高层协议及分析.ppt
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1、2023/10/8,1,第七章高层协议及分析,2023/10/8,2,内容提要,广域网的高层协议Internet应用层协议,2023/10/8,3,7.1 广域网的高层协议,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。,2023/10/8,4,7.2 Internet
2、应用层协议,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、应用层)相对应。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。,2023/10/8,5,2023年10月8日,5,人类社会对人的识别姓名身份证号护照号,网络社会对机器的识别MAC地址(48bit)IP地址(32bit)域名(不定长),IP 地址和域名之间如何映射(转换)?,为此人类设计了DNS系统,用于IP地址和域名之间的转换,7.2.1 域名系统DNS,2023/10/8,6,7.2.1 域名系统DNS,Internet
3、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。,2023/10/8,7,DNS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,负责维护域名到IP地址的映射数据库。DNS运行在端到端系统上,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,2023/10/8,8,一次最简单的DNS解析过程假设Alice通过IE浏览器访问
4、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,2023/10/8,9,DNS的域名结构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”。,Internet域名空间,2023/10/8,10,最早的顶级域有六类:com表示商业组织 net表示网络相关组织 edu表示教育机构 org表示非盈利组织 m
5、il表示军事团体 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:,2023/10/8,11,DNS的实现最简单的方法单台DNS服务器单点故障的问题: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!,2023/10/8,12,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
6、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,2023/10/8,13,根域名服务器(13个),2023/10/8,14,顶级域DNS服务器:负责顶级域名和所有国家的顶级域名解析工作,例如:com,org,net,gov,uk,cn,jp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DNS服务器:属于某个组织的DNS服务器,为组织的服务器提供一个权威的域名到IP地址的映射服务(例如:Web 和 mail)这些DNS服务器一般由所属组织或服务
7、提供商负责维护,2023/10/8,15,本地DNS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ISP(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。,2023/10/8,16,一次完整的DNS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,根DNS服务器,1,2,3,4,5,6,权威DNS服务器,7,8,TLD DNS服务器,2023/10/8,17,另外一种D
8、NS解析流程纯递归查询,发起请求的主机,根DNS服务器,1,2,4,5,6,权威DNS服务器,7,8,TLD DNS 服务器,3,2023/10/8,18,DNS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,2023/10/8,19,DNS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e.g.负载均衡一个域名对应多个IPDNS服务器在多个IP中进行轮转,2023/10/8,20,DNS记录的格式(RR
9、:资源记录),Type=NSname=域(如)value=该域权威域名服务器的主机名,Type=Aname=主机名value=IP 地址,Type=CNAMEName=别名 如:value=规范名称,Type=MXvalue 是别名为name的邮件服务器的规范主机名,2023/10/8,21,在DNS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)
10、在权威DNS服务器中为创建A记录,为创建MX记录,2023/10/8,22,DNS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,2023/10/8,23,7.2.2 超文本传输协议HTTP,HTTP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。,2023/10/8,24,HTTP的基本工作原理 HTTP客户机和
11、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.客户机通过套接字(socket)与服务器建立连接。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,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,25,HTTP: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“
12、无状态(stateless)”服务器不保留任何访问过的请求信息,保留状态的协议很复杂!过去的历史(状态)需保留一旦浏览器/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。,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,26,HTTP1.0的传输模式非持久连接,假设用户键入了一个 URL www.,1a.http 客户端启动 TCP 连接到上的http 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 T
13、CP 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),7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,27,5.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 jpeg objects 逐个重复1-5 步,4.http 服务器关闭 TCP 连接.,time,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,28,非持久连接工作机
14、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?,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,29,HTTP1.1引入的新传输模式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
15、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,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,30,HTTP报文类型HTTP请求报文HTTP响应报文,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,31,HTTP请求报文一段典型的HTTP请求报文,GET/somedir/page.html HTTP/1.0 Host:Connection:close User-agent:Mozilla/4.0Accept-language:fr(额外的 carriage return,line feed),回车、换行表示报文结束,7.2.2 超文本传输
16、协议HTTP,2023/10/8,32,HTTP请求报文的一般格式,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,33,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:,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,34,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
17、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,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,35,HTTP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 data data data data.,状态行(协议状态码状态短语),数据,e.g
18、.,被请求的html文件,2023/10/8,36,HTTP响应报文的一般格式,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,37,常见的HTTP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服务器不支持请求报文使用的HTTP协议版本,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,38,用户服务器交互
19、:CookieWEB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,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,39,Cookie工作流程,客户端,服务器,http请求报文,http响应报文+Set-cookie:1678,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,一周以后:,7.2.2 超文本
20、传输协议HTTP,2023/10/8,40,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:Cookies允许网站获得相当多的用户的信息你可能会向网站提供你的姓名和E-Mail地址搜索引擎也可以使用cookie和重定向技术获得很多的信息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,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,41,WEB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,h
21、ttp request,http request,http response,http response,http request,http response,初始服务器,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,42,WEB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个机构因特网链接的通信量因特网上存在大量的Web缓存以便内容提供商能更有效地分发内容,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,43,条件GET方法的使用目的:更新WEB缓存中的WEB对象副本举例WEB缓存向
22、WEB服务器发送请求报文,GET/fruit/kiwi.gif HTTP/1.1Host:,7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,44,WEB服务器向该WEB缓存发送响应报文,HTTP/1.1 200 OKDate:Mon,6 Jul 2009 15:39:29Server:Apache/1.3.0(Unix)Last-Modified:Wed,1 Jul 2009 09:23:24Content Type:image/gif(data data data data data data),7.2.2 超文本传输协议HTTP,2023/10/8,45,一周后,一个客户端请求该对
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