网络的计算和访问模式.ppt

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1、Chapter 9 应用层,9.1网络的计算和访问模式 9.2域名系统(DNS) 9.3文件服务(FTP) 9.4远程登录(TELNET) 9.5电子邮件(SMTP) 9.6WWW(HTTP),Chapter 9 应用层,9.1网络的计算和访问模式 9.2域名系统(DNS) 9.3文件服务(FTP) 9.4远程登录(TELNET) 9.5电子邮件(SMTP) 9.6WWW(HTTP),9.1网络的计算和访问模式,以大型机为中心的计算模式-分时共享模式（time-sharing) 特点：许多用户共享CPU资源和数据存储功能，终端只用于命令的输入和结果的显示 以服务器为中心的计算模式-资源共享（r

2、esource-sharing)模式 特点：共享共同的应用，如文件服务器，打印服务器 客户/服务器（Client/Server)模式 特点：系统使用了客户和服务器双方智能、资源和计算能力来执行一个特定的任务。 应用：前端（即客户部分）/后端（服务器部分） 对等（Peer to Peer，P2P）模式 特点：用户和资源处于对等状态，分布式计算,客户/服务器模式（Client/Server),客户,服务器,请求命令,服务结果,网络接口,操作系统 （TCP/IP）,服务应用核心,服务驱动,网络接口,操作系统 （TCP/IP）,客户应用,用户界面,客户/服务器模式,Server,Client,Clie

3、nt,Client,Client,Client,Client,单点失效 性能瓶颈 （计算、存储资源受限， 网络拥塞等）,对等模式（Peer to Peer，P2P）,Peer,Peer,Peer,Peer,Peer,Peer,将服务器的功能分散到客户端，充分利用客户端的计算、存储、带宽等资源,无中心服务器 Peer既是客户端， 又是服务器,P2P的定义,P2P通信模式中各方都具有相同的能力，其中任何一方都可以发起一个通信会话。在P2P通信过程中，每个通信节点同时具有服务器和客户端的功能。 P2P网络中的节点间采用P2P通信模式，它是构筑在现有网络基础设施上的一个重叠网络（Overlay Net

4、work）,逻辑的P2P网络(overlay),P2P连接资源的方式,基于目录服务器 使用中心目录服务器用于资源发布和定位 SETIhome、Napster、Groove 完全分布式 无任何中心服务器，资源的定位使用泛洪 Gnutella 层次结构 将节点分为一般节点和超级节点，一般节点通过超级节点来发布和定位资源，超级节点之间采用泛洪方式来定位资源 KazaA、Skype 结构化P2P 将资源和其存储位置关联起来 Chord、CAN、Tapestry、Pastry,目标：实现资源共享 过程：发布定位使用或者下载,基于目录服务器：Napster,I have xyz.mp3!,Publish,

5、Insert (xyz.mp3,1.2.3.4) .,1.2.3.4,4.3.2.1,目录服务器,基于目录服务器：Napster,Where is xyz.mp3?,4.3.2.1,Search(xyz.mp3) 1.2.3.4,1.2.3.4,目录服务器,查找简单，高效 目录服务器是瓶颈，单一故障点，不具可扩展性,完全分布式：Gnutella,Where is xyz.mp3?,简单，无单点瓶颈 泛洪加重网络负担 不保证查找结果,层次P2P网络：KazaA,I have xyz.mp3!,Insert (xyz.mp3,1.2.3.4) .,SupperNode,1.2.3.4,层次P2P网

6、络：KazaA,Where is xyz.mp3?,SupperNode,1.2.3.4,Search(xyz.mp3) 1.2.3.4,考虑了节点能力的不同，对泛洪有所改善 查找时间和范围具有不确定性,P2P网络的特征,P2P网络是一个应用层网络，一般由网络边缘节点构成，充分利用资源 网络的扩展性好 资源分布在各个节点中，而不是集中在一个服务器上进行管理，不存在单点瓶颈问题 节点之间可直接建立连接，交互共享资源,需要解决的问题：动态性、安全性、可管理性,应用层需要什么样的传输层来提供服务呢？,可靠性 某些应用允许少量的包丢失，如话音。 某些应用需要100%的可靠传输，如FTP等。,时延 某些

