第7章-高层协议及分析课件.ppt
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1、2023-2-1512023-2-1521.广域网的高层协议2.Internet应用层协议2023-2-153 广域网的高层是指会话层、表示层和应用层。由于广域网的高层在实现上有很大差别,现在很少有网络严格按照ISO/OSI/RM的高层建议实现。会话层:又称会晤层,其任务是提供一种有效地方法,以组织并协商两个表示层进程之间的会话,并管理它们之间的数据交换。表示层:解决用户信息的语法表示问题,向上为应用层提供服务。应用层:直接面向用户以满足用户的不同需求,是惟一向应用程序提供服务的层。2023-2-154 Internet体系结构的最高层是应用层,它与OSI七层体系结构的高层(会话层、表示层、应
2、用层)相对应,其协议主要有域名系统DNS、超文本传输协议HTTP、简单邮件传输协议SMTP、文件传输协议FTP和远程登录TELNET等。2023-2-155Internet采用一种实现分层命名和地址解析任务的命名机制,使任何一个连接在Internet上的计算机都有一个惟一的层次结构的名字,即域名。将域名映射为IP地址的过程称为“名字解析”,负责完成名字解析任务的就是域名系统DNS。DNS是一个分布式的数据库系统,由若干域名服务器程序组成,负责维护域名到IP地址的映射数据库。2023-2-156 DNS特点特点 DNS是一个分布式数据库,由很多台DNS服务器按照层次结构组织起来 DNS运行在端到
3、端系统上,且使用UDP协议(53号端口)进行报文传输,因此DNS是应用层协议 DNS以C/S的模式工作 DNS不直接和用户进行交互,而是因特网的核心功能2023-2-157 一次最简单的一次最简单的DNS解析过程解析过程 假设 Alice通过IE浏览器访问 Alice的主机上存在DNS客户机 结果 IE浏览器从URL中抽取出域名,将其传送给DNS客户机 DNS客户机向DNS服务器发出一个包含域名的查询请求报文 DNS服务器向DNS客户机返回一个包含对应IP地址的响应报文 DNS客户机将该IP地址传送给IE浏览器 IE浏览器向该IP地址所在WEB服务器发起TCP连接2023-2-158DNS的域
4、名结构Internet的域名结构是一种分层次的名字空间。在名字空间中每一个可以被管理的划分称为“域”。comnetorgedugov milcn其他顶级域名其他顶级域名ftpmailwww根hust顶级域名二级域名三级域名2023-2-159最早的顶级域有六类:l com表示商业组织l net表示网络相关组织l edu表示教育机构l org表示非盈利组织l mil表示军事团体l gov表示政府部门Internet随后又增加了顶级域名的类型,如国家代码和地区代码也可作为顶级域名。例如cn表示中国一个完整的域名:2023-2-1510 DNS的实现的实现 最简单的方法单台DNS服务器 单点故障的问
5、题:一旦崩溃,因特网将无法维持 数据的流通量:使得DNS服务器不堪重负 远程的集中式数据库:带来严重的延时 维护量巨大:DNS服务器不得不持续的更新以适应因特网上主机的增加与减少显然,这种方法是行不通的!显然,这种方法是行不通的!2023-2-1511 真正的DNS实现根DNS服务器.com DNS服务器.edu DNS服务器.cn DNS服务器DNS服务器umass.eduDNS服务器DNS服务器DNS服务器DNS服务器DNS服务器根DNS服务器顶级域(TLD)服务器权威DNS服务器2023-2-1512 根域名服务器(根域名服务器(13个)个)b USC-ISI Marina del Re
6、y,CAl ICANN Marina del Rey,CAe NASA Mt View,CAf Internet Software C.Palo Alto,CAi NORDUnet Stockholmk RIPE London m WIDE Tokyoa NSI Herndon,VAc PSInet Herndon,VAd U Maryland College Park,MDg DISA Vienna,VAh ARL Aberdeen,MDj NSI(TBD)Herndon,VA2023-2-1513 顶级域顶级域DNS服务器:服务器:负责顶级域名和所有国家的负责顶级域名和所有国家的顶级域名解
7、析工作,例如:顶级域名解析工作,例如:com,org,net,gov,uk,cn,jp等等 Network Solution公司负责维护com顶级域DNS服务器 Educause公司负责维护edu顶级域DNS服务器 权威权威DNS服务器服务器:属于某个组织的属于某个组织的DNS服务器服务器,为组织的服务器提供一个权威的域名到为组织的服务器提供一个权威的域名到IP地址的地址的映射服务映射服务(例如:例如:Web 和和 mail)这些DNS服务器一般由所属组织或服务提供商负责维护2023-2-1514 本地本地DNS服务器服务器 严格的讲,本地DNS服务器并不属于DNS层次结构中的一层 每一个IS
