Mail-Nachrichtenformate und MIME

Mail‐Nachrichtenformate und MIME
Mail‐Content (Achtung: nicht SMTP) beinhaltet neben dem eigentlichen Text – d.h. dem Body – zusätzliche Informationen:
• Zusätzliche Header‐Lines (separiert durch CRLF)
• Format wie aus HTTP bekannt (lesbarer Text mit Key‐Value‐
Paar durch „:“ getrennt)
• Definiert in RFC 822
• Immer erforderliche Keywords sind To: und From:
• Optionale Keywords z.B. Subject:
• Body folgt nach einer Blank‐Line
• Beispiel:
From: [email protected]
To: [email protected]
Subject: Searching for the meaning of life.
Text text text
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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Mail‐Nachrichtenformate und MIME
Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) zum Versenden von Multimedia und non‐ASCII‐Text
• Verwendung weitere Header definiert in RFC 2045 und 2046 als MIME‐
Extensions zu RFC 822
• Zwei wesentliche MIME‐Header
• Content‐Type: erforderlich zur Darstellung auf dem User‐Agent
• Content‐Transfer‐Encoding: erforderlich für den Transport von Binary‐
Data über 7‐Bit ASCII (Beispiel base64)
• Beispiel
From: [email protected]
To: [email protected]
Subject: Picture of yummy crepe.
MIME-Version: 1.0
Content-Transfer-Encoding: base64
Content-Type: image/jpeg
(base64 encoded data ...............
.............. base64 encoded data )
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Mail‐Nachrichtenformate und MIME
Empfangender SMTP‐Server fügt noch Recived: Header‐Line(s) hinzu
Beispiel:
Received: from crepes.fr by hamburger.edu; 12 Oct 98 15:27:39
GMT
From: [email protected]
To: [email protected]
Subject: Picture of yummy crepe.
MIME-Version: 1.0
Content-Transfer-Encoding: base64
Content-Type: image/jpeg
(base64 encoded data ...............
.............. base64 encoded data )
Durch Mail‐Forwarding kann auch ein ganzer Pfad von Received angehangen sein.
Beislpielsweise: Mail‐Frowarding von hamburger.edu nach sushi.jp
Received: from hamburger.edu by sushi.jp; 3 Jul 01 15:30:01
GMT
Received: from crepes.fr by hamburger.edu; 3 Jul 01 15:17:39
GMT
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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Mail‐Access‐Protokolle
Warum eigentlich die Trennung zwischen User‐Agent und Mail‐Server
• User‐Agent des Empfängers muss sonst immer an sein
• User‐Agent des Senders braucht im Falle nicht‐Erreichbarkeit die Übertragungsversuche (z.B. alle 30 Minuten) nicht selbst zu unternehmen
Damit werden aber Mail‐Access‐Protokolle notwendig
• POP3 (Post Office Protocol – Version 3)
• IMAP (Internet Mail Access‐Protocol)
• Web‐Basiert (HTTP)
Aber auch SMTP wird auf User‐Agent verwendet: zum versenden von Mail auf den eigenen Mail‐Server
POP3,
IMAP,
HTTP
SMTP,
HTTP
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Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
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Mail‐Access‐Protokolle: POP3
Einfaches Protokoll definiert in RFC 1939
• TCP‐Verbindungsherstellung mit Mail‐Server auf Port 110
• Anschließend drei Phasen: authorization, transaction, update
Authorization: Authentifizierung des User mittels Username und Passwort
• user <username>
• pass <password>
Transaction: Nachrichten empfangen, Nachrichten zur Löschung markieren, Löschungsmarkierungen aufheben, Mail‐Statistiken erfragen
Update: nachdem Client quit gesendet hat; Mail‐Server löscht die mit delete
markierten Nachrichten
Im Prinzip zwei Varianten möglich:
• Variante: download‐and‐delete
• Variante: downlad‐and‐keep
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Mail‐Access‐Protokolle: POP3
Beispiel einer Download‐and‐Delete‐Transaction (c: client, s: server)
C: list
S: 1 498
S: 2 912
S: .
C: retr 1
S: (blah blah blah .........
S: .........................
S: ......... blah blah blah)
S: .
