Bài giảng Computer Networking - Chapter 2: Application Laye

Chapter 2

Application Layer

A note on the use of these ppt slides:

We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers).

They’re in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides

(including this one) and slide content to suit your needs. They obviously

represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the

following:

ꢀ If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form,

that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!)

ꢀ If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that

you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and

note our copyright of this material.

Computer Networking:

A Top Down Approach,

5^thedition.

Jim Kurose, Keith Ross

AddisonꢀWesley, April

2009.

Thanks and enjoy! JFK/KWR

2: Application Layer

1

2: Application Layer

2

Chapter 2: Application layer

ꢁ 2.1 Principles of

ꢁ 2.6 P2P applications

network applications

ꢁ 2.2 Web and HTTP

ꢁ 2.3 FTP

ꢁ 2.7 Socket programming

with UDP

ꢁ 2.8 Socket programming

with TCP

ꢁ 2.4 Electronic Mail

ꢁ SMTP, POP3, IMAP

ꢁ 2.5 DNS

2: Application Layer

3

Chapter 2: Application Layer

Our goals:

ꢁ conceptual,

ꢁ learn about protocols

by examining popular

applicationꢀlevel

protocols

implementation

aspects of network

application protocols

ꢁ HTTP

ꢁ FTP

ꢁ transportꢀlayer

ꢁ SMTP / POP3 / IMAP

ꢁ DNS

service models

ꢁ clientꢀserver

paradigm

ꢁ peerꢀtoꢀpeer

ꢁ programming network

applications

ꢁ socket API

paradigm

2: Application Layer

4

Some network apps

ꢁ eꢀmail

ꢁ web

ꢁ social networks

ꢁ voice over IP

ꢁ instant messaging

ꢁ remote login

ꢁ P2P file sharing

ꢁ realꢀtime video

conferencing

ꢁ grid computing

ꢁ multiꢀuser network

games

ꢁ streaming stored video

clips

2: Application Layer

5

Tạo ra một ứng dụng mạng, nghĩa là:

application

transport

network

data link

physical

viết chương trình sao cho:

ꢁ Có thể chạy trên các host khác

nhau.

ꢁ Có thể truyền thông với nhau qua

mạng

ꢁ

e.g., web se

rver software

communicates with browser

software

application

transport

network

data link

application

physical

không cần phải viết các phần

mềm chạy trên thiết bị mạng

(router, switch, …)

transport

network

data link

physical

ꢁ Các thiết bị mạng ko chạy các

apps do nguời dùng viết

ꢁ Lối này cho phép phát triển nhanh

các apps chạy trên các host.

2: Application Layer

6

Chapter 2: Application layer

ꢁ 2.1 Principles of

ꢁ 2.6 P2P applications

network applications

ꢁ 2.2 Web and HTTP

ꢁ 2.3 FTP

ꢁ 2.7 Socket programming

with UDP

ꢁ 2.8 Socket programming

with TCP

ꢁ 2.4 Electronic Mail

ꢁ SMTP, POP3, IMAP

ꢁ 2.5 DNS

2: Application Layer

7

Application architectures

ꢁ Kiến trúc ứng dụng là yếu tố phải quyết định

trước tiên khi xây dựng ứng dụng mạng

ꢁ Clientꢀserver

ꢁ Including data centers / cloud computing

ꢁ Peerꢀtoꢀpeer (P2P)

ꢁ Hybrid of clientꢀserver and P2P

ꢁ Kiến trúc ứng dụng ≠ kiến trúc mạng (VD

Internet có kiến trúc phân tầng!)

2: Application Layer

8

Clientꢀserver architecture

server:

ꢂ alwaysꢀon host

ꢂ địa chỉ IP cố định

ꢂ Sử dụng server farms khi tải

lớn

clients:

ꢂ Truyền thông với server

ꢂ Có thể kết nối không liên

client/server

tục

ꢂ Có thể sử dụng địa chỉ IP

động

ꢂ Không truyền thông trực

tiếp với nhau.

