Tầng ứng dụng trong mạng máy tính

Mạng máy tính 1 Tầng ứng dụng (Application Layer) 6 1 Các nguyên tắc của ứng dụng mạng 6 2 Web và HTTP 6 3 FTP 6 4 E Mail SMTP, POP3, IMAP 6 5 DNS 6 6 Chia sẻ file P2P 1 Tầng ứng dụng (Applicati. Các giao thức trong tầng ứng dụng, Phương thức kết nối giữa các tầng

 HTTP

 SMTP / POP3 / IMAP

 Tính toán song song

Không có phần mềm viết cho

các thiết bị trong Network

Core

 Các thiết bị trong Network

Core không thực hiện chức năng tại lớp ứng dụng

 Thiết kế này để sự phát triển

ứng dụng nhanh

application

transport network data link physical

application

transport network data link physical

application

transport network data link physical

Các kiến trúc ứng dụng

 Client-Server

 Truyền thông với server

 Có thể không kết nối liên tục

 Có thể có địa chỉ IP động

 Không giao tiếp trực tiếp với nhau

 Các Peer kết nối không liên tục

và thay đổi địa chỉ IP

 Ví dụ: Gnutella

Khả năng co giãn quy mô cao

Khó quản lý

Lai giữa P2P và Client-Server

Napster

 Truyền file P2P

 Tìm kiếm file tập trung:

• Các Peer đăng ký nội dung tại server trung tâm

• Các Peer gửi yêu cầu server trung tâm xác định vị trí của nội dung

Instant Messaging

 Giao tiếp giữa 2 user là P2P

 Quản lý tập trung vị trí của user:

• User đăng ký địa chỉ IP với server trung tâm khi kết nối

• User thông qua server trung tâm để tìm địa chỉ IP của đối tượng cần giao tiếp

Truyền thông của các tiến trình

Tiến trình: chương trình

chạy trong một host.

 Trong cùng host, 2 tiến

và tiến trình server

 Tiến trình gửi dựa vào hạ

tầng giao vận trên phía bên

kia của cửa, nó mang

message tới socket của tiến

trình nhận

Tiến trình

TCP với buffer, Biến socket

host hoặc server

Tiến trình

TCP với Buffer, biến socket

host hoặc server

Internet

Điều khiển bởi OS

Điều khiển bởi người lập trình ứng dụng

 API: (1) Chọn giao thức giao vận; (2) Gán giá trị cho một

vài tham số (chi tiết phần sau)

 Câu hỏi: Địa chỉ IP của

host mà tiến trình chạy

cổng gán cho ứng dụng trên host.

 Ví dụ: Giá trị cổng của một số ứng dụng:

 HTTP server: 80

 Mail server: 25

 Chi tiết hơn trong phần sau

tin: Các trường trong bản

tin và mô tả các trường

 Cho phép phối hợp hoạt động

 Ví dụ: HTTP, SMTP

Các giao thức không công khai:

Truyền file, telnet) đòi hỏi 100%

dữ liệu truyền là tin cậy

 Một số ứng dụng khác sử dụng theo băng thông chúng nhận được

Yêu cầu của ứng dụng giao vận của một số ứng

dụng

Ứng dụng

Truyền file E-mail Web Real-time audio/video

Cho phép Cho phép Không cho phép

Băng thông

Co giãn

Co giãn

Co giãn Audio: 5kbps-1Mbps Video:10kbps-5Mbps Tương tự trên

Yêu cầu kbps

Co giãn

Thời gian

Không Không Không

Có, hàng trăm msec

Có, vài secs

Có, hàng trăm msec Có

Các dịch vụ các giao thức giao vận

Dịch vụ TCP:

 Hướng kết nối: Đòi hỏi quá

trình thiết lập giữa tiến trình

client và tiến trình server

 Truyền tin cậy giữa tiến trình

gửi và tiến trình nhận

 Điều khiển luồng: Bên gửi sẽ

không vượt quá khả năng bên

nhận

 Điều khiển tắc nghẽn: điều

chỉnh bên gửi khi mạng quá tải

 Không cung cấp: tính thời gian,

đảm bảo băng thông tối thiểu

Dịch vụ UDP:

 Truyền dữ liệu không tin cậy giữa tiến trình gửi và tiến trình nhận

 Không cung cấp: việc thiết lập kết, truyền tin cậy, điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn, tính thời gian, đảm bảo băng thông

Q: Tại sao cần UDP?

