计算机网络总结：第二章 应用层

第二章 应用层

2.1 应用层协议原理

2.1.1 网络应用程序体系结构

• 主流体系结构：客户-服务器体系结构，对等（P2P）体系结构
  –客户-服务器体系结构：有一个总是打开的主机称为服务器，它服务于来自许多 其他称为客户的主机的请求。客户相互之间不直接通信
  –对等（P2P）体系结构：应用程序在间断连接的主机之间使用直接通信，这些主 机对被称为对等方。它有着自扩展性的特点

2.1.2 进程通信

• 客户和服务器进程：网络应用程序由成对的进程组成，这些进程通过网络互相发送报 文。通常把进程之一称为客户，另一个称为服务器
• 进程与计算机网络之间的接口：进程通过一个称为套接字（socket）的软件接口向网 络发送报文和从网络接收报文
• 进程寻址：为了标识该接收进程，需要定义主机的地址（IP地址）和定义在目的主机 中的接收进程的标识符（端口号）

2.1.3 可供应用程序使用的运输服务

• 可靠数据传输、吞吐量、定时、安全性

2.1.4 因特网提供的运输服务

• TCP服务
  –面向连接服务：在握手阶段后，一个TCP连接在两个进程的套接字之间建立了。 当应用程序结束报文发送时，必须拆除该连接
  –可靠数据传输服务：无差错、按适当顺序交付所有发送的数据
• UDP服务
  –不提供不必要服务的轻量级运输协议
  –无连接，无握手过程，提供不可靠数据传送服务

2.1.5 应用层协议

• 定义了运行在不同端操作系统上的应用程序进程如何互相传递报文

2.2 Web和HTTP

2.2.1 HTTP概况

• Web的应用层协议是超文本传输协议（HTTP）
• Web界面组成元素：对象（一个文件，可以是HTML、JPEG等），用URL寻址
• URL地址的组成：存放对象的服务器主机名+对象的路径名
  
• HTTP使用TCP作为它的支撑运输协议，因为HTTP服务器并不保存关于客户的任何信息，即它是一个无状态的协议

2.2.2 非持续连接和持续连接

• 采取非持续连接的HTTP：每个请求/响应都是经过一个单独的TCP连接发送
  –往返时间（Round-Trip Time，RTT）：指一个短分组从客户到服务器然后再返回客户所花费的时间
  –响应时间：2个RTT+服务器传输HTML文件的时间
  
• 采取连续连接的HTTP：所有请求及其响应经相同的TCP连接发送
• HTTP的默认模式是使用带流水线的持续连接

2.2.3 报文格式

• HTTP请求报文
  

• 实体主体（Entity body）：使用GET方法时实体主体为空，使用POST方法时，实体主体包含用户在表单中输入的需要提交的内容

• 方法类型
  –HTTP/1.0：GET、POST、HEAD（类似于GET，但不返回请求对象）
  –HTTP/1.1：GET, POST, HEAD、PUT（将实体主体中的文件上载到URL字段中指定的路径）、DELETE（删除URL字段中指定的文件）

• HTTP响应报文
  

• 常见的状态码
  –200 OK
  –301 Moved Permanently
  –400 Bad Request
  –404 Not Found
  –505 HTTP Version Not Supported

2.2.4 用户与服务器的交互：cookie

• 四个组件
  –HTTP响应消息的cookie首部行
  –HTTP请求消息的cookie首部行
  –cookie文件保存在用户的主机上，由用户的浏览器管理
  –网站的后端数据库
  

2.2.5 Web缓存（别名代理服务器）

• 它有着自己的磁盘存储空间，并在存储空间中保存最近请求过的对象的副本
• 它既是服务器，又是客户端
  
• 作用：
  –大大减少对客户请求的响应时间
  –大大减少一个机构的接入链路到因特网的通信量

2.2.6 条件GET方法

• 作用：解决代理服务器内容过旧的问题
• 例子
  

2.3 文件传输协议：FTP

• 与HTTP的区别
  –HTTP协议在传输文件的同一个TCP连接中发送请求和响应首部行，即带内（in-band）发送控制信息
  –FTP使用了两个并行的TCP连接来传输文件，一个用于控制连接（用于在两主机之间传输控制信息），一个用于数据连接（实际发送文件），即带外（out-of-band）传输控制信息

2.4 因特网的电子邮件

• 主要组成部分：用户代理（user agent）、邮件服务器（mail server）、简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）
  
• 一些特性
  –它不使用中间邮件服务器发送邮件，如果接受方服务器没开机，待发送的报文会留在发送方服务器上，等待进行新的尝试
  –利用TCP将电子邮件从客户端传输到服务器，使用端口25、
• 邮件访问协议
  –POP3
  –IMAP

2.5 DNS（域名系统）：因特网的目录服务

2.5.1 DNS提供的服务

• 主要任务：进行主机名到IP地址转换的目录服务
• 定义：一个由分层的DNS服务器实现的分布式数据库；一个使得主机能够查询分布式数据库的应用层协议
• 端口号：53
• 重要服务
  –主机别名（host aliasing）
  –邮件服务器别名（mail server aliasing）
  –负载分配（load distribution）

2.5.2 DNS工作机理概述

• 集中式DNS的缺点
  –单点故障
  –通信容量
  –远距离的集中式数据库
  –维护
• 分布式、层次数据库
  
• DNS缓存
  –在一个请求链中。当某DNS服务器接收一个DNS回答时，它能将该回答中的信息缓存在本地存储器中

2.5.3 DNS记录和报文

–资源记录（Resource Record，RR）

–DNS报文

–在DNS数据库中插入数据

2.6 P2P应用

• 对比：
  A）客户-服务器体系结构
  
  B）P2P
  
• 例子
  A）BitTorrent

2.7 TCP套接字编程

• 套接字：应用程序进程和端到端传输协议（UDP或TCP）之间的一扇门
• TCP服务：从一个进程到另一个进程的可靠字节传输

2.7.1 TCP

• 客户必须联系服务器：
  –服务器进程必须首先运行
  –服务器必须创建欢迎客户联系的套接字（门）
• 客户联系服务器：
  –创建客户端本地TCP套接字
  –指定服务器进程的IP地址，端口号
  –当客户端创建套接字时：客户端TCP建立与服务器TCP的连接
  –当客户端联系时：服务器TCP为服务器进程创建新的套接字以与客户端通信
  A）允许服务器与多个客户端通信
  B）用于区分客户端的源端口号

2.7.2 UDP

• UDP：客户端和服务器之间没有“连接”
  –没有握手
  –sender明确地将IP地址和目标端口附加到每个数据包
  –服务器必须从收到的数据包中提取IP地址，发送端口
• UDP：发送的数据可能无序接收或丢失