Bài giảng Mạng máy tính - Chương 7: Tầng ứng dụng - Ngô Hồng Sơn

1Chương 7: Tầng ứng dụng Giảng viên: Ngô Hồng Sơn Bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính Khoa CNTT- ðHBK Hà Nội 2Tổng quan
Buổi trước: Tầng giao vận
Nguyên lý của tầng giao vận
TCP và UDP
Khái niệm kiểm soát luồng và kiểm soát tắc nghẽn
Hôm nay: Tầng ứng dụng
Nguyên lý của tầng ứng dụng
Case study: HTTP, Mail, FTP, DNS, P2P 3Khái niệm cơ bản 4Nhắc lại về kiến trúc phân tầng Application (HTTP, Mail, ) Transport (UDP, TCP ) Network (IP, ICMP) Datalink (Ethernet, ADSL) Physical (bits) Hỗ trợ các ứng dụng trên mạng Truyền dữ liệu giữa các ứng dụng Chọn ñường và chuyển tiếp gói tin giữa các máy, các mạng Hỗ trợ việc truyền thông cho các thành phần kế tiếp trên cùng 1 mạng Truyền và nhận dòng bit trên ñường truyền vật lý 5Ứng dụng và dịch vụ trên mạng? CHATGAME ON LINE WEB MAIL SKYPE YOUTUBE SSH TELNET FTP VoD SCHOOL ON THE INTERNET GOOGLE BITTORENT E-COMMERCE EBAY MUSIC ONLINE GRID VIDEO CONFERENCE e-BANK VoIP NEWS SMS e-Office e-Goverment 6Ứng dụng và giao thức ứng dụng
Giao thức ứng dụng
ðịnh nghĩa các quy tắc giao tiếp
Sử dụng các dịch vụ giao vận (TCP/UDP)
Ứng dụng :
Các tiến trình giao tiếp với nhau trên Internet qua việc trao ñổi thông ñiệp
Hoạt ñộng trên các hệ thống cuối
Cài ñặt giao thức ứng dụng ñể cung cấp dịch vụ
Ví dụ ứng dụng/giao thức:
Web (HTTP)
Mail (SMTP/POP/IMAP) application transport network data link physical application transport network data link physical application transport network data link physical 7Các thành phần của ứng dụng
Chương trình
Giao diện NSD:
Hỗ trợ cho NSD ñể làm việc với ứng dụng,
e.g. trình duyệt Web (Firefox, IE), phần mềm thư ñiện tử (Thunderbird, Outlook,..)
Cài ñặt các giao thức và sử dụng dịch vụ giao vận
Chương trình máy chủ
Cung cấp dịch vụ cho người sử dụng
Tiến trình ứng dụng: chương trình ñang chạy trên hệ ñiều hành
Các tiến trình giao tiếp?