C: dele 1
C: retr 2
S: (blah blah blah .........
S: .........................
S: ......... blah blah blah)
S: .
C: dele 2
C: quit
S: +OK POP3 server signing off
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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Mail‐Access‐Protokolle: IMAP, Web‐basiert
POP3 und mehrere Client‐Rechner (z.B. Desktop‐PC, Notebook)?
• Nur downlad‐and‐keep sinnvoll
• Mailbox aufräumen und in Foldern verwalten ist kompliziert, wenn alle Rechner konsistent gehalten werden sollen
Bessere Lösung: IMAP (RFC 3501)
• Nachrichten verbleiben auf dem Server und werden dort verwaltet
(herunter geladene Nachrichten liegen aber auch lokal vor)
• Jede Mail‐Nachricht ist einem Folder zugeordnet (z.B. Inbox)
• User kann Nachrichten auf dem Server löschen und in Folder verschieben
• Nachrichten können auf dem Server durchsucht werden
• Nachrichten können nur Teilweise herunter geladen werden (z.B. nur Header oder nur ein Teil einer Multipart‐MIME‐Message)
Alternative Lösung: Web‐basiert (HTTP)
• Email‐Zugang über Browser (z.B. Google‐Mail oder SoGo an unserer Uni)
• Kommunikation mit der Mailbox über Browser (HTTP‐basiert)
• HTTP‐Kommunikation aber nur zwischen User‐Agent und Mail‐Server
• Kommunikation der Mail‐Server weiterhin über SMTP
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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Übersicht
•
•
•
•
Web und HTTP
File Transfer: FTP
Electronic Mail
Domain Name System (DNS)
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DNS Übersicht
Problem:
• IP braucht IP‐Adressen (z.B. 121.7.106.83)
• Menschen brauchen Host‐Namen (www.uni‐koblenz.de)
Aufgabe von DNS: Directory‐Service zur Übersetzung von Host‐Name in IP‐
Adresse
• DNS ist eine verteilte Datenbank auf Basis einer Hierarchie von DNS‐Servern (häufig UNIX‐Maschinen auf denen Berkeley Internet Name Domain (BIND) läuft)
• DNS ist ein Protokoll zur Abfrage von Übersetzungen auf den DNS‐Servern
DNS ist auf der Anwendungsschicht
• Läuft nur auf den End‐Systemen (Client, Server) nicht auf Routern
• Verwendet UDP (Port 53)
Spezifikation: RFC 1034, RFC 1035 und Aktualisierungen in weiteren RFCs
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DNS Übersicht
• Client‐Server‐Prinzip
• Beispiel: HTTP‐Anfrage an Web‐Server www.someschool.edu erfordert DNS Abfrage der IP
1. Client‐Seitig: DNS‐Anwendung
2. Browser extrahiert Host‐Name www.someschool.edu aus der URL und ruft damit DNS‐Anwendung auf (z.B. UNIX‐System: gethostbyname())
3. DNS‐Client sendet Anfrage mit dem Hostnamen an DNS‐Server
4. DNS‐Client empfängt irgendwann (typischerweise im Bereich Millisekunden bis Sekunden) eine DNS‐Antwort mit der IP‐Adresse zu www.someschool.edu 5. Browser kann TCP‐Verbindung auf Basis von IP‐Adresse und Port (z.B. Port 80 für HTTP‐Server) herstellen
H
N
Client:
DNS‐Client und
z.B. Web‐Browser
S
Server:
DNS‐Server
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Einführung
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DNS Übersicht
DNS macht/kann aber noch mehr
• Host Aliasing
• Beispiel eines Canonical Host‐Namens: relay1.west‐coast.enterprise.com
• Beispiel eines Alias‐Host‐Namens: enterprise.com, www.enterprise.com
• DNS zur Abfrage des Canonical‐Host‐Names zu einem Alias‐Host‐Name
• Mail Server Aliasing
• Beispiel eines Canonical‐Host‐Name eines Mail‐Servers: relay1.west‐
coast.hotmail.com
• Beipiel einer Email‐Adresse: [email protected]
• DNS übersetzt Alias‐Host‐Name hotmail.com ist den Canonical‐Host‐
Name
• (Bemerkung: Mail‐Server und Web‐Server können identische (aliased) Host‐Namen haben)
• Load Distribution
• Replizierte Server (z.B. für stark frequentierte Seiten wie cnn.com)
• DNS liefert liste von IP‐Adressen; Client nimmt in der Regel die erste IP
• Rotiere IP‐Reihenfolge
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DNS Übersicht
Philosophisches
• Normalerwiese interagiert der User direkt mit den Application‐Layer‐
Protokollen (Web, Mail, FTP etc.)
