Các Ứng Dụng và Dịch Vụ Mạng

Các ứng dụng và dịch vụ mạng là những chương trình và giao thức chạy ở rìa mạng và mang lại giá trị cho người dùng — từ web và email đến Hệ thống Tên miền và mạng phân phối nội dung — được xây dựng trên các dịch vụ vận chuyển bên dưới chúng.

Definition

Tầng ứng dụng là tầng giao thức cao nhất, nơi các tiến trình ứng dụng mạng trao đổi thông điệp theo các giao thức cụ thể của ứng dụng; các dịch vụ mạng là cơ sở hạ tầng hỗ trợ, chẳng hạn như đặt tên và phân phối nội dung, mà các ứng dụng đó phụ thuộc vào.

Scope

Lĩnh vực này bao gồm tầng ứng dụng và các dịch vụ hạ tầng hỗ trợ nó: kiến trúc ứng dụng (client-server và peer-to-peer), các giao thức ứng dụng cốt lõi như HTTP, SMTP và FTP, Hệ thống Tên miền ánh xạ các tên dễ đọc đối với con người thành địa chỉ, các mạng phân phối nội dung sao chép nội dung gần người dùng, và tổng quan về bảo mật mạng khi nó áp dụng cho các hệ thống giao tiếp. Nó không bao gồm các cơ chế tầng vận chuyển mà nó dựa vào, thay vào đó tập trung vào các dịch vụ mà ứng dụng phơi bày và các giao thức mà chúng sử dụng.

Sub-topics

• Application-Layer Protocols
• Content Distribution and CDNs
• Domain Name System
• Network Security (Computer Networks)

Core questions

• Các ứng dụng mạng được cấu trúc như thế nào — client-server so với peer-to-peer — và những đánh đổi là gì?
• Các giao thức ứng dụng cốt lõi như HTTP và SMTP định nghĩa định dạng và tương tác thông điệp như thế nào?
• Hệ thống Tên miền chuyển đổi tên thành địa chỉ theo cách phân tán, có khả năng mở rộng như thế nào?
• Các mạng phân phối nội dung giảm độ trễ và tải bằng cách sao chép nội dung gần người dùng như thế nào?
• Các thuộc tính bảo mật nào — bảo mật, toàn vẹn, xác thực — mà các ứng dụng mạng phải cung cấp, và bằng cách nào?

Key concepts

• kiến trúc client-server
• kiến trúc peer-to-peer
• HTTP và web
• các giao thức email (SMTP, IMAP)
• Hệ thống Tên miền (DNS)
• bộ nhớ đệm và phân cấp DNS
• mạng phân phối nội dung (CDN)
• socket và API ứng dụng
• tính bảo mật, toàn vẹn và xác thực
• bảo mật tầng vận chuyển (TLS)

Key theories

Kiến trúc client-server và peer-to-peer

Các ứng dụng được tổ chức xung quanh các máy chủ luôn hoạt động mà các máy khách liên hệ, điều này tập trung quản lý nhưng tập trung tải, hoặc dưới dạng các hệ thống peer-to-peer nơi các máy chủ tham gia vừa yêu cầu vừa phục vụ, điều này mở rộng theo số lượng người dùng nhưng làm phức tạp việc quản lý và bảo mật.

Đặt tên phân cấp, phân tán (DNS)

Hệ thống Tên miền phân giải tên thành địa chỉ thông qua một hệ thống phân cấp các máy chủ có thẩm quyền được ủy quyền và bộ nhớ đệm tích cực, cung cấp một dịch vụ tra cứu có khả năng mở rộng, linh hoạt mà không một tổ chức nào kiểm soát hoàn toàn.

Sao chép và phân phối nội dung

Các mạng phân phối nội dung đặt các bản sao nội dung trên các máy chủ gần người dùng và hướng mỗi yêu cầu đến một bản sao tốt, giảm độ trễ, tải máy chủ gốc và lưu lượng đường trục — một lý do chính khiến các dịch vụ web và truyền trực tuyến quy mô lớn hoạt động tốt.

Clinical relevance

Tầng ứng dụng là những gì người dùng thực sự trải nghiệm: web, phương tiện truyền trực tuyến, nhắn tin và các dịch vụ đám mây đều nằm ở đây. DNS là một sự phụ thuộc quan trọng đối với hầu hết mọi tương tác trực tuyến, và các sự cố của nó có thể lan rộng. Các mạng phân phối nội dung chiếm một phần lớn lưu lượng truy cập Internet và là trung tâm để phân phối video và phần mềm ở quy mô lớn, trong khi bảo mật tầng ứng dụng thông qua TLS bảo vệ tính bảo mật và toàn vẹn của giao tiếp hàng ngày.

History

Các ứng dụng Internet ban đầu là email và truyền tệp; World Wide Web, được Tim Berners-Lee phát minh vào khoảng năm 1990 với HTTP và HTML, đã biến Internet thành một phương tiện truyền thông đại chúng. Hệ thống Tên miền (Mockapetris, giữa những năm 1980) đã thay thế một tệp tên máy chủ phẳng bằng một thư mục phân tán có khả năng mở rộng. Các mạng phân phối nội dung xuất hiện vào cuối những năm 1990 để đối phó với sự phát triển của web, và mã hóa tầng ứng dụng đã phát triển từ SSL thành TLS để bảo mật các giao tiếp.

Debates

Các dịch vụ đám mây client-server tập trung so với các hệ thống peer-to-peer phi tập trung

Các kiến trúc đám mây tập trung mang lại khả năng quản lý và hiệu suất ổn định nhưng tập trung quyền kiểm soát và tạo ra các điểm lỗi duy nhất, trong khi các thiết kế peer-to-peer và phi tập trung phân tán tải và quyền kiểm soát với chi phí phức tạp; sự cân bằng này tái diễn trong chia sẻ tệp, phân phối nội dung và các nỗ lực web phi tập trung mới nổi.

Key figures

• Tim Berners-Lee
• Paul Mockapetris
• Roy Fielding
• Jon Postel

Seminal works

• kurose2021
• rfc9110
• rfc1035

Frequently asked questions

Hệ thống Tên miền làm gì?

DNS dịch các tên thân thiện với con người như example.com thành các địa chỉ IP mà tầng mạng cần để định tuyến các gói tin. Nó là một cơ sở dữ liệu phân tán, phân cấp với bộ nhớ đệm, do đó việc tra cứu nhanh chóng và hệ thống mở rộng ra toàn bộ Internet mà không có bất kỳ máy chủ nào giữ tất cả các tên.

Mạng phân phối nội dung tăng tốc web như thế nào?

CDN lưu trữ các bản sao nội dung trên nhiều máy chủ trải rộng khắp thế giới và hướng yêu cầu của mỗi người dùng đến một bản sao gần đó. Điều này rút ngắn đường dẫn mạng, giảm độ trễ và mất gói tin, đồng thời giảm tải cho máy chủ gốc và giảm lưu lượng đường dài, tất cả cùng nhau cải thiện tốc độ và độ tin cậy.