Trên một máy: IPC (inter-process communication)
Giữa các máy trên mạng: qua socket 8Giao tiếp giữa các tiến trình trên Internet
Nhắc lại: Socket là một giao diện giữa tiến trình ứng dụng và tầng giao vận
Socket ñược ñịnh danh bởi
Số hiệu cổng
ðịa chỉ IP
Kiểu giao thức giao vận (TCP hay UDP)
Socket API (Application Programming Interface): Cho phép các tiến trình lựa chọn tham số, lựa chọn dịch vụ process transport layer services socket host or server process transport layer services socket host or server Internet controlled by app developer controlled by OS 9Các mô hình ứng dụng
Khách-chủ
P2P
Mô hình lai 10 Mô hình khách chủ
Khách
Gửi yêu cầu truy cập dịch vụ ñến máy chủ
Về nguyên tắc, không liên lạc trực tiếp với các máy khách khác
Chủ
Thường xuyên online ñể chờ y/c ñến từ máy trạm
Có thể có máy chủ dự phòng ñể nâng cao hiệu năng, phòng sự cố
e.g. Web, Mail, client client client client Server 11 Mô hình ñiểm-ñiểm thuần túy
Không có máy chủ trung tâm
Các máy có vai trò ngang nhau
Hai máy bất kỳ có thể liên lạc trực tiếp với nhau
Không cần vào mạng thường xuyên
E.g. Gnutella PeerPeer Peer Peer Peer Peer 12 Mô hình lai
Một máy chủ trung tâm ñể quản lý NSD, thông tin tìm kiếm
Các máy khách sẽ giao tiếp trực tiếp với nhau sau khi ñăng nhập
E.g. Skype
Máy chủ Skype quản lý các phiên ñăng nhập, mật khẩu
Sau khi kết nối, các máy sẽ gọi VoIP trực tiếp cho nhau Server Client Client Client Client-Server Comm. P2P Comm. 13 Case study 1: HTTP và WWW 14 HTTP và Web
WWW: World Wide Web
trao ñổi dữ liệu siêu văn bản HTML (HyperText Markup Language) trên Internet
HTTP: HyperText Transfer Protocol
Mô hình Client/Server
Client yêu cầu truy nhập tới các trang web (các ñối tượng web) và hiển thị chúng lên trình duyệt
Server: Nhận yêu cầu và trả lời cho client http request h t t p r e q u e s t h t t p r e s p o n s e http response Web clients Web server IE Firefox Navigator 15 HTTP hoạt ñộng ntn?
Server mở một TCP socket chờ tại cổng 80 (default)
Client khởi tạo một liên kết TCP tới server
Server chấp nhận yêu cầu tạo liên kết
Trao ñổi thông ñiệp HTTP (giao thức ứng dụng)
HTTP Request
HTTP Response
ðóng liên kết TCP IP header TCP header Dữ liệu - payloadHTTP header 16 Khuôn dạng HTTP request
Mã ASCII (dễ dàng ñọc ñược dưới dạng văn bản) GET /dccn/index.html HTTP/1.1 Host: www.it-hut.edu.vn User-agent: Mozilla/4.0 Connection: close Accept-language:en-us (extra carriage return, line feed) request line (GET, POST, HEAD commands) header lines CR, LF indicates end of message 17 Khuôn dạng HTTP response HTTP/1.1 200 OK Connection close Date: Tue, 16 Mar 2008 12:00:15 GMT Server: Apache/1.3.0 (Unix) Last-Modified: Mon, 15 Mar 2008 ... Content-Length: 8990 Content-Type: text/html data data data data data ... status line (protocol status code status phrase) header lines data, e.g., requested HTML file 18 Các liên kết HTTP HTTP không duy trì
Chỉ một ñối tượng web ñược gửi qua liên kết TCP
Sử dụng mặc ñịnh trong HTTP/1.0
HTTP 1.0: RFC 1945 HTTP có duy trì
Nhiều ñối tượng có thể ñược gửi qua một liên kết TCP.