• DNS ist für viele andere Dienste ein Core‐Internet‐Service auf der Anwendungsebene
• Typisches Beispiel der Internet‐Philosophie: vieles der Komplexität des Internets ist am Rand des Internets
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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DNS: verteilte, hierarchische Datenbank
Warum nicht ein zentraler DNS‐Server?
• Single‐Point‐of‐Failure (SPOF) – ein Serverausfall legt das gesamte Internet lahm
• Verkehrsaufkommen – fast jeder Internet‐Host braucht DNS
• Kommunikationsdistanz – Problem den einen DNS‐Server sinnvoll auf dem Globus zu plazieren
• Verwaltung – fast jeder Server‐Host muss über DNS auffindbar sein
Also: wie immer, ein Skalierbarkeitsproblem. Es kommt nur eine verteilte Lösung in Frage.
Außerdem nicht ein einziger Provider: hierarchische Organisation
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DNS: verteilte, hierarchische Datenbank
Root
DNS‐Server
com
DNS‐Server
yahoo.com
DNS‐Server
amazon.com
DNS‐Server
org
DNS‐Server
pbs.org
DNS‐Server
Root DNS Server
edu
DNS‐Server
poly.edu
DNS‐Server
umass.edu
DNS‐Server
Top‐Level‐Domain
(TLD) DNS Server
Authoritative
DNS Server
Kleiner Ausschnitt aus der DNS Server‐Hierarchie(*)
Root‐DNS‐Server
• Root‐Server werden von verschiedenen Institutionen betrieben. Die Internet Corporation for Assigned Names and
Numbers (ICANN) koordiniert den Betrieb
• 13 Root‐DNS‐Server (A bis M)
• Allerdings steht jeder Buchstabe für einen Cluster von replizierten Servern
• (Bemerkung: Anycast, Alternative Roots)
(*) Beispiel und Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
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DNS: verteilte, hierarchische Datenbank
Root
DNS‐Server
com
DNS‐Server
yahoo.com
DNS‐Server
amazon.com
DNS‐Server
org
DNS‐Server
pbs.org
DNS‐Server
Root DNS Server
edu
DNS‐Server
poly.edu
DNS‐Server
umass.edu
DNS‐Server
Top‐Level‐Domain
(TLD) DNS Server
Authoritative
DNS Server
Kleiner Ausschnitt aus der DNS Server‐Hierarchie(*)
Top‐Level‐Domain‐Server
• Beispiel: com, org, net, edu, gov
• Beispiel für Länder‐Top‐Level‐Domains: de, uk, fr, ca, jp
• Verwaltet durch Unternehmen
Authoritative DNS Server
• Öffentlich erreichbare Server eines Unternehmens / einer Einrichtung müssen über solche DNS‐Server erreichbar sein
• Kann über eigene DNS‐Server oder über einen Dienstleister realisiert sein
(*) Beispiel und Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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DNS: verteilte, hierarchische Datenbank
Root
DNS‐Server
org
DNS‐Server
com
DNS‐Server
yahoo.com
DNS‐Server
Root DNS Server
amazon.com
DNS‐Server
edu
DNS‐Server
pbs.org
DNS‐Server
poly.edu
DNS‐Server
umass.edu
DNS‐Server
Top‐Level‐Domain
(TLD) DNS Server
Authoritative
DNS Server
Kleiner Ausschnitt aus der DNS Server‐Hierarchie(*)
H
N
S
Ein weiterer wichtiger DNS‐Server: Local DNS‐Server
• Durch ISP (z.B. Uni/Campus, Unternehmen, lokaler ISP) realisiert
• Bekannt gemacht in der Regel über DHCP (siehe z.B. Netzstatus des Betriebssystems)
• In der Regel nahe am Host
• Agiert als Proxy zwischen Host und DNS‐Infrastruktur
(*) Beispiel und Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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Beispiel DNS‐Anfrage
1.
Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
Anfrage „gaia.cs.umass.edu“ am local
DNS‐Server dns.poly.edu
2. Anfrage „gaia.cs.umass.edu“ am Root‐DNS
3. Ergebnis: Liste von TLD‐Server, die für edu zuständig sind
4. Anfrage „gaia.cs.umass.edu“ an einen der TLD‐Server
5. Ergebnis: IP des zuständigen auth. DNS‐Server dns.cs.umass.edu
6. Anfrage „gaia.cs.umass.edu“ an DNS‐
Server dns.cs.umass.edu
7. Ergebnis: IP von gaia.cs.umass.edu
8. Zurücksenden des Ergbnisses von dns.poly.edu an cis.poly.edu
Damit: 4 Anfragenachrichten und 4 Antwortnachrichten für eine einzige DNS‐
Abfrage!?! Noch schlimmer:
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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Beispiel DNS‐Anfrage
TLD‐Server muss den auth. Server nicht unbedingt schon kennen; TLD‐Server kennt nur einen intermediate DNS‐Server
• Beispiel: intermediate‐Server dns.umass.edu und jedes Department hat einen eigenen DNS‐Server, z.B. dns.cs.umass.edu
Damit: 5 Anfragenachrichten und 5 Antwortnachrichten für eine einzige DNS‐
Abfrage!?!
Lösung? Caching!
• DNS‐Server‐Antworten werden in Cache gespeichert
• Signifikante Reduktion von Nachrichten und Latenz
• Zuordnung von Domain‐Name auf IP ist nicht permanent; Einträge verweilen in Cache bis zu einem Timeout (z.B. zwei Tage)
•
dns.umass.edu
dns.cs.umass.edu
Abbildung nach Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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DNS‐Anfrage: rekursiv versus iterativ
Iterative
Query
Rekursive
Query
In der Regel:
• Anfrage an Local DNS‐Server rekursiv
• Der Rest Iterativ
• (Am häufigsten jedoch Cache‐Hit)
Abbildungen aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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DNS‐Records
DNS‐Server speichern Ressource‐Records (RRs)
DNS‐Reply‐Nachrichten beinhalten ein oder mehrere auf die Anfrage passende RRs.
RRs bestehen aus 4‐Tupel (Name, Value, Type, TTL)
TTL ist die Lebensdauer des RR (wird danach aus Cache entfernt)
(Name, Value) hängt von Type ab
• Type = A: Name ist Host‐Name und Value ist IP‐Adresse
Beispiel: (relay1.bar.foo.com, 145.37.93.126, A)
• Type = NS: Name ist Domain und Name ist der Name eines auth. DNS‐Server, der die IP‐Adressen der Hosts bestimmen kann
Beispiel: (foo.com, dns.foo.com, NS)
• Type = CNAME: Name ist der canonical Host‐Name für den Alias‐Host‐Name
Beispiel: (foo.com, relay1.bar.foo.com, CNAME)
• Type = MX: Name ist der canonical Name eines Mail‐Servers zu einem Alias‐Host‐Name
Beispiel: (foo.com, mail.bar.foo.com, MX)
• Erlaubt ein und denselben Alias für Mail‐Server und z.B. Web‐Server
Beispiel: foo.com für [email protected] und ww.foo.com
• Unterscheidung durch Anfrage entweder MX oder CNAME
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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DNS‐Nachrichten
Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
DNS‐Query und ‐Reply‐Nachrichten haben dasselbe Format
12 Byte Header
• Identification: Client kann damit Reply seinem Request zuordnen (z.B. mehrere gleichzeitige ausstehende Requests)
• Flags:
• 1‐Bit Query/Reply‐Flag: Unterscheidung von Query‐ und Reply‐Nachricht
• 1‐Bit Authoritative‐Flag: 1, wenn Server authoritative für den angefragten Namen
• 1‐Bit Recursion: in Query: Recursion‐Desired in Reply: Recursion‐Available
• Number‐Fields: Anzahl Vorkommen der folgenden vier möglichen Datentypen
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DNS‐Nachrichten
Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
Questions: Einträge der Form (Name, Type) (z.B. Type A oder Type MX)
Answers: Antwort in Form von RRs (Name, Value, Type, TTL)
• Reply kann mehrere RRs enthalten
