exam13 - stankin/inet-2022 GitHub Wiki

Билет 13

Службы доменных имен, сетевые интернет-протоколы и популярные браузеры.
Объектно-ориентированный подход в веб-программировании.

[◀️] Реферат к вопросам экзамена по дисциплине Интернет-технологии 1 курса магистратуры [▶️]

Выполнили: Гимаева Е.Б. ИДМ-22-03, Мурадов С.С. ИДМ 22-04, Рогачев И.И. ИДМ 22-07, Пискунов М.П. ИДМ-22-05, Великовский Д.А. ИДМ-22-02

Ответ.

1.Службы доменных имен, сетевые интернет-протоколы и популярные браузеры.

Службы доменных имен

Службы доменных имен DNS ( Domain Name System «система доменных имён») — компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Домен - это такое название сайта в понятном для человека виде, например yandex.ru, google.com, ru.wikipedia.org. Компьютер же воспринимает адрес в виде числового IP-адреса (например 5.255.255.60). Поэтому DNS чаще всего используется для получения IP-адреса по имени домена, под которым может скрываться адрес компьютер или устройства, а также для получения информации о маршрутизации почты и/или обслуживающих узлах для протоколов в домене (SRV-запись). Распределённая база данных DNS поддерживается с помощью иерархии DNS-серверов, взаимодействующих по определённому протоколу. Основой DNS является представление об иерархической структуре имени и зонах. Каждый сервер, отвечающий за имя, либо содержит информацию о запрашиваемом имени, либо знает у кого сервера можно спросить об этом имени. Правильная работа DNS сервера обеспечивает замкнутость системы, то есть запрошенная информация всегда будет найдена и передана клиенту, если же запрос не может быть выполнен, клиент получит уведомление об этом. Начиная с 2010 года в систему DNS внедряются средства проверки целостности передаваемых данных, называемые DNS Security Extensions (DNSSEC). Передаваемые данные не шифруются, но их достоверность проверяется криптографическими способами. Внедряемый стандарт DANE обеспечивает передачу средствами DNS достоверной криптографической информации (сертификатов), используемых для установления безопасных и защищённых соединений транспортного и прикладного уровней. DNS обладает следующими характеристиками:

Распределённость администрирования. Ответственность за разные части иерархической структуры несут разные люди или организации.
Распределённость хранения информации. Каждый узел сети в обязательном порядке должен хранить только те данные, которые входят в его зону ответственности, и (возможно) адреса корневых DNS-серверов.
Кэширование информации. Узел может хранить некоторое количество данных не из своей зоны ответственности для уменьшения нагрузки на сеть.
Иерархическая структура, в которой все узлы объединены в дерево, и каждый узел может или самостоятельно определять работу нижестоящих узлов, или делегировать (передавать) их другим узлам.
Резервирование. За хранение и обслуживание своих узлов (зон) отвечают (обычно) несколько серверов, разделённые как физически, так и логически, что обеспечивает сохранность данных и продолжение работы даже в случае сбоя одного из узлов.

DNS важна для работы Интернета, так как для соединения с узлом необходима информация о его IP-адресе, а для людей проще запоминать буквенные (обычно осмысленные) адреса, чем последовательность цифр. В некоторых случаях это позволяет использовать виртуальные серверы, например, HTTP-серверы, различая их по имени запроса. Первоначально преобразование между доменными и IP-адресами производилось с использованием специального текстового файла который составлялся централизованно и автоматически рассылался на каждую из машин в своей локальной сети. С ростом Сети возникла необходимость в эффективном, автоматизированном механизме, которым и стала DNS.

Сетевой протокол — это набор правил, определяющий принципы взаимодействия устройств в сети. Чтобы отправка и получение информации прошли успешно, все устройства-участники процесса должны принимать условия протокола и следовать им. В сети их поддержка встраивается или в аппаратную часть (в «железо»), или в программную часть (в код системы), или и туда, и туда.

Для взаимодействия протоколов между собой существует модель OSI, или Open Systems Interconnection. Дословно название переводится как «взаимодействие открытых систем» OSI — эталонная модель взаимодействия устройств в сети Модель OSI — это модель, позволяющая разным системам связи коммуницировать между собой по общепринятым стандартам. Ее можно сравнить с английским, то есть глобальным, универсальным языком в мире сетей.

Модель основана на принципе разделения коммуникационной системы на семь отдельных уровней.