Các ứng dụng Internet: các giao thức tầng ứng dụng

và tầng giao vận

Ứng dụng

Thư điện tửTruy cập từ xa

Web Truyền fileTruyền dòng

đa phương tiệnĐiện thoại Internet

Giao thức tầng ứng dụng

Giao thức tầng giao vận

TCPTCPTCPTCPTCP hoặc UDPUDP

Web và HTTP

 Trang Web chứa các đối tượng

 Đối tượng có thể là file HTML, ảnh JPEG, Java

 server: Web server gửi

các đối tượng trong trả

lời

 HTTP 1.0: RFC 1945

 HTTP 1.1: RFC 2068

Server chạy Apache Web server

HTTP (tiếp)

Sử dụng TCP:

 Client khởi đầu kết nối TCP (tạo

socket) tới server, cổng 80

 Server chấp nhận kết nối TCP từ

client

 Các bản tin HTTP (bản tin của

giao thức tầng ứng dụng Web)

trao đối giứa trình duyệt (HTTP

client) và Web server (HTTP

server)

 Kết nối TCP đóng

HTTP là không hướng trạng thái

 Server không duy trì thông tin về các yêu cầu của client trong quá khứ

Các giao thức hướng trạng thái phức tạp hơn giao thức

không hướng trạng thái

 Quá khứ phải được duy trì

 Nếu server/client lỗi, các trạng thái có thể không thống nhất

 HTTP/1.1 mặc định sử dụng persistent HTTP

Nonpersistent HTTP

Giả sử người sử dụng nhập vào URL www.someSchool.edu/someDepartment/home.index

1a HTTP client khởi đầu kết nối

TCP tới HTTP server (tiến trình) tại www.someSchool.edu , cổng 80

2 HTTP client gửi bản tin yêu cầu HTTP

(chứa URL) vào socket của kết nối TCP Bản tin chỉ rằng client muốn lấy đối tượng someDepartment/home.index

1b HTTP server tại host www.someSchool.edu đợi kết nối TCP tại cổng 80.

Chấp nhận kết nối, thông báo cho client

3 HTTP server nhận bản tin yêu cầu, xây dựng bản tin trả lời

chứa đối tượng đã yêu cầu và gửi bản tin vào trong socket của nó

(chứa text, tham chiếu tới 10

ảnh jpeg)

Nonpersistent HTTP (cont.)

5 HTTP client nhận trả lời chứa file html, hiện thị nội dung Phân tích html, tìm 10 đối tượng ảnh jpeg được tham chiếu

ảnh jpeg

4 HTTP server đóng kết nối TCP

time

Mô hình thời gian trả lời

RTT: thời gian để gửi một

gói tin từ client tới server

và trở lại

Thời gian trả lời:

 1 RTT để khởi tạo kết nối

TCP

 1 RTT cho yêu cầu HTTP

và nhận byte đầu tiên của

trả lời HTTP

 Thời gian truyền file

total = 2RTT+transmit time

transmit time

Khởi đầu kết nối TCP

RTT

file yêu cầu

Persistent HTTP

Nonpersistent HTTP:

 Yêu cầu 2 RTT cho 1 đối tượng

 Hệ điều hành phải cấp phát tài

nguyên cho mỗi kết nối TCP

 Trình duyệt phải mở song song

nhiều kết nối TCP để lấy đối

tượng tham chiếu

Persistent HTTP

 Server tạm dừng kết nối sau

khi gửi trả lời

 Các bản tin HTTP sau đó giữa

cùng client/server được gửi qua

kết nối

Bản tin yêu cầu HTTP

 Hai kiểu bản tin HTTP: yêu cầu, trả lời

 Bản tin yêu cầu HTTP:

 ASCII

GET /somedir/page.html HTTP/1.1 Host: www.someschool.edu

User-agent: Mozilla/4.0 Connection: close

Bản tin yêu cầu HTTP

 Hỏi server bỏ đối tượng

đã yêu cầu ra khỏi trả lời

 DELETE

 xóa file trong trường URL

Bản tin trả lời HTTP

HTTP/1.1 200 OK Connection close Date: Thu, 06 Aug 1998 12:00:15 GMT Server: Apache/1.3.0 (Unix)

Last-Modified: Mon, 22 Jun 1998 …

Content-Length: 6821 Content-Type: text/html

dữ liệu, ví dụ:

file HTML đã

yêu cầu

Mã trạng thái của trả lời HTTP

200 OK

 Yêu cầu thực hiện thành công, đối tượng trong bản tin

301 Moved Permanently

 Đối tượng yêu cầu đã di chuyển vị trí, ví trí mới được chỉ ra

trong bản tin (Location:)

400 Bad Request

 Server không hiểu bản tin yêu cầu

404 Not Found

 Không tìm thấy đối tượng yêu cầu

Trong dòng đầu tiên của trả lời server->client

Ví dụ:

Thực hành

1 Telnet tới một Web server:

Mở kết nối TCP tới cổng 80 tại cis.poly.edu Nội dung gõ được gửi tới cổng 80 tại

cis.poly.edu

telnet cis.poly.edu 80

2 Gõ lệnh GET

GET /~ross/ HTTP/1.1 Host: cis.poly.edu

3 Xem bản tin trả lời gửi bởi HTTP server

Web cache (proxy server)

 Người dùng thiết lập

qua trình duyệt

 Trình duyệt gửi mọi

yêu cầu HTTP qua

Cache

 Đối tượng trong cache:

sẽ được trả về

 Nếu không: Yêu cầu

được chuyển tới

server ban đầu

Mục đích: thực hiện yêu cầu của client không phải yêu cầu

tới server ban đầu

client

Proxyserver

server ban đầu server ban đầu

Web cache

 Cache hoạt động như

cả client và server

 Thông thường, được

cài đặt bởi ISP

Lợi ích của Web cache

 Giảm thời gian trả lời

 Giảm lưu lượng trên đường truyền truy cập

Web cache

 Cache hoạt động như

cả client và server

 Thông thường cache

được cài đặt bởi ISP

(trường đại học, công

ty, nhà cung cấp dịch

vụ cho gia đình)

Tại sao dùng Web cache?

 Giảm thời gian trả lời cho yêu cầu của client

 Giảm lưu lượng trên đường truy cập của tổ chức

Ví dụ caching

Giả sử

= 100,000 bits ~ 960 kbs

duyệt của tới server ban đầu = 15

giây

ban đầu và trở lại = 2 giây

Kết quả

cập = 100%

access delay + LAN delay

= 2 giây + phút + millisecond

Các server ban đầu

public Internet

 Total delay = Internet delay +

access delay + LAN delay

= 2 sec + msecs + msecs

Server ban đầu

public Internet

Mạng của

tổ chức 10 Mbps LAN

Đường truyền truy cập10 Mbps

institutional cache

 60% yêu cầu đáp ứng bởi

server ban đầu

 Sự sử dụng đường truyền

truy cập giảm tới 60%, kết

quả độ trễ không đáng kể (10

msec)