7、应用对延时、延时抖动有严格要求。如实时多媒体业务。 某些则对延时要求比较宽松。如数据传输。,带宽 某些 需要有一定量的带宽保证（如音、视频） 某些则对带宽没有特定的要求。,常用应用对传输的要求,应用 文件传输 e-mail Web 网页 实时音频/视频 存储音频/视频 交互式游戏 金融应用,数据丢失 不丢失 不丢失 不丢失 允许丢失 允许丢失 允许丢失 允许丢失 不丢失,带宽 弹性 弹性 弹性 音频: 5Kb-1Mb 视频:10Kb-5Mb 同上 几 Kb/s 以上 弹性,实时性 无 无 无 100s msec few secs 100s msec yes and no,Internet 传输

8、层提供的服务,TCP service: connection-oriented: setup required between client, server reliable transport between sending and receiving process flow control: sender wont overwhelm receiver congestion control: throttle sender when network overloaded does not providing: timing, minimum bandwidth guarantees,UD

9、P service: unreliable data transfer between sending and receiving process does not provide: connection setup, reliability, flow control, congestion control, timing, or bandwidth guarantee Q: why bother? Why is there a UDP?,Internet应用对应的传输层协议,应用 e-mail 远程登陆 万维网(Web) 文件传输 流媒体 远程文件服务器 IP电话,应用层协议 smtp R

10、FC 821 telnet RFC 854 http RFC 2068 ftp RFC 959 专有协议 (e.g. RealNetworks) NSF 专有协议 (e.g., Vocaltec),所依赖的传输层协议 TCP TCP TCP TCP TCP or UDP TCP or UDP typically UDP,Chapter 9 应用层,9.1网络的计算和访问模式 9.2域名系统(DNS) 9.3文件服务(FTP) 9.4远程登录(TELNET) 9.5电子邮件(SMTP) 9.6WWW(HTTP),9.2域名域名(DNS),域名是用来标识网络上的主机，它与主机的IP地址相对应，一台

11、主机可以有多个域名。 便于记忆，实现机器名和机器地址分离 由字符和点分号组成，如，成员名最长不超过63字符，全名不超过255字符 DNS解决大规模网络中域名的集中管理问题 DNS的本质 分层次、基于域的命名方案 分布式数据库实现 域名包括主机名和电子邮件目标地址映射成IP地址 DNS元素 解析器（resolver）：查询域名的应用程序或者库函数调用 域名空间：所有可能的域名的集合 资源记录：与域名相关联的信息，包括IP地址等 名字服务器：存放资源记录，实现域名到IP地址的解析，也称为DNS服务器 DNS报文传输层可采用TCP或UDP协议，端口号均为53号,Internet的域名空间,cn,ed

12、u,ustc,命名机制遵循的是组织边界，而不是物理网络的边界,DNS服务器层次结构,根域名,顶级域名,二级域名,域名树被划分成不重叠的区域，每个区域的信息保存在该区域对应的名字服务器上,域名查询,名字服务器,域名解释器,当用户要访问网上的资源时，可以键入目标服务器的域名或点击某个网页的图标，主机上的域名解释器先查询本机上的cache，如果没有该表项，则向域名服务器请求域名服务。,域名查询类型,递归查询（recursive query)： 每一个被请求的名字服务器如果没有该记录，它就会向其它域名服务器查询，并沿着查询的路径逐个返回记录。 迭代查询（iterative query)： 本地服务器如

13、果没有该记录，就向高级域名服务器请求，被请求的服务器如果没有该记录就会返回一个可供查询的名字服务器地址,递归查询,例：查询linda.cs.yale.edu的IP地址,迭代查询,注意：域名查询采用客户/服务器方式，通常，某一个名字服务器同时又是其它名字服务器的客户。,DNS的资源记录（Resource Record),当解析器给DNS一个域名，取回的是一个与该域名相对应的资源记录。所以DNS的实际功能就是把域名映射到一条记录上。 一条资源记录共有5项： Domain_name Time_to_live Type Class Value Time_to_live: 生存时间，例如，时间较长的有一

