Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II1 Systeme II – 8te Vorlesung Lehrstuhl für...

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Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Syst eme II 1 Systeme II – 8te Vorlesung Lehrstuhl für Kommunikationssysteme Institut für Informatik / Technische Fakultät Universität Freiburg 2009

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Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 1

Systeme II – 8te Vorlesung

Lehrstuhl für KommunikationssystemeInstitut für Informatik / Technische Fakultät

Universität Freiburg2009

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Letzte Vorlesung

‣ Übungszettel #3 (hier oder online)

‣ Einstieg in die Anwendungsschicht (Stack von oben)• Interaktion mit dem Benutzer bzw. von Diensten des Betriebs-

systems/der Maschine, Nutzung der Dienste von Transport- und Verbindungsschicht

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Letzte Vorlesung

‣ DNS:• “Telefonbuch des Internets”

• Weltweit verteilte, skalierbare Datenbank zur Übersetzung von Objekten ineinander

• Typischerweise Auflösung von Rechnernamen zu IP-Adressen

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Letzte Vorlesung

‣ DNS:• UDP-basierter Dienst der TCP/IP-Anwendungsschicht,

implementiert in den Basisbibliotheken des Betriebssystems

• Damit von fast allen Diensten implizit mitgenutzt (ping www.google.de muss erst die IP ermitteln, ehe ICMP Pakete adressiert werden können)

• Weltweit verteilte, skalierbare Datenbank zur Übersetzung von Objekten ineinander

• Typischerweise Auflösung von Rechnernamen zu IP-Adressen, kann aber auch mehr (verschiedene weitere Resource Records für MX – Email, E.164 – VoIP, ..., TXT, ...)

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WWW – Das World Wide Web

‣ Das Domain Name System (DNS) wird uns weiter begleiten• Nun vorgestellte Protokoll des WWW macht (mittelbar) heftigen

Gebrauch von DNS, speziell auch vom CNAME Resource Record

• Letzteres erlaubt Betrieb sehr vieler Web-Präsenzen auf einzigen IP, Beispiel Uni-Freiburg

• Lange Zeit lösten bspw. www.uni-freiburg.de und www.ks.uni-freiburg.de (und etliche weitere Namen) auf eine einzige IP-Adresse auf (bzw. zwei, da Load-Balancing)

• Vielfach bei Standard-Hostern so zu finden

• An der Uni – nun neues Konzept:

- Eine IP per Auftritt für SSL (erfordert aufgrund des Protokolls Eindeutigkeit)

- Zusammenfassung unterhalb einer gemeisamen Portal-adresse, so für www.rz.uni-freiburg.de

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WWW – Das World Wide Web

‣ Anwender sieht nur Anwendungen, daher für diese• WWW als Inkarnation des Internet mit seinen durchaus sehr

verschiedenartigen Diensten

• Komplettes “Verstecken” von Verbindungs- und Transport-schichtfunktionen

• Rechnernamen von der Sichtbarkeit dominierend gegenüber IP-Adressen

• Web-Adressen “müssen” daher mit “www.*” anfangen, wenn dieses in keinster Weise zwingend

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WWW – Die Anfänge

‣ HTTP am Cern erfunden B. Lee‣ Geschichte des Protokolls• HTTP/0.9 - der erste Anlauf

• nur GET-Methode, die einfache Datei (HTML-Objekt) zurückliefert

• HTTP/1.0 — Der Weg zum Standard

- Mehrere Methoden

- Multimedia-Objekte

• HTTP/1.0+

- Nicht standardisierte, erweiterte Version

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WWW – Die Anfänge

‣ Geschichte des Protokolls• HTTP/1.1 — Standardisierung und Evolution

- Persistente Verbindungen

- Cookies in den Header

- Benutzerauthentifizierung

- Methoden weiter entwickelt

• Dann ein Versuch HTTP-NG (HTTP/2.0) als zukünftige Entwicklung, die irgendwann abgebrochen wurde ...

