechanizmu tłumaczenia nazw na adresy.

System DNS System DNS jest rozproszoną bazą danych obsługiwaną przez wiele serwerów, z których każdy posiada tylko informacje o domenie, którą zarządza, oraz o adresie serwera nadrzędnego. Na najwyższym poziomie znajdują się tzw. główne serwery nazw (root level servers), które znajdują się w Stanach Zjednoczonych i podłączone są do szybkich sieci szkieletowych internetu. Przechowują one adresy serwerów nazw dla domen najwyższego poziomu, np. .com, .edu, .org, oraz domen krajowych, np. .pi, .de, .uk.

System DNS Adresy serwerów głównych muszą być znane każdemu innemu serwerowi nazw. Wewnątrz każdej domeny można tworzyć tzw. subdomeny, np. wewnątrz domeny .pl utworzono wiele domen regionalnych, jak .waw.pl, .lodz.pl itp, oraz funkcjonalnych, jak .com.pl, .gov.pl lub .org. pl, należących do firm, organizacji lub osób prywatnych.

System DNS Aby móc pracować w Internecie, komputer musi znać adresy IP serwerów DNS dla swojej domeny. Zazwyczaj dla każdej domeny utrzymywane są dwa niezależne serwery nazw, dzięki czemu w razie awarii lub zbyt dużego obciążenia podstawowego serwera DNS (primary name server) można korzystać z serwera rezerwowego (secondary name server).

System DNS Domeny najwyższego poziomu tworzą szkielet sieci DNS. Informacje o nich przechowywane są na 13 głównych serwerach systemu DNS rozsianych po świecie. Gromadzą one dane o serwerach DNS, które zarządzają zarejestrowanymi domenami. To do nich przekierowywane są zapytania dotyczące poddomen utworzonych w domenach głównych.

Instytucje nadzorujące przyznawanie nazw domen i adresów IP Ogólne zasady przyznawania nazw domen i adresów IP nadzorują dwie instytucje: IANA (Internet Assigned Number Authority), ICANN (The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers). Instytucje te przekazują swoje uprawnienia na lokalne instytucje i firmy, np. w Polsce nadzór nad domeną .pl jako całością oraz obsługą rejestrowania domen takich, jak .com.pl, .biz.pl, .org.pl, .net.pl oraz innych domen funkcjonalnych, pełni NASK (Naukowa i Akademicka Sieć Komputerowa).