Sử dụng mặc ñịnh trong HTTP/1.1
HTTP 1.1: RFC 2068 19 Hoạt ñộng của HTTP/1.0 Time Time Web client Web server TCP Conn. Req. GET /index.html i n d e x . h t m l A c c e p t e d Init TCP connection Send HTTP response: index.html Close TCP connection OK, send HTTP request Accept TCP connection GET img1.jpg Parse index.html: has 10 reference to 10 images Repeat above steps 10 times! Send images 1 Close TCP connection TCP Conn. Req. i m g 1 . j p g Accept TCP connection 2xRTT 20 Hoạt ñộng của HTTP/1.1 Time Time Web client Web server TCP Conn. Req. GET /index.html GET i n d e x . h t m l A c c e p t e d Init TCP connection Send HTTP response: index.html OK, send HTTP request Accept TCP connection GET i m g 1 . j p g request images 2 Parse index.html: has 10 reference to 10 images request images 1 Send images 1 Send images 2 request images 10 Stop-and- wait! Pipeline 21 HTTP/1.1 với pipeline Time Time Web client Web server TCP Conn. Req. GET /index.html GET i n d e x . h t m l A c c e p t e d Init TCP connection Send HTTP response: index.html OK, send HTTP request Accept TCP connection Parse index.html: has 10 reference to 10 images request images 1 -10 Send images 1-10 22 Các phương thức trong thông ñiệp yêu cầu HTTP/1.0
GET
POST
HEAD
yêu cầu máy chủ loại một số ñối tượng ra khỏi thông ñiệp trả lời HTTP/1.1
GET, POST, HEAD
PUT
tải file lên máy chủ, ñường dẫn chỉ ra trong URL, file ñể trong body
DELETE
Xóa file chỉ ra bới ñường dẫn Lưu ý: Có 2 cách ñể gửi tham số ñến server: POST hoặc GET 23 Mã trạng thái trả lời 200 OK
request succeeded, requested object later in this message 301 Moved Permanently
requested object moved, new location specified later in this message (Location:) 400 Bad Request
request message not understood by server 404 Not Found
requested document not found on this server 505 HTTP Version Not Supported Trong dòng ñầu tiên của thông ñiệp trả lời, ví dụ 24 Bộ ñệm- Caching
“Cache”: Bộ nhớ ñệm
Khái niệm bộ nhớ cache trong máy tính
L1 cache, L2 cache
“cache miss”, “cache hit”
Xem xét trường hợp sau:
Một tổ chức có một ñường nối tới Internet
Tất cả lưu lượng truy cập web ñều ñi qua liên kết này
Nhiều NSD web có thể cùng truy nhập tới cùng một nội dung
Giải pháp cải tiến? www.xyz.com/index.htm 25 Sử dụng bộ ñệm web - proxy
NSD ñặt tham số kết nối truy cập web của trình duyệt qua một máy chủ proxy
trình duyệt gửi yêu cấu ñến proxy
Miss: Proxy gửi yêu cầu tới máy chủ web, trả lời trình duyệt và lưu ñệm ñối tượng web
Hit: Proxy trả ñối tượng web cho trình duyệt client Proxy server client H T T P r e q u e s t H T T P r e s p o n s e HTTP request H T T P r e q u e s t Web server HTTP response H T T P r e s p o n s e 26 Web caches
Proxy: Vừa là client, vừa là server
Sử dụng bởi các ISP nhỏ, các tổ chức như trường học, công ty
Ảnh hưởng của proxy
Làm giảm lưu lượng web trên ñường ra Internet
Có thể làm giảm thời gian ñáp ứng
Thử phân tích vài trường hợp
cache hit
cache miss
proxy bị quá tải
Trang web thay ñổi/trang web ñộng? 27 Local cache
Các trang web còn có thể ñược lưu trên máy cục bộ
Sử dụng local cache ñể
Duyệt web offline
Duyệt các trang web hiệu quả hơn: 28 Phương thức GET có ñiều kiện
Mục ñích: Máy chủ sẽ không gửi ñối tượng web nếu proxy còn lưu giữ thông tin cập nhật
Proxy: chỉ ra thời gian cũ của ñối tượng If-modified-since:
server: Xác nhận lại có thay ñổi hay không: HTTP/1.0 304 Not Modified proxy server HTTP request msg If-modified-since: HTTP response HTTP/1.0 304 Not Modified object not modified HTTP request msg If-modified-since: HTTP response HTTP/1.0 200 OK object modified 29 Quiz
Hãy cho biết liên kết TCP ñược thiết lập giữa các máy ntn trong trường hợp dùng web proxy?