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WWW – Generelle Funktionsweise

‣ Klassische Client-Server-Architektur– Web-Server stellt Web-Seiten bereit

– Web-Browser fragen Seiten vom Server ab

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WWW – Generelle Funktionsweise

‣ Terminologie‣ Client-Server-Architektur

– Web-Server stellt Web-Seiten bereit

–Ressource

- Quelle des Webinhalts

- beliebige Datei

- dynamisch-generierte Ressource•Format: Hypertext Markup Language (HTML/X-HTML)

– Web-Browser fragen Seiten vom Server ab

–User Agent

•Server und Browser kommunizieren mittels Hypertext Transfer Protocol (HTTP)

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WWW – Semantische Komponenten

‣ Semantische Komponenten•Adressierung der Ressourcen

- Uniform Resource Identifier (URI)- Syntax <protocol>://<address>[<:port>]/<filename>

- Beispiel http://www.ks.uni-freiburg.de/php_veranstaltungsdetail.php?id=28

- URL: Uniform Resource Locator

- URN: Uniform Resource Name

- z.B urn:isbn:0-395-36341-1

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WWW – Semantische Komponenten

‣ Darstellung der Informationen• In den Anfängen

- Hypertext Markup Language (HTML)

- Seitenbeschreibungssprache angelehnt an Standard Generalized Markup Language (SGML) – aber nicht konform dazu

- Ende der Entwicklung von HTML mit Version 4.01

• Aktuell/zukünftig

- Extensible HyperText Markup Language (XHTML)

- Basierend auf Extensible Markup Language (XML) – konform zu SGML

- Ergänzt durch Synchonized Multimedia Integration Language (SMIL) zur Darstellung und Steuerung multimedialer Inhalte

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WWW – HTTP

‣ Das HyperText Transport Protocol nutzt TCP (Standard: Serverport 80) für Datenaustausch

‣ HTTP ist nicht statusbehaftet• Jede Folge von HTTP-Request und HTTP-Response wird

unabhängig von vorangegangenen Übertragungen bearbeitet

• Aufhebung dieses Prinzips durch Cookies oder serverseitiges Session-Management auf Applikationsebene

‣ HTTP-Messages bestehen aus Header und Body

• Header enthält Kontrollinformationen – inline signaling

• Kontrollinformationen werden im Klartext (ASCII-Zeichen) übertragen

• Body enthält das übertragene Objekt

• HTTP-Requests können Nutzdaten enthalten, z. B. Eingaben aus Formular, Passworte, ...

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WWW – HTTP Request/Response

‣ Methoden• Messages

- Einfache, line-orientierte Sequenzen vonZeichen

- Zwei Typen: Request, Response

• Request-Kommandos (HEAD, GET, POST, PUT, TRACE, OPTIONS, DELETE, CONNECT)

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WWW – HTTP Request

‣ GET-Methode• Holen aller Informationen aus Request-URI (beispielsweise

Optionen zur Anzeigensprache, Characterset, ...)

• Anfragen: keine Seiteneffekte

• Antworten: cache-bar (Cache später in der Vorlesung)

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WWW – HTTP Request

‣ HEAD• Liefert nur die Header-Feldern zurück, sonst ähnlich zur GET-

Methode

• Verwendung:

- Überprüfung von Links

- Abruf von Informationen über Ressource

‣ POST• Schicken von Eingabedaten an den Server

• Häufig verwendet bei HTML-Formularen, CGI-Skripten

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WWW – HTTP Request

‣ PUT• Schickt ein Document an dem Server

• Request-URI schon eine Ressource

• Existiert unter Request-URI keine Ressource Status-Code 5xx

‣ POST vs. GET & PUT• POST erzeugt keine neue Ressource (im Gegensatz zu PUT)

• Antworten nicht in Caches abgelegt

• Signifikante Seiteneffekte (im Gegensatz zu GET, z.B. Probleme mit wiederholten Eingaben beim Formularabsenden)

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WWW – HTTP Response

‣ Status-Codes in den Response-Messages• Numerischer Code mit 3 Ziffern im Response

- Status-Code = 1xx Informationen

- | 2xx Erfolgreiche Operation

- | 3xx Umleitung

- | 4xx Client Fehler

- | 5xx Server Fehler

- | extension-code (3DIGIT)

