Bài giảng Mạng máy tính - Chương 2, Phần b: Giao thức tầng ứng dụng (Application layer) - Trần Quang Diện

Chương 2 (tiếp).
Giao thức tầng ứng dụng (application layer)
Quang Dieu Tran, PhD
Faculty of Information Technology
University of Communication and Transport 
(Branch in Ho Chi Minh City)
Email: dieutq@gmail.com
Website: sites.google.com/sites/tranlectures
Chapter 2. The Application Layer 2
Discussion
 Web programming with ASP.
 Visual Basic programming.
 Object oriented programming.
 Event driven programming.
 Component driven programming.
 TCP Socket programming.
 Simple web server.
Chapter 2. The Application Layer 3
Winsock
Chapter 2. The Application Layer 4
HTTP example
1a. http client thiết lập liên kết 
TCP với http server (process) 
tại địa chỉ www.uct2.edu.vn, 
cổng 80 (ngầm định với http 
server).
2. http client gửi http request 
message (bao gồm cả URL) tới 
TCP connection socket
1b. http server chấp nhận kết nối 
rồi thông báo với client.
3. http server nhận request 
message, tạo ra http response 
message có chứa các đối tượng 
được yêu cầu rồi gửi vào 
socket.
time
Giả sử người dùng truy cập URL: www.uct2.edu.vn/index.htm
(trang web có text và 10 hình ảnh jpeg)
0. http server tại máy phục vụ 
www.uct2.edu.vn chờ yêu cầu 
kết nối TCP tại cổng 80.
Chapter 2. The Application Layer 5
5. http client nhận response 
message có chứa html file, hiển 
thị html. Sau đó, phân tích html 
file, tìm URL của 10 hình ảnh 
jpeg trong tài liệu.
6. Bước 1-5 được lặp lại với từng 
hình ảnh.
4. http server ngắt liên kết. 
time
Chapter 2. The Application Layer 6
Ch2. The Application Layer
2.1. Một số khái niệm và nguyên tắc.
2.2. Web & Hyper Text Transfer Protocol.
2.3. Web design and HTTP, Web programming.
2.4. File Transfer Protocol.
2.5. Electronic Mail Protocols.
2.6. Domain Name System.
Chapter 2. The Application Layer 7
2.4. FTP - File Transfer Protocol
 Truyền/tải tệp (to/from remote host).
 Client/server model
 Client: đưa ra yêu cầu truyền tải.
 Server = remote host.
 FTP: RFC 959
file transfer
FTP
server
FTP
user
interface
FTP
client
local file
system
remote file
system
user 
at host
Chapter 2. The Application Layer 8
FTP: control & data connections
 FTP sử dụng TCP.
 FTP sử dụng đồng thời 2 liên kết TCP tại 2 cổng:
 TCP control connection, port 21: trao đổi các thông điệp điều 
khiển (commands, responses).
 TCP data connection, port 20: truyền tải tệp.
 FTP lưu giữ trạng thái client trong phiên làm việc (state vs. 
HTTP is stateless).
FTP
client
FTP
server
TCP control connection
port 21
TCP data connection
port 20
Chapter 2. The Application Layer 9
FTP: Quá trình trao đổi/truyền tải
 FTP server nghe tại cổng 21.
 FTP client yêu cầu kết nối với FTP server qua TCP tại cổng 21. Gửi 
user & password để đăng nhập.
 FTP server chấp nhận, liên kết điều khiển (control connection) được 
thiết lập. Quá trình trao đổi có thể bắt đầu.
 Khi server nhận được lệnh truyền tệp, nó mở liên kết dữ liệu (data 
connection) tới client, tệp được truyền qua liên kết này.
 Sau khi truyền xong một tệp, server ngắt liên kết dữ liệu (mỗi liên kết 
chỉ sử dụng để truyền một tệp).
client server
TCP control connection
port 21
TCP data connection
port 20
Chapter 2. The Application Layer 10
FTP commands, responses
Sample commands:
 sent as ASCII text over control 
channel
 USER username
 PASS password
 LIST return list of file in 
current directory
 RETR filename retrieves 
(gets) file
 STOR filename stores 
(puts) file onto remote host
Sample return codes
 status code and phrase (as in 
HTTP)
 331 Username OK, 
password required
 125 data connection 
already open; 
transfer starting
 425 Can’t open data 
connection
 452 Error writing 
file
Lệnh (commands), phúc đáp (responses) được truyền dạng ASCII
Chapter 2. The Application Layer 11
FTP clients & servers
 Command-based client:
 Windows FTP command.
 Linux FTP command.
 GUI clients
 Windows Commander.
 CuteFTP, WS_FTP
 Microsoft FTP Service
 
file transfer
FTP
server
FTP
user
interface
FTP
client
local file
system
remote file
system
user 
at host
Chapter 2. The Application Layer 12
Ch2. The Application Layer
2.1. Một số khái niệm và nguyên tắc.
2.2. Web & Hyper Text Transfer Protocol.
2.3. Web design and HTTP, Web programming.
2.4. File Transfer Protocol.
2.5. Electronic Mail Protocols.
2.6. Domain Name System.
Chapter 2. The Application Layer 13
2.5. Electronic Mail
Ba thành phần chính:
 User agents (mail clients)
 Soạn, đọc thư (messages).
 Vd: Outlook, Eudora, Netscape 
Messenger...
 Mail servers
 Lưu trữ, xử lý thư.
 Vd: Exchange, MDeamon
 Protocols
 Simple Mail Transfer Protocol (SMTP).
 Post Office Protocol (POP).
 Internet Mail Access Protocol (IMAP).
 HTTP. user mailbox
outgoing 
message queue
mail
server
user
agent
user
agent
user
agent
mail
server
user
agent
user
agent
mail
server
user
agent
SMTP
SMTP
SMTP
Chapter 2. The Application Layer 14
Alice Bob 
1) Alice sử dụng UA soạn thư, đ/c gửi 
tới “to”: bob@yahoo.com.
2) Alice’s UA gửi thư đến mail server 
của Alice, bức thư được xếp vào 
hàng đợi (message queue).
3) Mail server của Alice mở liên kết 
TCP tới mail server của Bob.
4) Mail server của Alice gửi 
thư qua liên kết TCP.
5) Mail server của Bob cất thư 
nhận được vào hòm thư của 
Bob.
6) Bob dùng UA để lấy thư từ 
server về rồi đọc thư.
user
agent
mail
server
mail
server user
agent
1
2 3 4 5
6
uct2.edu.vn yahoo.com
Outlook Yahoo! Mail
Chapter 2. The Application Layer 15
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
 Sử dụng liên kết TCP (port 25) để gửi mails:
Từ sender’s mail client tới sender’s mail server.
Từ sender’s mail server tới receiver’s mail server.
 Ba pha (three ways handshake):
Bắt tay (handshaking/greeting).
Trao đổi messages.
Kết thúc.
 Command/response:
commands: ASCII.
responses: status code & phrase.
Chapter 2. The Application Layer 16
SMTP: sample interaction (C: client; S: server)
S: 220 yahoo.com
C: HELO uct2.edu.vn
S: 250 Hello uct2.edu.vn, pleased to meet you 
C: MAIL FROM: 
S: 250 alice@uct2.edu.vn... Sender ok 
C: RCPT TO: 
S: 250 bob@yahoo.com ... Recipient ok 
C: DATA 
S: 354 Enter mail, end with "." on a line by itself 
C: Hi Bob!
C: Would you like to play tennis this evening? 
C: . 
S: 250 Message accepted for delivery 
C: QUIT 
S: 221 yahoo.com closing connection
Chapter 2. The Application Layer 17
SMTP: more
 SMTP sử dụng persistent connection: một liên kết, nhiều thông điệp.
 Thông điệp (kể cả nội dung thư) phải được mã hoá dạng ASCII 7 bit 
(US-ASCII).
 Đánh dấu kết thúc msg bởi CRLF.CRLF
 Một số dữ liệu nhị phân (vd: picture) có thể chứa CRLF.CRLF cần 
mã hoá để đảm bảo không có dữ liệu nào trùng với ký hiệu kết thúc 
message (vd: base64).
 So sánh với HTTP:
 HTTP: pull protocol SMTP: push protocol.
 Cùng sử dụng ASCII (command/req/resp/status code).
 HTTP: mỗi obj chứa trong một msg SMTP: cho phép nhiều obj (text, 
picture) trong một msg (multipart msg).
Chapter 2. The Application Layer 18
Mail message format
SMTP: giao thức trao đổi email msg 
(exchange msgs).
RFC 822: standard for text message 
format:
 Header lines, vd:
 To:
 From:
 Subject:
Khác với smtp commands (MAIL FROM, 
RCPT TO,)!
 Body
 The “message”.
 ASCII
header
body
blank
line
Chapter 2. The Application Layer 19
MIME (Multipurpose Internet Mail Extension)
 RFC 822: text msg, gặp khó khăn với multimedia.
 MIME: RFC 2045, RFC 2056.
 So với RFC 822, MIME thêm vào các header lines để mô 
tả nội dung của email msg.
From: alice@uct2.edu.vn
To: bob@yahoo.com
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
Chapter 2. The Application Layer 20
MIME: Content types
Content-type: type/subtype; parameters
Chapter 2. The Application Layer 21
MIME: Encoding types
Content-Transfer-Encoding: Encoding type
Chapter 2. The Application Layer 22
From: alice@uct2.edu.vn
To: bob@yahoo.com
Subject: Picture of yummy crepe. 
MIME-Version: 1.0 
Content-Type: multipart/mixed; boundary=StartOfNextPart
--StartOfNextPart
Content-Transfer-Encoding: quoted-printable
Content-Type: text/plain
Dear Bob, 
Please find a picture of a crepe.
--StartOfNextPart
Content-Transfer-Encoding: base64
Content-Type: image/jpeg
base64 encoded data ..... 
......................... 
......base64 encoded data 
--StartOfNextPart
MIME: Multiple objects mail message
Chapter 2. The Application Layer 23
The received mail message
 Server thêm vào dòng header mỗi khi nhận thư:
 Received: 
 Return-path:
 Mail có thể được chuyển qua nhiều server khác nhau (forward).
Received: from hamburger.edu by sushi.jp; 12 Oct 98 15:30:01 GMT 
Received: from crepes.fr by hamburger.edu; 12 Oct 98 15:27:39 GMT 
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 
Chapter 2. The Application Layer 24
Hiển thị full headers với Y! Mail
1.Mail Options
2.General Preference
3.Messages: Show all
Chapter 2. The Application Layer 25
Mail access protocol
 SMTP: giao thức gửi mail tới server.
 Mail access protocol: giao thức nhận mail từ server.
 POP (Post Office Protocol): RFC 1939. TCP Port 110.
 IMAP (Internet Mail Access Protocol): RFC 1730. TCP port 143.
 HTTP: Hotmail, Yahoo!...
user
agent
sender’s mail 
server
user
agent
SMTP SMTP access
protocol
receiver’s mail 
server
Chapter 2. The Application Layer 26
POP3 protocol
[1] Authorization phase
 client commands: 
 user: declare username
 pass: password
 server responses
 +OK
 -ERR
[2] Transaction phase, client:
 list: list message numbers
 retr: retrieve message by number
 dele: delete
[3] Update phase:
 Quit
 những thay đổi (dele) được cập nhật
S: +OK POP3 server ready 
C: user bob 
S: +OK 
C: pass hungry 
S: +OK user successfully logged on
C: list 
S: 1 498 
S: 2 912 
S: . 
C: retr 1 
S: 
S: . 
C: dele 1 
C: retr 2 
S: 
S: . 
C: dele 2 
C: quit 
S: +OK POP3 server signing off
[1]
[2]
[3]
Chapter 2. The Application Layer 27
POP3 (more) and IMAP
More about POP3
 Chế độ “download and delete” 
(xem vd trước):
 Msg bị xoá khi thoát.
 Không thể nhận msg lần nữa.
 “Download-and-keep”:
 Msg được giữ lại server.
 Có thể nhận msg nhiều lần từ 
nhiều client.
 Không lưu trạng thái giữa các 
phiên làm việc (stateless).
IMAP4
 Lưu trữ toàn bộ msg tại 
server.
 Cho phép người dùng tổ chức 
lưu trữ trên server (tạo thư 
mục, di chuyển msg)
 Lưu trạng thái giữa các phiên 
(state):
 Thư mục tự tạo.
 Các msgs đã di chuyển.
Chapter 2. The Application Layer 28
Ch2. The Application Layer
2.1. Một số khái niệm và nguyên tắc.
2.2. Web & Hyper Text Transfer Protocol.
2.3. Web design and HTTP, Web programming.
2.4. File Transfer Protocol.
2.5. Electronic Mail Protocols.
2.6. Domain Name System.
Chapter 2. The Application Layer 29
2.6. DNS (Domain Name System)
 Địa chỉ IP (32 bit) được sử dụng để xác định một nút trong mạng 
TCP/IP: 210.245.22.125 khó nhớ!
 Sử dụng tên (host name) song song với IP address.
 DNS (RFC 1034, RFC 1035, RFC 2136):
 Chuyển host name IP address.
From: N.V.Toan
To: Phòng ĐT
Phòng 
ĐT
=> D3
HTTP (Internet Explorer)
www.uct2.edu.vn
=> 210.245.22.125
DNS client
www.uct2.edu.vn
210.245.22.125
DNS servers
Mr Toan
Ms Phuong
Chapter 2. The Application Layer 30
DNS services
DNS không tương tác trực tiếp với users mà cung cấp 
các dịch vụ cho các chương trình khác (HTTP, FTP) 
thuộc tầng ứng dụng:
 Host name IP (hostname to IP resolve).
 Host aliasing.
 Một máy tính có tên chính thức và có thể có bí danh (alias).
 Mail server aliasing.
 @uct2.edu.vn mail server address = ?
 Load distribution (phân tán tải)
 Một dịch vụ web (cnn.com, yahoo.com) có thể được cung cấp 
tại nhiều server có IP khác nhau để phân tán tải do lượng người 
sử dụng cao.
Chapter 2. The Application Layer 31
Internet domain name space
 Domain name (tên miền):
 Miền = tập hợp các nút mạng có cùng 
một nút cha trong sơ đồ trên.
 Vd: 
 uct2.edu.vn; yahoo.com; yale.edu.
 Sub-domain: cs.yale.edu;
 Host name: www.uct2.edu.vn; 
mail.uct2.edu.vn
 vn: Vietnam.
 edu: education.
 uct2: University of Commnication & 
Transport – unit 2.
 www: máy chủ world wide web.
 mail: máy chủ mail.
vn
Chapter 2. The Application Layer 32
Domain name servers
Vd: client muốn biết IP của www.amazon.com thì:
 Tìm địa chỉ của com DNS servers  hỏi Root DNS servers.
 amazon.com  com DNS servers.
 www.amazon.com  amazon.com DNS servers.
Root DNS Servers
com DNS servers org DNS servers edu DNS servers
poly.edu
DNS servers
umass.edu
DNS servers
yahoo.com
DNS servers
amazon.com
DNS servers
pbs.org
DNS servers
Chapter 2. The Application Layer 33
Hệ thống máy chủ DNS của Việt Nam
Chapter 2. The Application Layer 34
DNS: Root name servers
13 root name 
servers 
worldwide
b USC-ISI Marina del Rey, CA
l ICANN Los Angeles, CA
e NASA Mt View, CA
f Internet Software C. Palo Alto, 
CA (and 17 other locations)
i Autonomica, Stockholm (plus 3 
other locations)
k RIPE London (also Amsterdam, 
Frankfurt)
m WIDE Tokyo
a Verisign, Dulles, VA
c Cogent, Herndon, VA (also Los 
Angeles)
d U Maryland College Park, MD
g US DoD Vienna, VA
h ARL Aberdeen, MD
j Verisign, ( 11 locations)
 Khi local name server không thể chuyển host name IP, gửi yêu cầu tới root srv.
 root name server:
 Liên lạc với authoritative name server nếu chưa thể ánh xạ đ/c ngay.
 Lấy kết quả ánh xạ gửi về từ authoritative name server.
 Trả kết quả về cho local name server.
Chapter 2. The Application Layer 35
TLD and Authoritative Servers
 Top-level domain (TLD) servers: chịu trách nhiệm về các 
miền com, org, net, edu và uk, fr, ca, jp
 Network Solutions: quản lý com TLD servers.
 Educause: quản lý edu TLD servers.
 Authoritative DNS servers: 
 Mỗi host trong mạng muốn được biết đến phải được khai báo với 
một authoritiative DNS server.
 DNS servers của các tổ chức ánh xạ hostname IP cho các hosts 
của tổ chức đó (vd: web, mail).
 Có thể được quản lý bởi các tổ chức hay nhà cung cấp dịch vụ.
Chapter 2. The Application Layer 36
Local name server
 Thuộc quản lý của ISP (ISP, company, university).
 Khi một host muốn biết IP của một host nào đó, trước tiên, 
nó “hỏi” local name server.
 Không nhất thiết phải nằm trong kiến trúc DNS servers 
(độc lập).
 “Gần” máy tính của người sử dụng nhất nên thường được 
“hỏi thăm” đầu tiên mỗi khi có truy vấn DNS.
 Xem Windows Local DNS: ipconfig
Chapter 2. The Application Layer 37
DNS example 1
Tình huống:
host surf.eurecom.fr cần đ/c 
IP của gaia.cs.umass.edu
1. Liên lạc với local DNS 
server: dns.eurecom.fr
2. dns.eurecom.fr liên lạc với 
root name server (nếu cần)
3. root name server liên lạc với 
authoritative name server: 
dns.umass.edu (nếu cần)
requesting host
surf.eurecom.fr
gaia.cs.umass.edu
root name server
Authorititive
name server
dns.umass.edu
local name server
dns.eurecom.fr
1
2
3
4
5
6
Chapter 2. The Application Layer 38
DNS example 2
Root name server có thể:
 Không biết authoritative 
name server (ans).
 Biết intermediate name 
server (ins)
 Từ ins có thể tìm ra ans
requesting host
surf.eurecom.fr
gaia.cs.umass.edu
root name server
local name server
dns.eurecom.fr
1
2
3
4 5
6
authoritative name server
dns.cs.umass.edu
intermediate name server
dns.umass.edu
7
8
Chapter 2. The Application Layer 39
DNS example 3
recursive query:
 A hỏi B, B hỏi C, C hỏi 
D, rồi trả lời ngược lại.
 Server được hỏi chịu tải 
nặng gấp đôi?
iterative query:
 DNS server được hỏi gợi 
ý hỏi một server khác.
 “I don’t know this name, 
but ask this server”
requesting host
surf.eurecom.fr
gaia.cs.umass.edu
root name server
local name server
dns.eurecom.fr
1
2
3
4
5 6
authoritative name server
dns.cs.umass.edu
intermediate name server
dns.umass.edu
7
8
iterated query
Chapter 2. The Application Layer 40
DNS: caching & updating
 Mỗi khi DNS server nhận được yêu cầu tra cứu IP, 
IP mà nó tìm được sẽ được lưu lại phục vụ cho 
những lần tra cứu tiếp theo.
Timeout: thời gian hết hạn (sau một khoảng thời gian, 
bản ghi cache tương ứng bị xoá).
TLD servers thường được cache tại local name servers.
 Cơ chế cập nhật/thông báo được đưa ra bởi IETF:
RFC 2136
 
Chapter 2. The Application Layer 41
DNS records
 Type=A
 name = hostname
 value = IP address
 Type=NS
 name = domain name
 value = IP address của 
authoritative name 
server cho domain này
 Type=CNAME
 name = “bí danh” (alias).
www.ibm.com
 value = tên thật.
servereast.backup2.ibm.com
 Type=MX
 name = domain name
 value = tên của mail server
DNS: distributed db storing resource records (RR)
RR format: (name, value, type, ttl)
Chapter 2. The Application Layer 42
DNS protocol, messages
 Msg header (12 bytes)
 Identification: số 16 bit reply 
msg sử dụng cùng id với req 
msg.
 Flags: nhiều bit, mỗi bit có một 
ý nghĩa:
 Query (0) hay reply (1)
 Authoritative DNS.
 recursion desired: client mong 
muốn DNS server tra cứu đệ quy.
 recursion available: server hỗ trợ 
tra cứu đệ quy.
DNS Protocol: Query/reply messages có cùng format.
Chapter 2. The Application Layer 43
DNS messages
Name, type fields
for a query
RRs in reponse
to query
records for
authoritative servers
additional “helpful”
info that may be used
Chapter 2. The Application Layer 44
Vài thông số thống kê Internet
Việt Nam (11/2014):
 Số người sử dụng Internet: 
39,772,424 (42.97%)
 Tổng số tên miền .VN đã đăng 
ký: 261.256
 Tổng số tên miền tiếng việt đã 
đăng ký: 936.729
 Tổng số địa chỉa IPv4 đã cấp: 
15.576.832
 97% người Việt dùng Internet 
là để đọc tin tức. TB mỗi người 
có 86 bạn kỹ thuật số.
Toàn thế giới (11/2014)
 Số người sử dụng Internet: 
3,008,972,816
 Tổng số tên miền đã đăng ký 
128,732,294.
 Tổng số website trên mạng 
Internet: 1,2 tỉ.
 Tổng số tài khoản email toàn 
cầu: 2,9 tỷ (1,88 người)
 Tổng số email được đi gửi trên 
mạng : 67.2 nghìn tỉ. (89,1% là 
spam).
Chapter 2. The Application Layer 45
Summary
√ √ √ √
?
?
Telnet!
Terminal Emulation
Web programming
TCP Socket Programming
RTSP?
Chapter 2. The Application Layer 46
Bài tập tự làm và thảo luận
 Tìm hiểu các câu lệnh cơ bản của FTP, SMTP, 
POP3.