 total avg delay = Internet

delay + access delay + LAN

delay = 6*(2.01) secs +

milliseconds < 1.4 secs

Server ban đầu

public Internet

Mạng của

tổ chức 10 Mbps LAN

Đường truyền truy cập 1.5 Mbps

institutional cache

GET có điều kiện

 Mục đích: không gửi đối

tượng nếu cache có phiên

bản cập nhật

 Cache: chỉ định ngày của

bản sao chép trong cache

trong yêu cầu HTTP

If-modified-since: <date>

 Server: Trả lời không chứa

đối tượng nếu bản sao

Bản tin yêu cầu HTTP

FTP: File Transfer Protocol

 Truyền file tới/từ host ở xa

FTP client

Hệ thống file cục bộ

Hệ thống file

từ ở xa user

tại host

FTP: Kết nối dữ liệu và điều khiển riêng biệt

 FTP client liên lạc với FTP

server tại cổng 21, chỉ định

dùng TCP làm giao thức giao

vận

 Client giành ủy quyền qua kết

nối điều khiển

 Client xem thư mục từ xa bằng

cách gửi lệnh qua kết nối điều

khiển

 Khi server nhận một lệnh

truyền file, server mở một kết

nối dữ liệu TCP tới client

 Sau khi truyền file, server đóng

 Kết nối điều khiển: truyền theo đường riêng

 FTP server duy trì trạng thái: thư mục hiện tại, ủy quyền trước đó

Lệnh và trả lời của FTP

Ví dụ một số lệnh:

 Gửi văn bản mã ASCII

qua kênh điều khiển

 STOR filename đưa

file lên remote host

Ví dụ một số mã trả về

 Status code và status phrase (như HTTP)

 331 Username OK, đòi hỏi mật khẩu

 125 kết nối dữ liệu đã mở; bắt đầu truyền

 425 Không thể mở kết nối dữ liệu

 452 Lỗi ghi file

 Còn gọi là Mail Reader

 Soạn, sửa, đọc bản tin mail

 Ví dụ: Eudora, Outlook,

Netscape Messenger

 Các bản tin gửi tới và gửi đi

đã chứa trên server

User mailbox

Hàng đợi bản tin gửi đi

mail server

user agent

user agent

user agent

mail server

user agent user

mail server

user agent

SMTP SMTP SMTP

Electronic Mail: Mail server

Mail Server

 mailbox chứa các bản tin

thư điện tử gửi đến cho

người sử dụng

 message queue của các

bản tin thư điện tử gửi đi

 SMTP protocol giữa các

mail server để gửi các

bản tin thư điện tử

 client: mail server gửi

 “server”: mail server

nhận

mail server

user agent

user agent

user agent

mail server

user agent user

mail server

user agent

SMTP SMTP SMTP

Electronic Mail: SMTP [RFC 2821]

 Sử dụng TCP để truyền tin cậy các bản tin thư điện tử từ

client tới server, cổng 25

 Gửi trực tiếp: server gửi tới server nhận

 Ba pha của việc truyền

 Trả lời: status code và status phrase

 Các bản tin phải dùng mã ASCII 7-bit

Kịch bản: Alice gửi bản tin cho Bob

1) Alice dùng UA để soạn bản

tin và gửi cho

bob@someschool.edu

2) UA của Alice gửi bản tin tới

mail server của cô ta; bản tin

đặt trong message queue

3) Phía client của SMTP mở kết

nối TCP với mail server của

user

agent

mail server

Ví dụ tương tác SMTP

S: 220 hamburger.edu

C: HELO crepes.fr

S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you

C: MAIL FROM: <alice@crepes.fr>

SMTP: Một số thông tin khác

 SMTP sử dụng persistent

connections

 SMTP yêu cầu bản tin

(header & body) dùng mã

 HTTP: mỗi đối tượng được đóng gói trong chính bản tin trả lời

 SMTP: nhiều đối tượng được gửi trong bản tin có nhiều phần

Định dạng bản tin

SMTP: giao thức để trao đổi

các bản tin thư điện tử

Định dạng bản tin: Các mở rộng đa phương tiện

 MIME: Multimedia Mail Extension, RFC 2045, 2046

 Thêm các dòng trong header của bản tin khai báo kiểu nội

dung MIME

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

dữ liệu mã hóa kiểu base64

method sử dụng

để mã hóa dữ liệu

MIME version

dữ liệu đã mã hóa

Thực hành tương tác SMTP

 telnet servername 25

 Xem trả lời 220 từ server

 Gõ vào các lệnh HELO, MAIL FROM, RCPT TO,

DATA, QUIT để gửi thư điện tử không sử dụng email

client (reader)