8、P(住宅ISP、公司、大学)都会提供一个本地DNS服务器 有时候,我们将其称为“默认DNS服务器”当一台主机需要做一个域名查询的时候,查询请求首先被发送到本地域名服务器 本地域名服务器的行为就像一个代理,它会向域名的层次体系内进行进一步的域名查询。2023-2-1515 一次完整的一次完整的DNS解析过程解析过程 发起请求使用递归查询 后续解析为迭代查询发起请求的主机cis.poly.edugaia.cs.umass.edu根DNS服务器本地DNS服务器dns.poly.edu123456权威DNS服务器dns.cs.umass.edu78TLD DNS服务器2023-2-1516 另外一种另
9、外一种DNS解解析流程析流程 纯递归查询发起请求的主机cis.poly.edu根DNS服务器本地DNS服务器dns.poly.edu12456权威DNS服务器dns.cs.umass.edu78TLD DNS 服务器32023-2-1517 DNS缓存缓存 一旦(任何)域名服务器得知了某个映射,就将其 缓存 在一定的时间间隔后缓存的条目将会过期(自动消除)顶级域DNS服务器IP地址通常被缓存在本地DNS服务器中 这样可以减少根DNS的负载2023-2-1518 DNS可提供的服务可提供的服务 域名到IP地址的转换 主机/邮件服务器别名 为不好记的规范主机/邮件服务器名提供一个易记的别名 rel
10、ay1.west- 负载均衡 一个域名对应多个IP DNS服务器在多个IP中进行轮转2023-2-1519 DNS记录的格式记录的格式(RR:资源记录):资源记录)nType=NSqname=域(如)qvalue=该域权威域名服务器的主机名RR 格式:(name,value,type,ttl)nType=Aqname=主机名qvalue=IP 地址nType=CNAMEqName=别名 如:qvalue=规范名称 nType=MXqvalue 是别名为name的邮件服务器的规范主机名2023-2-1520 DNS报文报文 查询和回答报文的格式是一致的2023-2-1521 在在DNS数据库中插
11、入记录数据库中插入记录 例如:要注册一个域名“Network Utopia”在DNS注册登记机构注册名字“”(如 Network Solutions)提供权威DNS服务器的名字和IP地址(包括基本的和辅助的)注册登记机构在com 顶级域名服务器中插入两条记录:(,NS)(,212.212.212.1,A)在权威DNS服务器中为创建A记录,为创建MX记录2023-2-1522 DNS记录的维护记录的维护 目前基本上都是手工维护 RFC2136和RFC3007定义了DNS动态更新2023-2-1523HTTP是负责Web浏览器和Web服务器之间传输数据的通信协议,它定义了浏览器和服务器之间的通信交
12、换机制、请求及响应信息的格式。HTTP协议支持的服务不限于WWW,如FTP、Archie、SMTP、NNTP等。HTTP协议还可用于名字服务器和分布式对象管理。HTTP协议的版本包括HTTP1.0/1.1。2023-2-15241.HTTP的基本工作原理 HTTP客户机和服务器之间的具体会话过程包括以下四个部分:(1)客户机和服务器建立联系客户机通过套接字(socket)与服务器建立连接。在打开套接字时需按URL来提供信息,URL格式为:HTTP:/端口号/路径 默认端口号为80。(2)客户向服务器提出请求(3)服务器对请求作出应答(4)关闭客户和服务器之间的连接2023-2-1525HTTP
13、:使用TCP 传输服务:客户端启动TCP连接(创建套接字)到服务器,端口 80 服务器接受来自客户端的 TCP 连接 http 报文(应用层协议报文)在浏览器(http client)和Web服务器(http server)之间进行交换 关闭TCP 连接HTTP “无状态(stateless)”n服务器不保留任何访问过的请求信息小评论保留状态的协议很复杂!q过去的历史(状态)需保留q一旦浏览器/服务器崩溃,它们各自的状态视图就会发生分歧,还需要重新进行核对。2023-2-1526 HTTP1.0的传输模式的传输模式非持久连接非持久连接假设用户键入了一个 URL 客户端启动 TCP 连接到上的h
14、ttp 服务器(进程).Port 80 是 http 服务器的默认端口.2.http客户端发送 http 请求报文(包括URL)进入 TCP 连接插口(socket)1b.在 上的http 服务器在 port 80 等待 TCP 的连接请求.“接受”连接并通知客户端3.http 服务器接收到请求报文,形成 响应报文(包含了所请求的对象,cs/index.htm),将报文送入插口(socket)time(该网页包含文本并引用了10 jpeg 图片)2023-2-15275.http 客户端接收到了包含html文件的响应报文。分析 html 文件,发现 10 个引用的 jpeg 对象6.对10 j
15、peg objects 逐个重复1-5 步4.http 服务器关闭 TCP 连接.time2023-2-1528 非持久连接工作机制分析非持久连接工作机制分析 取对象需要2 RTTs(Round-Trip Time)TCP 连接 对象请求/传送 许多浏览器同时打开多个并行的连接来改善性能考虑:如果有1万台客户机访问WEB服务器的某个页面,该页面有100个对象,那就意味着需要100万个连接,1个服务器能够支持吗?2023-2-1529 HTTP1.1引入的新传输模式引入的新传输模式持久连接持久连接 服务器在发送响应后,不再断开TCP连接,而是保持该连接,用于后续对象的传送,直至该连接“休息”了一
