計算機網絡總結：第二章 應用層

第二章 應用層

2.1 應用層協議原理

2.1.1 網絡應用程序體系結構

• 主流體系結構：客戶-服務器體系結構，對等（P2P）體系結構
  –客戶-服務器體系結構：有一個總是打開的主機稱爲服務器，它服務於來自許多 其他稱爲客戶的主機的請求。客戶相互之間不直接通信
  –對等（P2P）體系結構：應用程序在間斷連接的主機之間使用直接通信，這些主 機對被稱爲對等方。它有着自擴展性的特點

2.1.2 進程通信

• 客戶和服務器進程：網絡應用程序由成對的進程組成，這些進程通過網絡互相發送報 文。通常把進程之一稱爲客戶，另一個稱爲服務器
• 進程與計算機網絡之間的接口：進程通過一個稱爲套接字（socket）的軟件接口向網 絡發送報文和從網絡接收報文
• 進程尋址：爲了標識該接收進程，需要定義主機的地址（IP地址）和定義在目的主機 中的接收進程的標識符（端口號）

2.1.3 可供應用程序使用的運輸服務

• 可靠數據傳輸、吞吐量、定時、安全性

2.1.4 因特網提供的運輸服務

• TCP服務
  –面向連接服務：在握手階段後，一個TCP連接在兩個進程的套接字之間建立了。 當應用程序結束報文發送時，必須拆除該連接
  –可靠數據傳輸服務：無差錯、按適當順序交付所有發送的數據
• UDP服務
  –不提供不必要服務的輕量級運輸協議
  –無連接，無握手過程，提供不可靠數據傳送服務

2.1.5 應用層協議

• 定義了運行在不同端操作系統上的應用程序進程如何互相傳遞報文

2.2 Web和HTTP

2.2.1 HTTP概況

• Web的應用層協議是超文本傳輸協議（HTTP）
• Web界面組成元素：對象（一個文件，可以是HTML、JPEG等），用URL尋址
• URL地址的組成：存放對象的服務器主機名+對象的路徑名
  
• HTTP使用TCP作爲它的支撐運輸協議，因爲HTTP服務器並不保存關於客戶的任何信息，即它是一個無狀態的協議

2.2.2 非持續連接和持續連接

• 採取非持續連接的HTTP：每個請求/響應都是經過一個單獨的TCP連接發送
  –往返時間（Round-Trip Time，RTT）：指一個短分組從客戶到服務器然後再返回客戶所花費的時間
  –響應時間：2個RTT+服務器傳輸HTML文件的時間
  
• 採取連續連接的HTTP：所有請求及其響應經相同的TCP連接發送
• HTTP的默認模式是使用帶流水線的持續連接

2.2.3 報文格式

• HTTP請求報文
  

• 實體主體（Entity body）：使用GET方法時實體主體爲空，使用POST方法時，實體主體包含用戶在表單中輸入的需要提交的內容

• 方法類型
  –HTTP/1.0：GET、POST、HEAD（類似於GET，但不返回請求對象）
  –HTTP/1.1：GET, POST, HEAD、PUT（將實體主體中的文件上載到URL字段中指定的路徑）、DELETE（刪除URL字段中指定的文件）

• HTTP響應報文
  

• 常見的狀態碼
  –200 OK
  –301 Moved Permanently
  –400 Bad Request
  –404 Not Found
  –505 HTTP Version Not Supported

2.2.4 用戶與服務器的交互：cookie

• 四個組件
  –HTTP響應消息的cookie首部行
  –HTTP請求消息的cookie首部行
  –cookie文件保存在用戶的主機上，由用戶的瀏覽器管理
  –網站的後端數據庫
  

2.2.5 Web緩存（別名代理服務器）

• 它有着自己的磁盤存儲空間，並在存儲空間中保存最近請求過的對象的副本
• 它既是服務器，又是客戶端
  
• 作用：
  –大大減少對客戶請求的響應時間
  –大大減少一個機構的接入鏈路到因特網的通信量

2.2.6 條件GET方法

• 作用：解決代理服務器內容過舊的問題
• 例子
  

2.3 文件傳輸協議：FTP

• 與HTTP的區別
  –HTTP協議在傳輸文件的同一個TCP連接中發送請求和響應首部行，即帶內（in-band）發送控制信息
  –FTP使用了兩個並行的TCP連接來傳輸文件，一個用於控制連接（用於在兩主機之間傳輸控制信息），一個用於數據連接（實際發送文件），即帶外（out-of-band）傳輸控制信息

2.4 因特網的電子郵件

• 主要組成部分：用戶代理（user agent）、郵件服務器（mail server）、簡單郵件傳輸協議（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）
  
• 一些特性
  –它不使用中間郵件服務器發送郵件，如果接受方服務器沒開機，待發送的報文會留在發送方服務器上，等待進行新的嘗試
  –利用TCP將電子郵件從客戶端傳輸到服務器，使用端口25、
• 郵件訪問協議
  –POP3
  –IMAP

2.5 DNS（域名系統）：因特網的目錄服務

2.5.1 DNS提供的服務

• 主要任務：進行主機名到IP地址轉換的目錄服務
• 定義：一個由分層的DNS服務器實現的分佈式數據庫；一個使得主機能夠查詢分佈式數據庫的應用層協議
• 端口號：53
• 重要服務
  –主機別名（host aliasing）
  –郵件服務器別名（mail server aliasing）
  –負載分配（load distribution）

2.5.2 DNS工作機理概述

• 集中式DNS的缺點
  –單點故障
  –通信容量
  –遠距離的集中式數據庫
  –維護
• 分佈式、層次數據庫
  
• DNS緩存
  –在一個請求鏈中。當某DNS服務器接收一個DNS回答時，它能將該回答中的信息緩存在本地存儲器中

2.5.3 DNS記錄和報文

–資源記錄（Resource Record，RR）

–DNS報文

–在DNS數據庫中插入數據

2.6 P2P應用

• 對比：
  A）客戶-服務器體系結構
  
  B）P2P
  
• 例子
  A）BitTorrent

2.7 TCP套接字編程

• 套接字：應用程序進程和端到端傳輸協議（UDP或TCP）之間的一扇門
• TCP服務：從一個進程到另一個進程的可靠字節傳輸

2.7.1 TCP

• 客戶必須聯繫服務器：
  –服務器進程必須首先運行
  –服務器必須創建歡迎客戶聯繫的套接字（門）
• 客戶聯繫服務器：
  –創建客戶端本地TCP套接字
  –指定服務器進程的IP地址，端口號
  –當客戶端創建套接字時：客戶端TCP建立與服務器TCP的連接
  –當客戶端聯繫時：服務器TCP爲服務器進程創建新的套接字以與客戶端通信
  A）允許服務器與多個客戶端通信
  B）用於區分客戶端的源端口號

2.7.2 UDP

• UDP：客戶端和服務器之間沒有“連接”
  –沒有握手
  –sender明確地將IP地址和目標端口附加到每個數據包
  –服務器必須從收到的數據包中提取IP地址，發送端口
• UDP：發送的數據可能無序接收或丟失