Các giao thức truy cập thư điện tử

 SMTP: chuyển/lưu trữ thư tới server của bên nhận

 Giao thức truy cập thư: lấy thư từ server

 POP: Post Office Protocol [RFC 1939]

• Ủy quyền (agent < >server) và tải thư

 IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 1730]

• Nhiều tính năng hơn (phức tạp hơn)

• Thao tác trên các bản tin lưu trên server

 HTTP: Hotmail , Yahoo! Mail, …

user agent

mail server của bên gửi

user agent

SMTP SMTP giao thức

truy cập

mail server của bên nhận

Pha giao dịch, client:

 list: liệt kê các số bản tin

 retr: lấy bản tin dựa vào số

 dele: xóa

 quit

C: list S: 1 498 S: 2 912 S:

C: retr 1 S: <message 1 contents>

S: C: dele 1 C: retr 2 S: <message 1 contents>

S: C: dele 2 C: quit

S: +OK POP3 server ready C: user bob

S: +OK C: pass hungry S: +OK người sử dụng đăng nhập thành công

POP3 và IMAP

Thông tin thêm về POP3

 Ví dụ trước sử dụng

chế độ “tải và xóa”

 Bob không thể đọc lại

các thư điện tử nếu bob

chuyển sang client khác

 Chế độ “Tải và giữ” sao

chép các bản tin trên

các client khác nhau

 POP3 không lưu trạng

thái giữa các phiên

IMAP

 Giữ tất cả các bản tin tại một chỗ: server

 Cho phép người sử dụng tổ chức các bản tin vào các thư mục

 IMAP giữ trạng thái người sử dụng qua các phiên:

 Tên của các thư mục và ánh xạ giữa các định danh của bản tin và tên thư mục

DNS: Domain Name System

Con người: có nhiều định danh:

sử dụng bởi con người

Câu hỏi: Ánh xạ giữa địa chỉ IP

và tên ?

Hệ thống tên miền (DNS):

 Cơ sở dữ liệu phân tán được

thực hiện phân cấp bởi nhiều

 Sự phức tạp tại network edge

DNS

Tại sao không dùng DNS tập chung ?

 Một điểm lỗi

 Khối lượng lưu lượng

 Cơ sở dữ liệu tập chung xa

 Bí danh cho Host

 Canonical name và alias

Root DNS Servers

com DNS servers org DNS servers edu DNS servers

poly.edu DNS serversumass.eduDNS servers

yahoo.com

DNS servers amazon.comDNS servers

pbs.org DNS servers

Cơ sở dữ liệu phân cấp và phân tán

Client muốn biết địa chỉ IP của www.amazon.com:

 Client yêu cầu root server để tìm com DNS server

 Client yêu cầu com DNS server để xác định

amazon.com DNS server

 Client yêu cầu amazon.com DNS server để lấy địa

chỉ IP cho www.amazon.com

DNS: Root name server

 Local name server không trả lời được thì nó sẽ liên lạc với Root name server

 Root name server:

 Liên lạc với authoritative name server nếu nó không biết ánh xạ tên

 Lấy ánh xạ

 Trả ánh xạ về cho local name server

13 root name server trên toàn thế giới

b USC-ISI Marina del Rey, CA

e NASA Mt View, CA

f Internet Software C Palo Alto, CA (and 17

other locations)

i Autonomica, Stockholm (plus 3 other locations)

k RIPE London (also Amsterdam, Frankfurt)

m WIDE Tokyo

a Verisign, Dulles, VA

c Cogent, Herndon, VA (also Los Angeles)

d U Maryland College Park, MD

g US DoD Vienna, VA

h ARL Aberdeen, MD

j Verisign, ( 11 locations)

TLD và Authoritative Server

với com, org, net, edu,… và tất cả các miền

quốc gia mức trên cùng uk, fr, ca, jp,…

tổ chức cung cấp ánh xạ authoritative hostname thành địa chỉ IP cho server của tổ chức (ví dụ

Web và Email).

 Có thể duy trì bởi tổ chức hoặc nhà cung cấp dịch vụ