14、天（86400秒），短的有一分钟（60秒） Type：指出记录的类型（下一页详细解释） Class：对Internet，它总是IN Value：可以是数字、域名或ASCII字符，其语义基于记录类型,Chapter 9 应用层,9.1网络的计算和访问模式 9.2域名系统(DNS) 9.3文件服务(FTP) 9.4远程登录(TELNET) 9.5电子邮件(SMTP) 9.6WWW(HTTP),9.3文件服务(FTP),FTP： File Transfer Protocol， RFC959 目的：文件传送（上载或下载）,FTP Model,Server PI,File System,User Int

15、erface,User PI,User,User DTP,Server DTP,File System,Data,Control,PI: Protocol Interpreter DTP: Data Transfer Protocol,TCP 20,TCP 21,ftp文件传输协议（主动模式）,client,ftp server,命令通道：21端口,数据通道：20端口,5151 5150,PORT 5151,OK,建立数据通道,OK,ftp文件传输协议(被动模式),client,ftp server,命令通道：21端口,数据通道：1023,5151 5150,21 20,PASV,OK3267

16、,建立数据通道,OK,3267,ftp commands, responses,Sample commands: sent as ASCII text over control channel ftp 202.38.75.79 USER username anonymous PASS password LS return list of file in current directory get filename put filename help,Sample return codes status code and phase (as in http) 331 Username OK, p

17、assword required 125 data connection already open; transfer starting 425 Cant open data connection 452 Error writing file,Chapter 9 应用层,9.1网络的计算和访问模式 9.2域名系统(DNS) 9.3文件服务(FTP) 9.4远程登录(TELNET) 9.5电子邮件(SMTP) 9.6WWW(HTTP),9.4远程登录(TELNET),提供本地用户访问远程资源 RFC 854 由于不同厂商的计算机的终端系统存在不同的字符标记系统，TELNET提供了一种专门的键盘定

18、义，称为网络虚终端(NVT)。,Chapter 9 应用层,9.1网络的计算和访问模式 9.2域名系统(DNS) 9.3文件服务(FTP) 9.4远程登录(TELNET) 9.5电子邮件(SMTP) 9.6WWW(HTTP),相关协议,消息交换的协议 发送email：简单邮件传输协议 SMTP （Simple Mail Transfer Protocol） 接收email：邮局协议第3版POP3（Post Office Protocol version 3） ，Internet消息访问协议IMAP（Internet Message Access Protocol） 消息格式的协议 RFC 82

19、2：基本的ASCII的文本邮件 多用途Internet邮件扩展 MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）：RFC 822的多媒体扩展,电子邮件地址格式,用户名邮件服务器的域名 符号“”读作“at”，表示“在”的意思。 例如，电子邮件地址 ,用户名在该域 的范围内是惟一,邮箱所在邮件服务器的域,电子邮件的组成,发送方,邮件缓存,接收 邮件服务器,用户代理,SMTP,SMTP,POP3,发送 邮件服务器,用户代理,用户邮箱,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,SMTP,SMTP,POP3,(发送邮件),(发送邮件),（发

20、送邮件）,(发送邮件),(读取邮件),(读取邮件),(TCP 连接),(TCP 连接),(TCP 连接),因特网,用户代理 （UA：User Agent）：负责邮件的生成与处理，实质上就是一个程序用来阅读、编写、发送邮件，例如Outlook Express，Foxmail等。,邮件服务器/消息传输代理（MTA：Message Transfer Agent）：发送和接收邮件，同时还要向发信人报告邮件传送的情况（已交付、被拒绝、丢失等）,注意：一个邮件服务器既可以作为客户端，也可以作为服务器。 例如，当邮件服务器 A 向另一个邮件服务器 B 发送邮件时， 邮件服务器 A 就作为 SMTP 客户，而

21、 B 是 SMTP 服务器。,发送方,邮件缓存,接收方邮件服务器,用户代理,发送邮件服务器,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,Internet,(1) 发信人调用用户代理来编辑要发送到的邮件。用户代理用 SMTP 把邮件传送给预先设置的发送邮件服务器,电子邮件发送和接收,发送方,邮件缓存,用户代理,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,Internet,(2) 发送邮件服务器将邮件放入邮件缓存队列中，等待发送。,电子邮件发送和接收,接收方邮件服务器,发送邮件服务器,发送方,邮件缓存,用户代理,用户代理,接收方,

22、用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,Internet,(3) 发送邮件服务器的 SMTP 客户进程，发现在有待发送的邮件，向接收方邮件服务器的SMTP 服务器进程发起 TCP 连接,电子邮件发送和接收,接收方邮件服务器,发送邮件服务器,发送方,邮件缓存,接收端 邮件服务器,用户代理,发送端 邮件服务器,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,Internet,(4) TCP 连接建立后，SMTP 客户进程开始向远程的 SMTP 服务器进程发送邮件。当待发送邮件发送完，SMTP 就关闭建立的连接。,电子邮件发送和接收,接收方邮件服务器

23、,发送邮件服务器,发送方,邮件缓存,用户代理,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,Internet,(5) 运行在接收方邮件服务器中的 SMTP 服务器进程收到邮件后，将邮件放入接收方的用户邮箱中，等待接收方在方便时进行读取。,电子邮件发送和接收,接收方邮件服务器,发送邮件服务器,发送方,邮件缓存,用户代理,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,Internet,(6) 接收方在打算收信时，调用用户代理，使用 POP3（或 IMAP）协议将自己的邮件从接收方邮件服务器的用户邮箱中的取回。,电子邮件发送和接收,接收

24、方邮件服务器,发送邮件服务器,SMTP通信过程实例,S: 220 hamburger.edu SMTP service ready C: HELO crepes.fr S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you C: MAIL FROM: S: 250 alicecrepes.fr. Sender ok C: RCPT TO: S: 250 bobhamburger.edu . Recipient ok C: DATA S: 354 Enter mail, end with . on a line by itself C: Do you like k

25、etchup? C: How about pickles? C: . S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 hamburger.edu closing connection,telnet servername 25 see 220 reply from server enter HELO, MAIL, RCPT, DATA, QUIT commands above lets you send email without using email client (reader),POP3,邮局协议 POP 是一个非常简单、但功能有限

26、的邮件读取协议，现在使用的是它的第三个版本 POP3。 POP 也使用客户/服务器的工作方式。 在接收邮件的用户主机中必须运行 POP 客户端进程，而在用户所连接的邮件服务器中则运行 POP 服务器进程。 POP3协议一般假设用户从服务器上把邮件存储到本地主机上，同时删除保存在邮件服务器上的邮件。,POP3通信过程示例,IMAP,IMAP 也是按客户/服务器模式工作，现在较新的版本是 IMAP4。 用户在自己的主机上就可以操纵邮件服务器的邮箱，就像在本地操纵一样。 因此 IMAP 是一个联机协议。当用户主机上的 IMAP 客户程序打开 IMAP 服务器的邮箱时，用户就可看到邮件的头部。若用户需

27、要打开某个邮件，则该邮件才传到用户的计算机上,IMAP的特点,IMAP最大的好处就是用户可以在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读和处理自己的邮件。 IMAP 还允许收信人只读取邮件中的某一个部分。例如，收到了一个带有视频附件（此文件可能很大）的邮件。为了节省时间，可以先下载邮件的正文部分，待以后有时间再读取或下载这个很长的附件。 IMAP 的缺点是如果用户没有将邮件复制到自己的 PC 机上，则邮件一直是存放在 IMAP 服务器上。因此用户需要经常与 IMAP 服务器建立连接,注意:用户代理向发送邮件服务器发送邮件，以及发送邮件服务 器向接收邮件服务器发送邮件，都是使用 SMTP 协议。 而

28、 POP 协议或 IMAP 协议则是接收方从接收方邮件服务器上 读取邮件所使用的协议,Chapter 9 应用层,9.1网络的计算和访问模式 9.2域名系统(DNS) 9.3文件服务(FTP) 9.4远程登录(TELNET) 9.5电子邮件(SMTP) 9.6WWW(HTTP),9.6 WWW(HTTP),万维网(World Wide Web，也称为WWW)起源于1989年欧洲粒子物理研究所，由庞大的、分布在世界各地的web页面的集合组成，web页面的编写采用HTML(HyperText Markup Language) 语言，它采用HTTP（HyperText Transfer Protoc

29、ol）协议， 页面通过浏览器（browser）来观看 万维网可以看作是分布式超媒体(hypermedia)系统，它是超文本(hypertext)系统的扩充 一个超文本由多个文本页面链接（link）成。利用一个链接可使用户找到另一个文本页面。超文本是万维网的基础。 超媒体与超文本的区别是页面内容不同。超文本页面仅包含文本信息，而超媒体页面还包含其他表示方式的信息，如图形、图像、声音、动画、视频等。 使用超链接（hyperlink）技术，用户可以访问一个又一个页面,超链接（Hyperlink）,Web服 务器 A,Web服务器 C,Web服务器 E,Web服务器D,Web服务器 B,超链接是链接到

30、其它页面的文本字符串， 通过超链接，用户可以访问一个又一个的页面,如何命名分布在整个Internet上的web页面？,使用统一资源定位符 URL (Uniform Resource Locator)来命名万维网上的各种web页面 每个页面在整个Internet的范围内具有惟一的标识符 URL,统一资源定位符 URL,URL 是对可以从Internet上得到的资源的位置和访问方法的一种简洁的表示 URL 给资源的位置提供一种抽象的识别方法，并用这种方法给资源定位。只要能够对资源定位，系统就可以对资源进行各种操作，如存取、更新、替换和查找其属性等 URL 相当于一个文件名在网络范围的扩展。因此 U

31、RL 是与Internet相连的主机上的任何可访问对象的一个指针,URL的一般形式,由协议、主机域名、路径及文件名三部分组成，并且在 URL 中的字符对大写或小写没有要求。 URL 的一般形式是：,:/:/,URL（Uniform Resource Locator)统一资源定位器由三部分组成：协议；网站域名；文档路径及文件名,超文本传输协议HTTP,采用TCP协议，80端口 HTTP 是万维网上能够可靠地交换文件（包括文本、声音、图像等各种多媒体文件）的重要基础 工作在客户/服务器模式，指定客户可以向服务器发送什么样的消息，并且得到什么样的响应消息,HTTP消息传输过程,Internet,we

32、b服务器,链接到URL的超链接,HTTP 使用此 TCP 连接,浏览器 程序,服务器 程序,HTTP,客户,超文本传输协议HTTP,传输层采用TCP协议，80端口 由客户向服务器发出连接，服务器接受与客户的连接 在客户与服务器之间交互HTTP报文 关闭TCP连接,万维网工作过程,用户在浏览器的地址栏键入URL，或者点击某个超链接所对应的URL 浏览器分析URL的主机域名，通过DNS系统找到资源所在的主机即web服务器的IP地址 浏览器与web服务器的80端口建立TCP连接 向web服务器发出HTTP请求消息，要求获得某个页面 服务器服务器通过HTTP响应消息传送页面 TCP连接被释放 浏览器在

33、本机上显示页面。,HTTP消息格式,HTTP 有两类消息： 请求消息客户端发向web服务器 响应消息从web服务器发往客户端,请求消息的方法,方法（操作） 意义 OPTION 查询特定选项 GET 请求读取一个web页面 HEAD 请求读取由一个web页面的头部 POST 给服务器添加信息（例如，注释） PUT 请求存储一个web页面 DELETE 删除web页面 TRACE 送回收到的请求,响应消息的状态码,1xx 表示通知信息，如服务器同意处理客户请求（100） 2xx 表示成功，如请求成功（200）或没有内容存在（204） 3xx 表示重定向，如页面移动（301）或者缓存的页面仍然有效（

34、304） 4xx 表示客户错误，例如禁止页面（403）或者页面没有找到（404） 5xx 表示服务器错误，如服务器内部错误（500）或者以后再试（503）,超文本标记语言HTML,HTML允许在页面中包含文本、图像和指向其它web页面的超链接等 HTML 中的 Markup 的意思就是“设置标记”，定义了许多用于格式化的显示命令（标记或者标签） 浏览器按照HTML页面中的各种标签，以及浏览器所使用的显示器的尺寸和分辨率，对页面重新格式化显示出来,小结,客户/服务器模式与P2P模式 DNS系统中域名、域、区域及资源记录的概念，迭代查询和递归查询 应用程序、应用层协议的概念 电子邮件应用中发送和接收邮件 URL的概念,