• Beispiele

- 200: OK

- 302: Redirect

- 404: Ressource nicht gefunden

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WWW – HTTP Response

‣ Request / Response-Messages bei Anfrage auf www.ks.uni-freiburg.de (Antwort abgeschnitten)

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HTTP Authenfizierung

‣ Eingeführt mit HTTP 1.1 - Ziel: Schutz sensibler Daten• z.B. personalisierte/geschützte Bereiche von Web-Ressourcen

• Problem: HTTP ist zustandlos

‣ Mit zustandslosen Methoden realisiert• Zwei Varianten:

- Basic Authentication (RFC 2045)

- Digest Authentication (RFC 2069)

‣ [Request]• GET /geheim/index.php HTTP/1.1

• Host: www.domain.de

‣ [Response]• HTTP/1.1 401 Unauthorized

• WWW-Authenticate: Basic realm="Geheimer Bereich"

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HTTP Authenfizierung

‣ Basic Authentication‣ WWW-Authenticate-Header:• Benutzername

• Passwort

• Realm (ggf. mehrere geschützte Bereiche)

‣ Nachteil:• Nutzerdaten i.W. unverschlüsselt übertragen

• Durch Dritten verwertbar (selbst bei Hashing)

• Nutzdaten unverschlüsselt übertragen

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HTTP Authenfizierung

‣ Digest Authentication‣ Verschlüsselung des Passworts (MD5)• Mitversenden weiterer Digest-Informationen:

- Benutzername

- Real Value

- Nonce (IP, Timestamp, priv. Schlüssel des Servers)

- HTTP-Methode die der Client anwenden will

- Adresse der Ressource

‣ Nachteil:

• Nutzdaten unverschlüsselt übertragen

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HTTP Zustandsmanagement

‣ HTTP ist zustandsloses Protokoll‣ Problem für Sitzungsmanagement• Bei Realisierung von Web-Shops, Content Management

Systeme, Wikis, ...

‣ Lösungsansätze:

• Cookies (Erfindung von Netscape)

- Kein Teil von HTTP

- Kleine Text-Datei auf dem jeweiligen Client

• Hidden form fields

• Parameter für URLs

‣ Produziert gewissen Overhead

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Zustandsmanagement via Cookie

‣ [Request] GET /index.php HTTP/1.1 Host: www.html-world.de‣ [Response] HTTP/1.1 200 OK Set-Cookie: customer="12345";name=HTMLWorld; path=/; domain=www.html-world.de;...‣ [Erneuter Request] GET /program/http_1.php HTTP/1.1 Host: www.html-world.de Cookie: name=HTMLWorld

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Zustandsmanagement via Cookie

‣ Parameter• „domain“ spezifiziert die Domains bei der Client das Cookie

senden muss

• Ebefalls bei „path“

• Speicherung von (z.B. Formular-) Daten

• Lebensdauer eines Cookies steuern: „expires=Datum“

‣ Cookies inzwischen privacy-kritisch gesehen – Verfolgung von Benutzern weit über Session-Management hinaus

‣ Deshalb vielfach gefiltert oder gelöscht – wieder neue Methoden der Nutzerverfolgung ...

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WWW – Software-Komponenten (Clients)

‣ WWW-Clients (typischerweise Browser)

• Interpretieren eingegebener URLs

• Abruf der Objekte von WWW-Servern

• Interpretieren des abgerufenen Seiten-(HTML)-Codes

• Darstellung der Inhalte/Informationen

• Automatischer Abruf eingebetteter Objekte

• Ausführen von Programmcode (JavaScript, ActiveX)

• Ausführen und Steuern zusätzlicher Programme (Plug-Ins)

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WWW – Software-Komponenten (Server)

‣ WWW-Server (inzwischen oft kom-plexe Softwarepakete)

• Empfang von HTTP-Requests

• Auswerten der URL nach dem gewünschten Objekt

• Ursprünglich: Lesen des Objekts aus dem Dateisystem

• Vielfach: Generieren des Objekts (Datenbank, Skriptsprachen, ...)