2: Application Layer

9

Google Data Centers

ꢁ Chi phí ước tính của data center: $600M

ꢁ Google đã tiêu $2.4B trong 2007 cho 1 data

center mới

ꢁ Mỗi data center có công suất 50ꢀ100

megawatts điện

Pure P2P architecture

ꢁ Ko dùng server

ꢁ Các host truyền thông

trực tiếp với nhau

peerꢀpeer

ꢁ Các peer có thể kết nối

ko liên tục và thay đổi địa

chỉ IP

VD: Gnutella – ứng dụng

nguồn mở cho phép chia

sẻ file

Có tính mở rộng cao nhưng

khó quản lý.

2: Application Layer

11

Hybrid of clientꢀserver and P2P

Skype

ꢂ Là ứng dụng truyền âm trên mạng IP (VoIP)

ꢂ Server trung tâm:tìm địa chỉ của bên thứ 3

ꢂ Kết nối clientꢀclient là trực tiếp, ko qua Server

Instant messaging

ꢂ

Dùng để t

án gẫu giữa 2 user trên mạn

g

^{ꢂ D}hi^ịệ^cn^hd^vi^ụện^c/^evⁿị^tt^rr^aí^lic^zủ^ea^dc^sl^eie^rvnⁱt^{ce: phát hiện/định vị sự}

• User đăng ký địa chỉ IP của nó với server trung

tâm mỗi khi online

• User liên lạc với server trung tâm để tìm địa chỉ

IP của bạn chat.

2: Application Layer

12

Processes communicating

Tiến trình client : tiến trình

Tiến trình (process):

chương trình chạy trên 1

host.

ꢁ Trên cùng host, 2 tiến

trình truyền

thông với

nhau sử dụng interꢀ

process communication

(được hệ điều hành định

nghĩa ).

ꢁ Các tiến trình trên các

host khác nhau truyền

thông nhau bằng trao đổi

thông điệp (messages)

khởi tạo truyền thông

Tiến trình server: tiến

trình chờ đợi được liên

lạc

• Lưu ý: các ứng dụng P2P

có cả tiến trình client lẫn

tiến trình server.

2: Application Layer

13

Sockets

host or

server

host or

server

ꢁ Các tiến trình gửi/nhận các

thông điệp đến/từ socket

của nó

ꢁ Tiến trình~ “ngôi nhà” =>

controlled by

app developer

process

socket

process

socket

socket ~ “cửa

ra vào”

ꢂ Tiến trình đẩy thông điệp ra

TCP with

buffers,

variables

TCP with

buffers,

variables

Internet

“cửa”.

ꢂ Hạ tầng vận chuyển ở “bên

ngoài cửa” chuyển giao thông

điệp tới socket của tiến trình

bên nhận.

controlled

by OS

ꢁ API: (1) choice of transport protocol; (2) ability to fix

a few parameters (lots more on this later)

2: Application Layer

14

Addressing processes

ꢁ Q: liệu địa chỉ IP của host

ꢁ Để nhận thông điệp, tiến

trình phải có định danh

(identifier)

mà process đang chạy trên

đó, có đủ để xác định tiến

trình?

ꢁ A: Không đủ, vì có có

nhiều tiến trình có thể

chạy trên cùng host.

ꢁ Các host đều có 1 địa chỉ

IP dài 32 bit, duy nhất.

ꢁ Định danh bao gồm cả địa

chỉ IP và số hiệu cổng (port

ipconfig từ console, lấy number) được liên kết với

ꢁ Bài tập: dùng lệnh

tiến trình trên host.

ꢁ Ví dụ về các port number:

ꢁ HTTP server: 80

địa chỉ IP trên máy tính

Windows.