Hình vẽ? 30 Case study 2: Email 31 Thư ñiện tử
MUA (Mail User Agent)
Lấy thư từ máy chủ, gửi thư ñến máy chủ
e.g. Outlook, Thunderbird
MTA (Mail Transfer Agent): :
Chứa hộp thư ñến của NSD (mail box)
Hàng ñợi ñể gửi thư ñi
e.g. Sendmail, MS Exchange user agent mail server mail server user agent
Giao thức:
Chuyển thư: STMP-Simple Mail Transfer Protocol
nhận thư
POP – Post Office Protocol
IMAP – Internet Mail Access Protocol SMTPPOP IMAP Mail box Message queue IMAP POP SMTPSMTP 32 Giao thức SMTP
RFC 2821
TCP, port 25: Chuyển thư từ client ñến server và giữa các server với nhau
Tương tác yêu cầu/trả lời
Yêu cầu: Lệnh với mã ASCII
Trả lời: mã trạng thái và dữ liệu 33 Các giao thức nhận thư
POP: Post Office Protocol [RFC 1939]
ðăng nhập và lấy hết thư về
IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 1730]
Phức tạp hơn POP
Cho phép lưu trữ và xử lý thư trên máy chủ
Quota? user agent sender’s mail server user agent SMTP SMTP access protocol receiver’s mail server 34 Web Mail
Sử dụng Web browser như một MUA
MUA và MTA giao tiếp thông qua HTTP
Mails ñược lưu trữ trên máy chủ
E.g.
Gmail,
Hotmail,
Yahoo! Mail, etc.
Ngày nay, rất nhiều các MTA cho phép truy cập thông qua giao diện web

35 Khuôn dạng thông ñiệp thư ñiện tử SMTP: Giao thức ñể truyền thư RFC 822: ðịnh nghĩa khuôn dạng
Phần ñầu
To:
From:
Subject:
Phần thân
mã hóa dưới dạng mã ASCII header body blank line 36 ðể chuyển dữ liệu ña phương tiện: multimedia extensions
MIME: multimedia mail extension, RFC 2045, 2056
Thêm một dòng trong phần ñầu chỉ rõ khuôn dạng dữ liệu gửi ñi 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 multimedia data type, subtype, parameter declaration method used to encode data MIME version encoded data 37 Case Study 3 Ứng dụng truyền tệp 38 FTP: File Transfer Protocol
Mô hình Client-server
Trao ñổi file giữa các máy
RFC 959
Sử dụng TCP, cổng 20, 21 TCP data connection, port 20 FTP server user interface FTP client local file system remote file system user TCP control connection, port 21
ðiều khiển Out-of-band :
Lệnh của FTP : cổng 21
Dữ liệu: cổng 20
NSD phải ñăng nhập trước khi truyền file
Một số server cho phép NSD với tên là anonymous 39 Lệnh và mã trả lời Một số ví dụ
USER username
PASS password
LIST : trả về danh sách file
RETR filename Lấy file
STOR filename ðặt file lên máy chủ Ví dụ về mã trả lời
331 Username OK, password required
125 data connection already open; transfer starting
425 Can’t open data connection
452 Error writing file 40 Ví dụ về ftp client C:\Documents and Settings\hongson>ftp ftp> ? Commands may be abbreviated. Commands are: ! delete literal prompt send ? debug ls put status append dir mdelete pwd trace ascii disconnect mdir quit type bell get mget quote user binary glob mkdir recv verbose bye hash mls remotehelp cd help mput rename close lcd open rmdir Command line GUI FTP clients: IE, Firefox, GFTP, . 41 Tóm tắt
Mô hình ứng dụng
Client-server vs. P2P
Một số ứng dụng và giao thức
HTTP
Mail
FTP
Về nhà, hãy tìm hiểu thêm
P2P

Giao diện lập trình Socket 42 Buổi học tới: Data-link Layer
Các nguyên lý tầng Data-link
Mạng LAN 43 Acknowledgment
Bài giảng có sử dụng các tư liệu và hình vẽ từ:
Tài liệu của trường ñại học Keio và Ritsumekan
Tài liệu “Computer Network, a top down approach” của J.F Kurose và K.W. Ross