• Übertragen des Objekts in einer HTTP-Response

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Web-Server und Datenbanken

‣ Zeiten des statischen Webs weitgehend vorbei• Dynamisch generierter Content in Abhängigkeit von User-

Anfragen

• Klassischerweise auf Serverseite durch Skriptsprachen, die HTML-on-the-fly generieren (PHP, Perl, Phyton, Ruby-on-Rails, ...)

‣ Web-Server stellen nicht nur statische Web-Seiten zur Verfügung• Web-Seiten werden auch automatisch erzeugt• Hierzu wird auf eine Datenbank zurückgegriffen• Diese ist nicht statisch und kann durch Interatkionen verändert

werden

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Web-Server und Datenbanken

‣ Problem:• Konsistenz der Daten

‣ Lösung• Web-Service und Daten-Bank in einer 3-Stufen-Architektur

Server farm

Client1

Client n

Server 1

Server 2

Server 3

Datenbank

Web- Browser

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Web-Server-Farm

‣ Große Dienste, wie beispielsweise Suchmaschinen, Nach-richtenseiten, Social Media, ... nicht durch eine Maschine bedienbar

‣ Um die Leistungsfähigkeit auf der Server-Seite zu erhöhen• wird eine Reihe von Web-Server eingesetzt

‣ Frontend• nimmt Anfragen an • reicht sie an separaten Host zur Weiterbearbeitung weiter

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Web-Cache

‣ Trotz Server-Farm ist die Latenzzeit häufig kritisch

‣ Lösung:

• Cache (Proxy)‣ WWW-Proxy-Server und WWW-Cache-Server

• Zwischen WWW-Server und WWW-Client geschaltete Server (damit in ihrer Funktion sowohl Clients als auch Server)

• Leiten HTTP-Requests von WWW-Clients an WWW-Server

• Leiten HTTP-Responses von WWW-Servern an WWW-Clients zurück

• Sind definierte Durchgangspunkte für WWW-Verkehr – interessant für Security

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Web-Cache und Web-Proxy (Server)

‣ Orte• Beim Client

• Im lokalen Netzwerk (bei einem Proxy)

• Beim Internet-Service-Provider

‣ Fragen• Plazierung, Größe, Aktualität

• Entwertung durch Timeout

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Content Distribution Networks (CDN)

‣ Eine koordinierte Menge von Caches• Die Last großer Web-Sites wird verteilt auf global verteilte

Server-Farmen

• Diese übernehmen Web-Seiten möglichst verschiedener Organisationen

- z.B. News, Software-Hersteller, Regierungen

• Beispiele: Akamai, Digital Island

• Cache-Anfragen werden auf die regional und lastmäßig bestgeeigneten Server umgeleitet

‣ Beispiel Akamai:• Durch verteilte Hash-Tabellen ist die Verteilung effizient und

lokal möglich

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Ende der siebten VorlesungEnde der achten Vorlesung

Sicherheitsfragen (Datenschutz, Manipulierbarkeit, Abhörsicherheit ...): Wie auch DNS – nicht besonders sicher (gut mitlesbar) und

recht gut manipulierbar

Ein Ansatz: Absicherung durch SSL (bspw. in Systeme III, ...)

Thema Netzwerksicherheit gewinnt an Relevanz: Bspw. Thema auf Heise: “Pentagon fördert Hacker” -

http://www.heise.de/newsticker/Pentagon-foerdert-Hacker--/meldung/138317

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Ende der siebten VorlesungEnde der achten Vorlesung

Nächste Vorlesung am Mittwoch an diesem Ort, gleiche Zeit: Weiter im Themenbereich – Ausgewählte Protokolle der Applikationsschicht (Electronic Mail)

Nach der Pfingstpause: Übungen am 8.6. im Rechenzentrum, am 10.6. dann Vorlesung, weiter zur Transportschicht

Bitte theoretischen Übungszettel #3 ergreifen, steht auch wieder online zur Verfügung

Lösungen zu Zettel #2 werden ebenfalls online bereitgestellt Alle relevanten Informationen auf der Webseite zur Vorlesung:

http://www.ks.uni-freiburg.de/php_veranstaltungsdetail.php?id=28

Vorbereitung: Lesen zu Email (SMTP, POP, IMAP) in der angegebenen Literatur!