Физический уровень (Physical layer). Самый нижний уровень модели, предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и соответственно их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством. На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала.
Канальный уровень (Data Link layer). Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Данные, полученные с физического уровня, он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня. На этом уровне работают коммутаторы, мосты.
Сетевой уровень (Network layer).Предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.
Транспортный уровень (Transport layer). Предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом неважно, какие данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а длинные разбивает. Протоколы этого уровня предназначены для взаимодействия типа точка-точка. Пример: TCP, UDP
Сеансовый уровень (Session layer). Отвечает за поддержание сеанса связи, что позволяет приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Сеансовый уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия.
Уровень представления (Presentation layer). Отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На уровне представления может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.
Прикладной уровень (Application layer). Обеспечивает взаимодействие сети и пользователя. Уровень разрешает приложениям пользователя доступ к сетевым службам, таким как обработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления. Пример: HTTP, POP3, SMTP.

TCP/IP — модель, на которой работает сеть Интернет Модель TCP/IP помогает понять принцип работы и взаимодействия узлов в сети Интернет. Ее название включает в себя два основных протокола, на которых построен интернет. TCP/IP расшифровывается как Transmission Control Protocol/Internet Protocol, или протокол управления передачей (данных)/интернет-протокол. Модель используется во всем современном интернете, новые сетевые протоколы разрабатываются с опорой на модель TCP/IP.

Канальный уровень. На аппаратном уровне (Link Layer) определены правила взаимодействия сетевого оборудования между собой. Для передачи той или иной информации между хостами она должна быть поделена на пакеты и передана по нужному каналу связи. На канальном уровне сетевой модели TCP IP определены физические свойства среды обмена информацией.
Межсетевой уровень. Мировая паутина состоит из множества локальных подсетей, которые объединяются между собой посредством протокола TCP IP. Для организации взаимодействия между ними и корректного предоставления информации необходимо обеспечить возможность соединяться с другими локальными сетями. В основе такой маршрутизации лежит обращение к IP с использованием маски подсети. Если передать данные нужно в пределах одной локальной сети, пакеты отправляются напрямую по IP, в этом случае использование маски не требуется.
Транспортный уровень. Transport Layer берет на себя функцию контроля доставки пакетов. На этом уровне работают протоколы TCP и UDP. Первый устанавливает соединение между двумя хостами и гарантирует предоставление информации в полном объеме. Если во время передачи часть информации была утеряна, протокол запрашивает ее повторно, таким образом у адресата есть полный пакет данных, собранный в нужном порядке.
Прикладной уровень. Applicatopn Layer объединяет три уровня сетевой модели OSI: сеансовый, уровень представления и прикладной. На прикладном уровне происходит поддержание сеанса связи между хостами, преобразование передаваемых данных, работа с конечным пользователем и сетью. Здесь же используются стандарты API интерфейса, которые передают команды для выполнения определенных задач.

TCP — протокол обмена сообщениями в сети Интернет TCP помогает устройствам в сети обмениваться сообщениями. Он работает на четвертом, транспортном, уровне модели OSI.

Для передачи информации происходит дробление исходного файла на части, которые передаются получателю, а далее собираются обратно. Например, человек запрашивает веб-страницу, далее сервер обрабатывает запрос и высылает в ответ HTML-страницу при помощи протокола HTTP. Он, в свою очередь, запрашивает уровень TCP для установки требуемого соединения и отправки HTML-файла. TCP конвертирует данные в блоки, передавая их на уровень TCP пользователя, где происходит подтверждение передачи.

Свойства протокола TCP:

Система нумерации сегментов (Segment Numbering System). TCP отслеживает передаваемые или принимаемые сегменты, присваивая номера каждому из них. Байтам данных, которые должны быть переданы, присваивается определенный номер байта, в то время как сегментам присваиваются порядковые номера. Управление потоком. Эта функция ограничивает скорость, с которой отправитель передает данные. Это делается для обеспечения надежности доставки. Получатель постоянно сообщает отправителю о том, какой объем данных может быть получен. Контроль ошибок. Данная функция реализуется для повышения надежности путем проверки байтов на целостность. Порт источника и порт назначения. Протокол TCP использует специальные порты для связи различных протоколов. Например протокол SSH использует 22й порт, HTTP — 80, HTTPS — 443, Gopher — 70. Все порты делятся на три диапазона — общеизвестные (0—1023), зарегистрированные (1024—49151) и динамические (49152—65535).

UDP (User Datagram Protocol) – протокол транспортного уровня, входящий в стек протоколов TCP/IP, обеспечивающий негарантированную доставку данных без установления виртуального соединения.

UDP использует Internet Protocol для пеpедачи сообщения от одной мащины к дpугой и обеспечивает ту же самую ненадежную доставку сообщений, что и IP. UDP не использует подтвеpждения пpихода сообщений, не упоpядочивает пpиходящие сообщения и не обеспечивает обpатной связи для управления скоростью передачи инфоpмации между машинами. Поэтому, UDP-сообщения могут быть потеpяны, pазмножены или пpиходить не по поpядку. Кpоме того, пакеты могут пpиходить pаньше, чем получатель сможет обpаботать их.