16、个较长的时间后,才断开该连接 减少了对服务器端连接数的需要,从而减少了对服务器端套接字资源的占用,提高了服务器的负载能力 持久连接又可以分为 非流水线方式:一个对象传输完成方能传输下一个 流水线方式:可以一次性发送所有请求,逐个接收2023-2-1530 HTTP报文类型报文类型 HTTP请求报文 HTTP响应报文2023-2-1531 HTTP请求报文请求报文 一段典型的HTTP请求报文GET/somedir/page.html HTTP/1.0 Host:www.someschool.edu Connection:close User-agent:Mozilla/4.0Accept-lan
17、guage:fr(额外的 carriage return,line feed)请求行请求行(GET,POST,HEAD 命令命令)首部首部 诸行诸行回车、换行表示回车、换行表示报文结束报文结束2023-2-1532 HTTP请求报文的一般格式2023-2-1533 请求行支持的方法请求行支持的方法 HTTP1.0 定义的方法 GET 向服务器请求指定URL的对象 POST 用于向服务器提交表单数据 也可以同时请求一个WEB页面 注意:可以不使用POST方法,而使用GET方法发送表单数据以获取新的WEB页面。例如: HEAD 请求服务器返回一个响应报文,但是仅仅只需要获得响应的协议头,该报文中并
18、不包含请求的对象。该方法常常用来进行故障跟踪。HTTP1.1新定义的方法 PUT 上传文件,文件名放在实体主体字段中,目标路径由URL字段标明 DELETE 删除URL字段中指定的文件2023-2-1535 HTTP响应报文响应报文 一段典型的HTTP响应报文HTTP/1.0 200 OK Connection closeDate:Mon,03 Aug 2009 12:00:15 GMT Server:Apache/1.3.0(Unix)Last-Modified:Sun,7 Jun 2009.Content-Length:6821 Content-Type:text/html data da
19、ta data data data.状态行状态行(协议状态码协议状态码状态短语状态短语)首部首部 诸行诸行数据数据,e.g.,被请求的被请求的html文件文件2023-2-1536 HTTP响应报文的一般格式2023-2-1537 常见的常见的HTTP响应状态码和短语响应状态码和短语200 OK 请求成功,被请求的对象在报文中301 Moved Permanently 被请求的对象被移动,新位置在报文中有说明(Location:)400 Bad Request 服务器不能解释请求报文404 Not Found 服务器上找不到请求的对象505 HTTP Version Not Supported
20、 服务器不支持请求报文使用的HTTP协议版本2023-2-1538 用户用户服务器交互:服务器交互:Cookie WEB站点使用Cookie的目的 限制用户的访问 把内容和用户身份关联起来 Cookie技术的组成部分:在HTTP响应报文中有一个Cookie首部行 在HTTP请求报文中也有一个Cookie首部行 在用户的端系统中保留了一个Cookie文件,由用户浏览器负责管理 在Web站点有一个后端数据库2023-2-1539 Cookie工作流程客户端客户端服务器服务器http请求报文http响应报文+Set-cookie:1678 http请求报文cookie:1678http响应报文htt
21、p请求报文cookie:1678http响应报文Cookie特定动作Cookie特定动作服务器为用户创建ID:1678后端数据库的记录访问访问Cookie fileamazon:1678ebay:8734Cookie fileebay:8734Cookie fileamazon:1678ebay:8734一周以后:2023-2-1540 Cookies优点:身份认证“购物车”“推荐”用户会话状态 (Web、E-mail)Cookies和隐私性:nCookies允许网站获得相当多的用户的信息n你可能会向网站提供你的姓名和E-Mail地址n搜索引擎也可以使用cookie和重定向技术获得很多的信息n
22、广告公司也可以通过用户访问过的网站来获得用户的相关信息2023-2-1541 WEB缓存缓存 目的 加速客户端访问WEB页面的速度,减少时延 减少局域网与外部因特网交换的数据量,从而在达到同等服务质量的同时,可以使用较小的网络带宽,节约费用客户端WEB 缓存客户端http requesthttp requesthttp responsehttp responsehttp requesthttp response初始服务器2023-2-1542 WEB缓存缓存 缓存同时充当客户和服务器 一般缓存由ISP来购买并安装(大学、公司、居民区ISP)为什么要用到Web缓存?减少客户请求的响应时间 减少一
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