• z.B. Host mit mehreren IP‐Adressen für Load‐Balancing
Authority: Reply‐Einträge über zuständige Authoritative‐Server
Additional Information: Beispiel „Reply auf MX‐Query: Ergebnis = canonical Name des Mail‐Servers und zusätzlich Type A Record für dessen IP‐Adresse“
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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Eintragen von RR in die DNS Datenbank
Beispiel: Neue Firma Network Utopia mit Domain‐Namen networkutopia.com
Networkutopia.com muss über einen Registrar angemeldet werden
• Registrar bietet solche kostenpflichtige Dienstleistung an
• Registrare können auf www.internic.net gefunden werden
Ggf. wird auch IP eines primären und sekundären Authoritativen DNS‐Server angegeben
• Zum Beispiel: dns1.networkutopia.com und dns2.networkutopia.com mit 212.212.212.1 und 212.212.212.2
• Registrar veranlasst Eintragung von Type NS und Type A Eintrag in TLD com, d.h. für primary authoritative Server networkutopia.com:
(networkutopia.com, dns1.networkutopia.com, NS)
(dns1.networkutopia.com, 212.212.212.1, A)
Dann noch ein Web‐Server und Mail‐Server‐Eintrag in den eigenen authoritativen DNS‐
Server
• Type A Eintrag für Web‐Server www.networkutopia.com und
• Type MX Eintrag für Mail‐Server mail.networkutopia.com
In der Regel alles noch einfacher: Provider stellt für Kunden die Server zur Verfügung. Kunde registriert über Provider (der ist dann auch der Registrar) einfach eine Domain.
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Robustheit von DNS
DNS ist eine kritische Komponente der Internet‐Infrastruktur
Diskussion möglicher Angriffe
• DDoS‐Attacke gegen DNS‐Root‐Server
• Auf Basis von ICMP‐Ping oder
• Fluten mit DNS‐Anfragen bzgl. Top‐Level‐Domains (z.B. alle Server für die Top‐Level‐Domain com)
• Man‐in‐the‐Middle‐Attack
• Abfangen von Client‐Queries oder
• Eintragen von falschen Cache‐Einträgen
• Nutzen der DNS‐Infrastruktur, für DDoS‐Attacke auf authoritative
DNS‐Server mit gefälschten Source‐Adressen
DNS ist aber sehr robust
• DNS‐Server Konfiguration
• Caching
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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Zusammenfassung und Literatur
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
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Zusammenfassung
• Anwendung versus Anwendungsprotokoll (z.B. Email‐Client und Server versus SMTP, POP3, IMAP, HTTP)
• Anwendungen und deren Anwendungsprotokolle haben unterschiedliche Anforderungen an das Transport‐Protokoll:
Besonderheit DNS: Dienst auf Anwendungsebene, welcher von fast allen anderen Anwendungen genutzt wird
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
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Zusammenfassung
• Damit ergibt sich in der Regel Auswahl zwischen TCP oder UDP
• Was ist mit Sicherheit? Erweiterung von TCP für Sicherheit auf Anwendungsebene mittels SSL (Secure Sockets Layer) bzw. TLS (Transport Layer Security)
• Was ist mit Bandbreiten‐ und Latenz‐Garantien? Anwendungen mit solchen Anforderungen „laufen in der Regel“; können mit nichtvorhandenen Garantien im gewissen Rahmen umgehen.
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Applikationsschicht
Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008
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Literatur
• James F. Kurose, Keith W. Ross, „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 4th Edition, 2008
– 2.1.4 Transport Services Provided by the Internet
– 2.2 The Web and HTTP
– 2.3 File Transfer: FTP
– 2.4 Electronic Mail in the Internet
– 2.5 DNS‐The Internet‘s Directory Service
– 2.9 Summary
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