Структура пакета протокола UDP:

Примеры использования протокола UDP:

DNS — протокол, преобразующий домены в IP-адреса, чтобы сделать возможной загрузку интернет-ресурса через браузер.
SNMP — протокол, позволяющий системному администратору проводить мониторинг, контролировать производительность сети и изменять конфигурацию подключенных устройств.
DHCP — протокол, отвечающий за автоматическое назначение IP-адреса клиенту.

Разница между TCP и UDP Ключевым различием между TCP и UDP является скорость, поскольку TCP сравнительно медленнее UDP. В целом, UDP является быстрым, простым и эффективным протоколом, однако повторная передача потерянных пакетов данных возможна только в TCP.

Еще одно заметное различие между TCP и UDP заключается в том, что первый обеспечивает упорядоченную доставку данных от пользователя к серверу (и наоборот). UDP, в свою очередь, не проверяет готовность получателя и может доставлять пакеты вразнобой.

2. Объектно-ориентированный подход в веб-программировании

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это подход, при котором программа рассматривается как набор объектов, взаимодействующих друг с другом. У каждого есть свойства и поведение. ООП ускоряет написание кода и делает его более читаемым.

Идеология объектно-ориентированного программирования (ООП) разрабатывалась, чтобы связать поведение определенного объекта с его классом. Людям проще воспринимать окружающий мир как объекты, которые поддаются определенной классификации (например, разделение на живую и неживую природу).

До появления объектно-ориентированного программирования в разработке использовался другой подход — процедурный. Процедурное программирование – программирование, состоящее из нескольких процедур или методов, которые выполняли определенный блок кода. Процедурное программирование хорошо подходит для легких программ без сложной структуры. Главный минус – в одном файле очень много кода, сотни функций или методов. В таком случае придется редактировать каждую из них, продумывать новую логику. В результате может образоваться много плохо читаемого, перемешанного кода — «спагетти-кода» или «лапши».

В отличие от процедурного, объектно-ориентированное программирование позволяет вносить изменения один раз — в объект. Именно он — ключевой элемент программы. Все операции представляются как взаимодействие между объектами. При этом код более читаемый и понятный, программа проще масштабируется.

В программном коде ООП реализация объектов осуществляется с помощью классов и структур

Объектно-ориентированное программирование используется, чтобы:

структурировать информацию и не допускать путаницы;
точно определять взаимодействие одних элементов с другими;
повышать управляемость программы;
быстрее масштабировать код под различные задачи;
лучше понимать написанное;
эффективнее поддерживать готовые программы;
внедрять изменения без необходимости переписывать весь код. Возможности ООП поддерживает большинство популярных языков программирования, включая JavaScript, PHP, Python и другие.

Ситуации, когда ОПП пригодится на практике/применение:

**Работа с базой данных Через ООП можно "скрыть" внутреннюю структуру базы от конечного пользователя (в данном случае программиста). Если база будет меняться, то это не приведёт к переписыванию всего проекта. Если вы используете объект, вам неважно, как он хранится в базе данных.
**Сложная логика С помощью ООП можно разбить сложную логику на несколько простых классов. Преимущество в том, что можно создавать универсальный интерфейс и узкоспециализированные классы. Вам не придётся менять код, если потребуется добавить "что-то похожее вон на тот класс".
**Большой проект Ахиллесовой пятой больших проектов является сильное связывание, когда один код вызывается из множества разных частей системы. В последствии такой код становится "неприкасаемым". То есть разработчики боятся в нём что-то менять, потому что неизвестно, какие части проекта после этого отвалятся. Если использовать ООП, то с такой проблемой будет разы проще справиться. Объект можно разбить, сделать фасадом или написать тест. С обычным кодом такое сделать труднее.
**Автоматическое тестирование Поскольку объекты несут в себе конечную логику (имеется в виду, что объекты имеют конечное число свойств и методов), то их можно тестировать. Вызвал один метод, проверил результат, вызвал другой метод, проверил результат и так далее. Автоматические тесты помогают избежать ошибок и за счёт этого улучшают скорость и качество разработки.

Структура ООП

Программный код, написанный с учетом принципов ООП, четко структурируется на 4 основных элементах (иногда выделяют и больше, включая в список элементов модули и другие структуры, связанные с объектно-ориентированной парадигмой, но мы обратимся к ним позже, говоря о преимущества и принципах описываемой модели).

Объекты — это структуры данных: пользователь, кнопка, сообщение. У них, как и у реальных предметов, могут быть свойства: цвет, содержание или имя пользователя. А чтобы объединить между собой объекты с похожими свойствами, существуют классы.
Классы — это «шаблон» для объекта, который описывает его свойства. Несколько похожих между собой объектов, например профили разных пользователей, будут иметь одинаковую структуру, а значит, принадлежать к одному классу. Каждый объект — это экземпляр какого-нибудь класса.
Методы – это функции, описанные внутри объекта или класса. Они относятся к конкретному объекту и позволяют взаимодействовать с ними или другими частями кода.
Атрибуты – это конкретные характеристики объекта. Атрибуты можно представить в виде переменных с данными. Понять, что такое ООП, поможет аналогия.