ꢁ Mail server: 25

2: Application Layer

15

Appꢀlayer protocol defines

Các giao thức công hữu:

ꢁ Được định nghĩa ở RFCs

ꢁ Các kiểu thông điệp được

trao đổi,

ꢁ e.g., request, response

ꢁ HTTP: RFC 2616

ꢁ Ký pháp thông điệp:

ꢁ Cho phép làm việc phối

ꢁ

Các field trê

n thông điệp

hợp.

và mô tả của từng field.

ꢁ e.g., HTTP, SMTP,

BitTorrent

Các giao thức tư hữu:

ꢁ Ngữ nghĩa thông điệp

ꢁ Ý nghĩa của thông tin trên

từng field

ꢁ e.g., Skype, ppstream

ꢁ Các quy tắc về thời điểm

và cách thức các tiến

trình gửi và phản hồi lại

các thông điệp.

2: Application Layer

16

What transport service does an app need?

Băng thông

Mất dữ liệu

ꢁ Một số ứng dụng (VD audio)

có thể chấp nhận mất dữ

liệu.

ꢁ Các ứng dụng khác (e.g., file

transfer, telnet) đòi hỏi phải

truyền dữ liệu chính xác

tuyệt đối

• Vài ứng dụng (e.g.,

multimedia) cần băng

thông tối thiểu để đạt hiệu

quả.

•

Các ứng

dụng khác

(“elastic apps”) có thể thích

nghi với băng thông hiện

có (VD email, truyền file,…)

Kịp thời

ꢁ Một số ứng dụng (e.g.,

Internet telephony,

interactive games) đòi

hỏi độ trễ thấp ở mức

chấp nhận được.

An toàn

• Mã hóa, toàn vẹn dữ liệu,

…

2: Application Layer

17

Transport service requirements of common apps

Kꢆp thꢇi

Loꢀi ꢁng dꢂng

Mꢃt dꢄ liꢅu Băng thông

no

file transfer

e-mail

Web documents

real-time audio/video

no loss

elastic

yes, 100’s msec

loss-tolerant audio: 5kbps-1Mbps

video:10kbps-5Mbps

yes, few secs

yes, 100’s msec

yes and no

stored audio/video

interactive games

instant messaging

loss-tolerant same as above

loss-tolerant few kbps up

no loss

elastic

2: Application Layer

18

Internet transport protocols services

TCP service:

ꢁ connectionꢀoriented: cần quá trình

thiết lập kết nối ( “handshake”)

giữa các tiến trình server và client

ꢁ Vận chuyển bảo đảm (reliable

transport) giữa 2 tiến trình gửi và

nhận

UDP service:

ꢁ Vận chuyển thường (ko bảo

đảm) giữa các tiến trình gửi

và nhận.

ꢁ Ko bảo đảm: quá trình thiết

lập thông số, vận chuyển

đảm bảo, flow control,

congestion control, kịp thời,

bảo đảm băng thông tối

thiểu hay, an ninh

ꢁ Đúng nội dung, ko mất gói tin, ko trùng

gói tin

ꢁ Đúng thứ tự

ꢁ flow control: bên gửi ko gửi quá

nhanh, làm tràn dữ liệu bên nhận

ꢁ congestion control: điều tiết tốc độ

gửi dữ liệu khi mạng quá tải (ko

hẳn tốt!).

Q: why bother? Why is there

a UDP?

ꢁ Ko bảo đảm: tính kịp thời, băng

2: Application Layer

19

thông tối thiểu, an ninh

Internet apps: application, transport protocols

Giao thꢁc ꢉ tꢊng

ꢁng dꢂng

Giao thꢁc

vꢋn chuyꢌn

ꢈng dꢂng

SMTP [RFC 2821]

Telnet [RFC 854]

HTTP [RFC 2616]

FTP [RFC 959]

e-mail

remote terminal access

Web

TCP

file transfer

HTTP (eg Youtube),

RTP [RFC 1889]

SIP, RTP, proprietary

(e.g., Skype)

streaming multimedia

TCP or UDP

Internet telephony

typically UDP

2: Application Layer

20

Bài giảng Computer Networking - Chapter 2: Application Laye - Lê Ngọc Sơn