Mail‐Nachrichtenformate und MIME

(1)

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: alice@crepes.fr To: bob@hamburger.edu

Subject: Searching for the meaning of life.

(2)

Mail‐Nachrichtenformate und MIME

Grundlagen der Rechnernetze ‐Applikationsschicht 23

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: alice@crepes.fr To: bob@hamburger.edu

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: alice@crepes.fr To: bob@hamburger.edu

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

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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

Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008

SMTP, HTTP

POP3, IMAP, HTTP

(5)

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

(6)

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

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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

(8)

Übersicht

• Web und HTTP

• File Transfer: FTP

• Electronic Mail

• Domain Name System (DNS)

29 Grundlagen der Rechnernetze ‐Applikationsschicht

(9)

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

(10)

DNS Übersicht

Grundlagen der Rechnernetze ‐Einführung 31

H N S

• 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

Client:

DNS‐Client und z.B. Web‐Browser

Server:

DNS‐Server

(11)

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: bob@hotmail.com

•

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

(12)

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

(13)

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

org DNS‐Server

edu DNS‐Server

yahoo.com DNS‐Server

amazon.com DNS‐Server

pbs.org DNS‐Server

poly.edu DNS‐Server

umass.edu DNS‐Server

Root DNS Server

Top‐Level‐Domain (TLD) DNS Server

Authoritative DNS Server

(*) Beispiel und Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008

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)

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DNS: verteilte, hierarchische Datenbank

Root DNS‐Server

com DNS‐Server

org DNS‐Server

edu DNS‐Server

Root 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

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DNS: verteilte, hierarchische Datenbank

Root DNS‐Server

com DNS‐Server

org DNS‐Server

edu DNS‐Server

Root DNS Server

(*) Beispiel und Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008

Kleiner Ausschnitt aus der DNS Server‐Hierarchie^(*)

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

H N S

(17)

Beispiel DNS‐Anfrage

Abbildung aus Kurose/Ross „Computer Networking:

1. 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‐

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Beispiel DNS‐Anfrage

Abbildung nach Kurose/Ross „Computer Networking: A Top‐Down Approach“, 2008

• 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

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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

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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 joe@foo.com und ww.foo.com

• Unterscheidung durch Anfrage entweder MX oder CNAME

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DNS‐Nachrichten

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

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DNS‐Nachrichten

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“

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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

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Zusammenfassung und Literatur

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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:

Grundlagen der Rechnernetze ‐Applikationsschicht Abbildung aus Kurose/Ross „Computer 47

Networking: A Top‐Down Approach“, 2008

Besonderheit DNS: Dienst auf Anwendungsebene, welcher von fast allen anderen Anwendungen genutzt wird

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