Основные принципы ООП:

Объектно-ориентированное программирование исповедует ряд принципов, лежащих в основе правил создания и использования всех структурных элементов, включая классы, объекты, методы и прочие компоненты. Ключевыми являются инкапсуляция, наследование, полиморфизм и в настоящее время принято считать, что абстракция так же является одним из принципов.

Инкапсуляция – это принцип, согласно которому любой класс и в более широком смысле – любая часть системы должны рассматриваться как «черный ящик»: пользователь класса или подсистемы должен видеть только интерфейс (т.е. список декларируемых свойств и методов) и не вникать во внутреннюю реализацию.
Наследование — это возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка , добавляя при необходимости новые свойства и методы.
Полиморфизм — это возможность изменять метод наследуемый от класса родителя или интерфейса. Это позволяет расширять функционал системы меняя уже готовые методы.
Абстракция — это способ выделить набор наиболее важных атрибутов и методов и исключить незначимые.

Принцип работы основных концепций ООП:

Принцип работы абстракции. Основная цель использования данной концепции — это уменьшение сложности компонентов программы за счет скрытия от программиста, использующего эти компоненты, ненужных ему подробностей. Это позволяет реализовать более сложную логику поверх предоставленной абстракции, не вдаваясь в подробности ее реализации. Приготовление кофе с помощью кофемашины является хорошим примером абстракции. Все, что нам надо знать, что бы ей пользоваться: как налить воды, засыпать кофейные зерна, включить и выбрать вид кофе, который хотим получить. А, как машина будет варить кофе — нам знать не нужно. В данном примере кофемашина представляет собой абстракцию, которая от нас скрывает все подробности варки кофе. Нам лишь остается просто взаимодействовать с простым интерфейсом, который не требует от нас каких-либо знаний о внутренней реализации машины.
Принцип работы инкапсуляции. Инкапсуляция позволяет нам пользоваться возможностями класса без создания угрозы безопасности данных за счет ограничения прямого доступа к его полям. Также она позволяет изменять код классов не создавая проблем их пользователям (другим классам). В Java данный принцип достигается за счет использования ключевого слова private.
Принцип работы наследования. Наследование — еще одна важная концепция ООП, которая позволяет сэкономить время на написании кода. Возможности наследования раскрываются в том, что новому классу передаются свойства и методы уже описанного ранее класса. Класс, который наследуется называется дочерним (или подклассом). Класс, от которого наследуется новый класс — называется родительским, предком и т. д. В языке программирования Java используется ключевое слово extends для того, чтобы указать на класс-предок.
Принцип работы полиморфизма. Полиморфизм предоставляет возможность единообразно обрабатывать объекты с различной реализацией при условии наличия у них общего интерфейса или класса. По-простому: способность вызывать нужные методы у объектов, имеющие разные типы (но находящиеся в одной иерархии). При этом происходит автоматический выбор нужного метода в зависимости от типа объекта. В случае с переопределением метода, дочерний класс, используя концепцию полиморфизма, может изменить (переопределить) поведение метода родительского класса. Это позволяет программисту по разному использовать один и тот же метод, определяя поведение из контекста вызова (вызывается метод из класса предка или класса наследника). В случае же с перегрузкой, метод может проявлять различное поведение в зависимости от того, какие аргументы он принимает. В данном случае контекст вызова определяется набором параметров метода.

Преимущества ООП

Модульность

Объектно-ориентированный подход позволяет сделать код более структурированным, в нем легко разобраться стороннему человеку. Благодаря инкапсуляции объектов уменьшается количество ошибок и ускоряется разработка с участием большого количества программистов, потому что каждый может работать независимо друг от друга.

Гибкость

ООП-код легко развивать, дополнять и изменять. Это обеспечивает независимая модульная структура. Взаимодействие с объектами, а не логикой упрощает понимание кода. Для модификации не нужно погружаться в то, как построено ПО. Благодаря полиморфизму можно быстро адаптировать код под требования задачи, не описывая новые объекты и функции.

Экономия времени

Благодаря абстракции, полиморфизму и наследованию можно не писать один и тот же код много раз. Это ускоряет разработку нового ПО. Интерфейсы и классы в ООП могут легко преобразовываться в подобие библиотек, которые можно использовать заново в новых проектах. Также ООП экономит время при поддержке и доработке приложения.

Безопасность

Программу сложно сломать, так как инкапсулированный код недоступен извне.

ИСТОЧНИКИ: