Transcript Document

第二章
應用層 (Application Layer)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
1
應用層--簡介

本章主要介紹在應用層所常用的協定





HTTP (section 2.2)
FTP (section 2.3)
E-mail (section 2.4)
DNS (section 2.5)
並介紹用戶端（client）和伺服器端（server）
的關係


Service model
Socket programming (section 2.6)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
2
用戶端（client）和伺服器端（server）

用戶端和伺服器端是一種互相依持的關係





（一個用戶端，一個伺服器端）或
（一個用戶端，數個伺服器端）或
（數個用戶端，一個伺服器端）或
（數個用戶端，數個伺服器端）
在執行一般的網路應用程式情況下，一台機器
是用戶端亦是伺服器端
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
3
用戶端（client）和伺服器端（server
(cont.)

用戶端





通常為送出要求(request)的一方或
最初建立連線(connection)要求的一方
向伺服器端要求提供服務(service)的一方
例如：使用者端的瀏覽器(browser)
伺服器端



通常為送出回應(reply)的一方
提供服務的一方
例如：網頁伺服器(web server)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
4
Layer
OSI 7 Layer
Application
Layer
7
Application
Presentation
Layer
6
Presentation
Session Layer
5
Session
socket
Ch.2 Application-Layer
Transort Layer
4
TCP/UDP
Network Layer
3
IP
Data_Link
Layer
2
Physical Layer
1
LLC
MAC
Code
Media
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
5
用戶端（client）和伺服器端（server
(cont.)
Request
Application
Transport
Network
Data link
Physical
Clien t
Ch.2 Application-Layer
Application
Reply
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
Transport
Network
Data link
Physical
Serv er
6
應用層(Application Layer)


應用層是位於OSI七層中的最上層
為什麼我們需要應用層呢？


因為應用層提供了一個平台，可以讓許多的網路應用程式在
應用層執行
這一些應用程式都是在對等的應用層做溝通
Application
Application
Application
Transport
Network
Data link
Physical
Ho st A
Transport
Network
Data link
Physical
Ho st B
Transport
Network
Data link
Physical
Ho st C
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
7
應用程式(applications)





這裡泛指網路應用程式(Network Application)
應用程式分別於使用者的機器上執行
兩個或兩個(multicast application)以上應用
程式透過網路溝通
由於上述的交換動作，所以應用層得以存在
例如：



電子郵件（E-mail）
檔案交換（FTP）
網頁瀏覽（Web browsing）
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
8
應用層協定(Application-layer Protocol)


屬於應用程式的一部份
協定(protocol)中定義






使用此應用程式所需要的流程
所交換的訊息格式
訊息所表示的意義
與下層協定溝通的方法
…
例如：

我們瀏覽網頁需要HTTP協定
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
9
應用層協定(Application-layer Protocol)
(cont.)

Q:網路應用程式跟應用層的協定有什麼關係？


應用層的協定只是網路應用程式的一部份而已
例如：HTTP和網頁應用程式的關係
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
10
應用層協定(Application-layer Protocol)
(cont.)

應用程式介面（API, Application Programmer‘s Interface）





API就像是進出應用程式的一扇門
應用程式透過API與下層協定溝通
在這裡網路程式所指的API就是常見的Socket
Socket在後面有專節介紹
定址(Addressing)



IP (ch. 4)或是主機名稱(需搭配DNS)
指定應用程式(Socket port)
Socket port就像是門的鑰匙
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
11
應用程式所需要的條件

資料流失(data loss)


網路頻寬(Network Bandwidth)


在資料傳輸的過程難免會有資料流失，我們要注意
應用程式所能夠接受的範圍，並加以改善
我們需要考慮每一個應用程式所需要的頻寬需求
時間的影響(Time delay)


我們需要考慮時間對於應用程式的影響
例如：播放影片或是聲音，就不允許資料延遲過久
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
12
應用程式所需要的條件(cont.)
Application
Data loss
Bandwidth
Time Sensitive
File transfer
No loss
elastic
No
E-mail
No loss
elastic
No
Web documents
Loss-tolerant
elastic
No
Real-time audio/video
Loss-tolerant
Audio: 5kb-1Mb Yes, 100’s
Video: 10kb-5Mb msec
Stored audio/video
Loss-tolerant
Same as above
Yes, few secs
Interactive games
Loss-tolerant
Few Kbps up
Yes, 100’s
msec
Financial apps
No loss
elastic
Yes and no
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
13
網路傳輸層(Transport layer) -- overview


傳輸層屬於OSI第四層
在應用層的下層傳輸層(ch. 3)提供了兩種不同
的服務協定



TCP (Transmission Control Protocol )
UDP (User Datagram Protocol)
在應用層所執行的網路應用程式都是透過這兩
種協定來與網路溝通
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
14
網路傳輸層(Transport layer) – overview
(cont.)

TCP service

連結導向(connection-oriented)





要透過TCP溝通需要先建立連線(three way handshake)
提供可靠的傳輸(reliable transport)
提供流量控制(flow control)
提供壅塞控制(congestion control)
UDP service

非連結導向(connectionless)


要透過UDP溝通不需要先建立連線
提供盡力的傳送(best effort transport)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
15
TCP—Three way handshake
window size
window size N
i,
q
e
S
t,
c
e
n
n
Co
Connect, Seq j,
window size M
send
buffer
receiver
buffer
ACK i+1（ i+1以
前全收到 ）
ACK j+1
TCP建connection的方法
3 way handshake
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
16
常見的網路應用程式所使用的service
應用程式
應用層協定
傳輸層協定
電子郵件
Smtp[RFC 821]
TCP
遠端裝置存取
telnet[RFC 854]
TCP
網頁
http[RFC2068]
TCP
檔案傳輸
ftp[RFC959]
TCP
多媒體串流(stream)
Proprietary
TCP or UDP
遠端檔案伺服器
NSF
TCP or UDP
網路電話
Proprietary
Typically UDP
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
17
World Wide Web (WWW) Elements




URL: Uniform resource locator
HTTP: Hypertext Transfer Protocol
HTML: Hypertext Markup Language
Java Language
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
18
URL: Uniform Resource Locator




RFC編號：1738, 1808.
A URL is compact representation of the
location and access method for a resource
available via the Internet.
一個resource 是一個可以透過網路存取的任何
物件, 包括檔案目錄、檔案、文件聲音和影
像…等
URL的一般表示法
<scheme>:<scheme-specific-part>
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
19
RFC 1738為了下列存取機制所定義之URL formats










ftp
http
gopher
mailto
news
nntp
telnet
wais
file
prospero
Ch.2 Application-Layer
File Transfer Protocol
Hypertext Transfer Protocol
The Gopher Protocol
Electronic mail address
USNET news
USNET news using NNTP access
Reference to interactive sessions
Wide-Area Information Servers
Host-specific file names
Prospero Directory Service
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
20
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
21
URI: Universal Resource Identifier (URI)




RFC編號1630.
是一種將用在網際網路中的物件的名稱和位址
的表示一致的語法
URL是URI的一種。
Decouple resource的名稱從它所在的位置或
是從它所存取的方法
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
22
HTTP



HTTP: Hyper Text Transfer Protocol
Web的應用層協定
採用用戶端和伺服器端的服務架構


用戶端：要求、接收並顯示所接收的web pages
伺服器端：接受要求並回應所要求的web pages
http request
Application
Transport
Network
Data link
Physical
browser
Ch.2 Application-Layer
Application
http reply
Transport
Network
Data link
Physical
web server
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
23
HTTP

Web page所包含的原件有

Objects


Base HTML file


HTML是用來描述web page的一種語言
URL：是用來表示一個page或是object


HTML file, jpeg image, java applet…
www.nthu.edu.tw/index-c.html (hostname + path name)
目前HTTP有兩種標準


http 1.0 (RFC 1945)
http 1.1 (RFC 2068)—目前所使用
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
24
HTML: Hypertext Markup Language



使一種用來描述網頁的文件要如何定義的語言
Embedding markup commands with each
HTML files so that a browser can reformat
the files.
HTML的標準化 由 WWW組織所制訂

ex: W3C
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
25
HTTP

HTTP下層協定使用TCP傳送服務



由用戶端初始化連線(setup TCP connection)，使
用socket port 80與伺服器端溝通
伺服器端回應後，兩端開始交換訊息直到結束(TCP
connection close)
HTTP是一個stateless的協定


Stateless意指伺服器端不需要保有任何有關過去用
戶端的要求訊息(request message)
通常協定要保有過去的state，就會變的很複雜
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
26
Non-persistent和persistent連線的不同





Non-persistent
HTTP/1.0
每一個TCP連線都會在
server送完物件後結束
所以每一個連線都只會
有一個request和一個
respond
Respond time = 2 RTTs
+ Ttrans
每一個所傳送的物件，
都會受到slow start影響
Ch.2 Application-Layer




Persistent
Default for HTTP/1.1
在同一個用戶端會一直
使用同一個TCP連線，
直到time out才關掉
有較少的RTT和slow
start
有分成pipeline和nonpipeline
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
27
HTTP的訊息格式-- request


訊息是使用ASCII text所寫（易於閱讀）
Http的要求訊息格式
request line
(GET, POST,
HEAD commands)
header
lines
Carriage return,
line feed
indicates end
of message
Ch.2 Application-Layer
GET /somedir/page.html HTTP/1.0
User-agent: Mozilla/4.0
Accept: text/html, image/gif,image/jpeg
Accept-language:fr
(extra carriage return, line feed)
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
28
HTTP的要求訊息格式-- 一般式
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
29
HTTP的訊息格式-- response
status line
(protocol
status code
status phrase)
header
lines
data, e.g.,
requested
html file
Ch.2 Application-Layer
HTTP/1.0 200 OK
Date: Thu, 06 Aug 1998 12:00:15 GMT
Server: Apache/1.3.0 (Unix)
Last-Modified: Mon, 22 Jun 1998 …...
Content-Length: 6821
Content-Type: text/html
data data data data data ...
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
30
常見的回應訊息
200 OK

要求成功, 所要求的物件會夾帶在接下來的訊息
301 Moved Permanently

所要求的物件已經一到別處，新的位置將會出現在下一個訊
息中 (Location:)
400 Bad Request

所要求的訊息，伺服器無法判讀
404 Not Found

所要求的物件並不存在伺服器裡
505 HTTP Version Not Supported

所要求使用的協定，伺服器端並不支援
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
31
Java Language (爪窪語言)



在1995年，由昇揚公司(Sun Microsystems
Inc.)所制訂
For waiting interactive web pages.
A small Java program, called an applet, is
associated with a web page and downloaded
to the client machine to interpret the web
page.
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
32
Java Language (cont.)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
33
認證(Authentication)





server
目的：為了要控制存取 client
伺服器資料的權力
usual http request msg
401: authorization req.
因為是stateless所以用
WWW authenticate:
戶端每一次request都要
認證一次
usual http request msg
認證通常使用name和
+ Authorization:line
password
usual http response msg
為避免需要重覆輸入認
證資料，瀏覽器會自行
usual http request msg
讀取catch的資料
+ Authorization:line
time
認證步驟如右
usual http response msg
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
34
cookies



server
設定cookie是為了方便 client
在下一次存取網站時，
usual http request msg
可以不需要再輸入一些
usual http response +
Set-cookie: #
重複性的資料
Cookie是由伺服器端要
usual http request msg
求用戶端建立，並且存
cookiecookie: #
在用戶端的機器上
spectific
usual http response msg
action
Cookie大多用來



認證
使用者的訊息
建立步驟如右
Ch.2 Application-Layer
usual http request msg
cookie: #
usual http response msg
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
cookiespectific
action
35
Web快取（proxy伺服器）


目的：為了可以使用戶端
送出的request不用直接
到原來的伺服器，如此一
來便可以加速網頁的取得
及瀏覽
所以大部分的用戶端都會
透過proxy server來存取
網路資源，而proxy
server會保有一些web的
快取資料，以利存取

如果現在的網頁資料不是最
新的，則proxy會去原始的
網站去更新目前保有的資料
Ch.2 Application-Layer
origin
server
client
client
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
Proxy
server
origin
server
36
為什麼使用web catching




因為proxy一般會離用戶
端較近，會使的存取的
速度較快
可以減少一些較長距離
的traffic
同一筆資料可以統一由
proxy來維持更新
右圖為示意圖

origin
servers
public
Internet
1.5 Mbps
access link
institutional
network
10 Mbps LAN
1.5 Mbps access link是一
個bottleneck
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
37
FTP: File Transfer Protocol
user
at host
FTP
FTP
user
client
interface
file transfer
local file
system




FTP
server
remote file
system
FTP是現在較普遍也較常用的一個檔案傳輸的
協定
採用用戶端與伺服器端模式溝通
RFC編號：959
所使用的port:21
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
38
FTP: File Transfer Protocol (cont.)
TCP control connection
port 21
FTP
client



TCP data connection
port 20
FTP
server
FTP使用TCP作為傳輸層所使用的協定
在FTP的連結中有分為兩種
 Control：在client和server之間交換commands和response，屬
於”out of band control”
 Data：在client和server之間的data交換
FTP和HTTP不同，他會maintain state
 目前所在目錄
 登錄所做的認證
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
39
FTP: File Transfer Protocol (cont.)
如何連結上FTP server?
>>ftp xxx.xxx.xxx.xxx port
>>get file.xxx (取得檔案)
>>put file.xxx (上傳檔案)
回應訊息
Commands






Open:連接FTP server
User: 使用者帳號
Pass: 密碼
RETR filename: 取得檔案
STOR filename: 上傳檔案
Bye: 結束連線
Ch.2 Application-Layer




331 帳號 OK,需要密碼
125 data connection
已經開啟; 傳送開始
425 無法開啟 data
connection
452 檔案寫入錯誤
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
40
Electronic-mail (E-mail, 電子郵件)

包含三個部分



使用者代理人
(user agent)
郵件伺服器
(mail server)
SMTP協定
user
agent
user mailbox
mail
server
SMTP
SMTP
mail
server
user
agent
Ch.2 Application-Layer
outgoing
message queue
SMTP
user
agent
mail
server
user
agent
user
agent
user
agent
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
41
E-mail– user agent




有時亦稱為郵件讀取者(mail reader)
它可以讓user讀取、回復、轉發、儲存和建構
訊息(message, mail…)
使用者需要讀取信息時，user agent會去跟郵
件伺服器溝通，取回信息，或是送出信息
User agent常見的有：


Microsoft Outlook or Outlook Express
Netscape Messenger
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
42
E-mail– Mail server



每一個user都會有一個信箱(mail box)來存放
尚未讀取的信件
尚未傳送出去的信件會暫時存在message
queue
SMTP扮演了兩種角色
 Client：當作傳送信件的server
 Server：當作接收信件的server
 Client和server這兩種服務都會執行在每一台
郵件伺服器上
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
43
E-mail– SMTP

SMTP: Simple Mail Transfer Protocol


使用TCP作為下層溝通的協定


Port: 25
傳送三部曲




RFC編號: 821
Handshaking
Transfer of messages
closure
所有信息資訊必須是7-bit ASCII
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
44
SMTP和HTTP的比較

相同處




使用TCP為傳輸層協定
Client and server model
使用persistent connections
不同處



http是pull protocol而SMTP是push protocol
SMTP的message限定在7 bit ASCII
文件組成方式不同
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
45
SMTP溝通範例
S:
C:
S:
C:
S:
C:
S:
C:
S:
C:
C:
C:
S:
C:
S:
220 cs.nthu.edu.tw
HELO oz.nthu.edu.tw
250 Hello oz.nthu.edu.tw, pleased to meet you
MAIL FROM: <[email protected] >
250 [email protected]... Sender ok
RCPT TO: <[email protected] >
250 [email protected] ... Recipient ok
DATA
354 Enter mail, end with "." on a line by itself
Do you like ketchup?
How about pickles?
.
250 Message accepted for delivery
QUIT
221 cs.nthu.edu.tw closing connection
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
46
信息格式


RFC 822為text
message exchange
標準
Header lines




To:
From:
Subject:
header
blank
line
body
Body

The message, ASCII
character only
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
47
信息格式 (cont.)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
48
信息格式 (cont.)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
49
MIME extension for Non-ASCII data

MIME: multimedia mail extension



RFC 2045, 2056
目的：為了要能夠支援非ASCII的data
在標頭檔定義MIME的格式
MIME version(版本)
壓縮資料的方法
(encode data)
多媒體資料的種類
及副檔名(type, subtype)
壓縮的資料
(encoded data)
Ch.2 Application-Layer
From: [email protected]
To: [email protected]
Subject: Picture of yummy crepe.
MIME-Version: 1.0
Content-Transfer-Encoding: base64
Content-Type: image/jpeg
base64 encoded data .....
.........................
......base64 encoded data
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
50
MIME (cont.)

RFC 822 MIME所增加的標頭檔(headers)
Header
Meaning
MIME-version
定義MIME的版本
Content-Description
描述信息內容
Content-ID
唯一的識別碼
Content-Transfer-Encoding
在傳送所壓縮的方法
Content-Type
信息的種類
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
51
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
52
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
53
MIME 的種類(types)
Content-Type: 種類/副檔名; 參數
(type/subtype; parameters)
文字(Text)

例如：副檔名為 plain,
html
圖片(Image)

例如：副檔名為 jpeg,
gif
聲音(Audio)


例如：副檔名為 mpeg,
quicktime
應用程式(Application)


例如：副檔名為 basic (8bit mu-law encoded),
32kadpcm (32 kbps
coding)
Ch.2 Application-Layer
影像(Video)
other data that must be
processed by reader before
“viewable”
例如：副檔名為
msword, octet-stream
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
54
郵件存取協定(mail access protocol)


SMTP負責接收端server的傳送及儲存信息
Mail access protocol:從server取回信件

POP: Post Office Protocol



IMAP



RFC 1939
提供認證及下載服務
RFC 2060
可以遠端操作信件，不需下載信件至機器上
HTTP (web mail)

Hot mail, mail2000, yahoo…
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
55
POP3協定
authorization phase

client commands:



user: declare username
pass: password
server responses
+OK
 -ERR
transaction phase, client:





list: list message numbers
retr: retrieve message by
number
dele: delete
quit
Ch.2 Application-Layer
S:
C:
S:
C:
S:
+OK POP3 server ready
user alice
+OK
pass hungry
+OK user successfully logged
C:
S:
S:
S:
C:
S:
S:
C:
C:
S:
S:
C:
C:
S:
list
1 498
2 912
.
retr 1
<message 1 contents>
.
dele 1
retr 2
<message 1 contents>
.
dele 2
quit
+OK POP3 server signing off
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
56
on
Email Security (電子郵件的安全性)

PGP: Pretty Good Privacy, by Phil Zimmermaun in 1995.

Support text compression, secrecy and digital signatures.
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
57
PGP message format(訊息格式)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
58
PEM: Privacy Enhanced Mail




An official Internet standard described in RFC
1421-1424.
Support privacy and authentication for RFC 822
based email systems.
The message together with its message digest is
encrypted using DES with a one-time key that is
enclosed along with the message.
The key can be protected with RSA and certified
by certification authorities.
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
59
PGP和PEM的比較
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
60
DNS (Domain Name System)
-- Overview

名稱我們可以拿來做什麼？






確認、識別一個物件(object)
幫助我們放置(allocate)一個物件
定義在一個團體中的關係
明確定義一個角色(role)
傳送一個機密訊息
Name space(名稱空間)


定義一組可用的名稱
由一組名稱與數值的配對所組成
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
61
DNS (Domain Name System) (cont.)

為什麼我們要使用DNS？



DNS是一個分散式的資料庫


可以幫助我們對應IP位址和主機名字(hostname)
無須記憶IP位址，只需記憶名字
將許多name servers變成階層式架構
DNS是屬於應用層的協定

Host, routers, name server透過溝通來達成解析名
稱的目的(address/name translation)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
62
DNS (Domain Name System) (cont.)

Hierarchy
edu
princeton … mit
cs
com
gov
cisco… yahoo nasa …nsf
mil
org
arpa …navy
acm …ieee
net
uk
fr
ee physics
ux01 ux04

Name
chinstrap.cs.princeton.edu
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
63
DNS (Domain Name System)
-- Example

Hosts
cheltenham.cs.princeton.edu
192.12.69.17
192.12.69.17

80:23:A8:33:5B:9F
Files
/usr/llp/tmp/foo

(server, fileid)
Users
Larry Peterson
Ch.2 Application-Layer
[email protected]
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
64
DNS (Domain Name System)
-- Example (cont.)

Mailboxes
2
cs.princeton.edu
Name
server
User
1
user @ cs.princeton.edu
Mail
program
192.12.69.5
3
192.12.69.5
4
192.12.69.5
5
TCP
IP
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
65
DNS name server

為什麼我們不採取集中式DNS？





如果單一DNS server壞了，會影響很大
Traffic volume (一台server不可能處理全部的位址
解析)
Server所放置的位置過遠
維護不易
DNS server可分為



當地名稱伺服器(Local name server)
根名稱伺服器(Root name server)
認證名稱伺服器(Authoritative name server)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
66
DNS name server

Local name server


Root name server


負責當地(local)名稱解析，如解析不成，往上詢問
root server
負責解析當地DNS無法解析之name
Authoritative name server


Host都會來此主機註冊
當root server亦無法解析名稱時，就會詢問
authoritative name server
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
67
FQDN (Fully Qualify Domain Name)

一個將名稱與位址對應的機制






為的避免名稱重複
做流量控制
一個DNS name = 一個FQDN
一個FQDN名稱可以對應到多個IP
名稱解析的流程：Interactive Query
以下為範例：

Search www.microsoft.com
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
68
DNS
Root
名稱解析範例
2
DNS
.org
DNS
.com
DNS
.edu
DNS
.tw
3
DNS
.microsoft
DNS
.ibm
DNS
.nthu
4
DNS
.cs
www
5
DNS
.web
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
1
DNS
.mis
ZONE
ZONE
69
名稱解析範例(cont.)
Step1：web.→ nthu.
 Step2：nthu. → Root（所以Root需要很多台）
（→ Q：com.的IP）（← com. DNS的IP）
 Step3：nthu. → com.
（→ Q：microsoft.com.的IP）（← microsoft.com. DNS的
IP）
 Step4：nthu. → microsoft.
（→ Q：www.microsoft.com.的IP）（←
www.microsoft.com. DNS的IP）
取得名稱解析的IP，此IP會存放在nthu的catch中，存放
TTL的時間
 Step5：nthu. → web.

Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
70
ZONE

ZONE：是一個特殊單位。一個ZONE一定要有一個
DNS來管，但是一個DNS可以管理許多的ZONE，
而每一個ZONE都有一個ZONE File

ZONE File
SOA （Start-of-Authority）
1.





Version Number（判斷新舊，但clock要相同）
Refresh timer（一個ZONE有兩個DNS Server, Secondary
Server每隔一段時間去跟Master Server複製）
Entry timer
Expire time
TTL（問到機器的IP後可存放在catch中的時間。if TTL=0，
多用於Proxy, DHCP）
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
71
ZONE (cont.)


Administrator mail
Domain name
NS（Name Server）
MX（Mail Exchange Server）
A（Host）：ZONE有多少台機器，需要Dynamic
update
CN（alias）：多IP對應一台主機
PTR（Pointer）：
2.
3.
4.
5.
6.



有IP查名稱（逆向查詢）
正向查詢：---.ZONE
逆向查詢：97.25.163.in-addr.arpa
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
72
Recursive Query


我們為了Load balance還有一種Recursive Query，
使用Forward方式進行（以DNS為單位，對象不一定
為上游）
執行順序：



Interactive Query
Recursive Query
If 要直接則使用Forward


如下圖為Recursive Query動作流程
在圖中的Catch DNS為Slave only，它不用經過流程1.（詢
問Root）直接問Catch DNS Forward的DNS，如果DNS也不
知道的話，就會使用Interactive Query查詢。
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
73
Recursive Query (cont.)
Interactive
Interactive
DNS
Recursive
catch
Forward
Catch
DNS
Catch
DNS
Catch
DNS
Catch
DNS
Client
Ch.2 Application-Layer
catch
catch
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
74
DNS的種類

Interactive Query和Recursive Query的分別：



Interactive Query：已經找到全部的名稱
Recursive Query：為了Load balance的目的
DNS的種類區分




Primary DNS：自己ZONE
Secondary DNS：有從別人那一邊copy的ZONE
（只要有就算）
Master DNS：自己的ZONE被別人Copy
Catch DNS：每一台DNS Server都算是
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
75
DNS的種類 (cont.)
Master DNS
Primary DNS
Secondary DNS
COPY
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
76
DNS的紀錄檔
DNS: distributed db storing resource records (RR)
RR format: (name,

Type=A



value, type,ttl)

name is hostname
value is IP address
Type=CNAME

Type=NS


name is domain (e.g.
foo.com)
value is IP address of
authoritative name
server for this domain
Ch.2 Application-Layer


name is an alias name
for some “cannonical”
(the real) name
value is cannonical
name
Type=MX

value is hostname of
mailserver associated with
name
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
77
DNS的紀錄檔 (cont.)
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
78
DNS協定的訊息格式


DNS的query和reply訊息格式是一樣的
訊息標頭欄位


Identification:一個16 bit的代號，query和reply都使
用同一個代號
Flags:




query或reply
Recursion desired
Recursion available
Reply is authoritative
Ch.2 Application-Layer
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
79
DNS協定的訊息格式(cont.)
Name, type of
fields for a query
RRs in response
to query
records for
authoritative servers
additional helpful
info that may be
used
Ch.2 Application-Layer
identification
flags
number of
question
number of answer
RRs
number of
authority RRs
number of
additional RRs
12
bytes
question
(variable number of question)
answers
(variable number of resource records)
authority
(variable number of resource records)
additional imformation
(variable number of resource records)
(C) All rights reserved by Professor WenTsuen Chen
80