[网络协议]计算机网络之应用层

1.应用层

网络应用的体系结构

可能的应用架构：

1. 客户 - 服务器模式（ C/S:client/server ）

2. 对等模式 (P2P：Peer To Peer)

3. 混合体：客户 - 服务器和对等体系结构

客户 - 服务器（ C/S ）体系结构

服务器

• 一直运行

• 有固定的IP和端口号

• 拓展性差

客户端

• 主动与服务器进行通信

• 可能是动态IP地址

• 不直接与其他客户端通信

对等体（ P2P ）体系结构

• 几乎没有一直运行的服务器

• 任意端系统之间可以进行通信

• 每个节点既是客户端又是服务器

• 参与的主机间歇性连接且可以改变IP地址

进程通信

进程

在主机上运行的应用程序

• 同一个主机内，使用进程间通信机制进行通信

• 不同主机，通过交换报文（Message)进行通信

客户端进程与服务器进程

• 客户端进程：发起通信的进程

• 服务器进程：等待连接的进程

分布式进程通信解决的问题

问题1：对进程进行编址（addressing)

进程为了接收报文，必须要有标识 （SAP）

• 主机：唯一的32位IP地址

• 所采用的传输层协议：TCP/UDP

• 端口号

例如

HTTP：TCP 80

Mail：TCP 25

FTP：TCP 2

问题2：传输层提供的服务 - 需要穿过层间的信息

• 层间接口必须要携带的信息

  • 要传输的报文（对于本层来说： SDU ）

  • 谁传的：对方的应用进程的标示： IP+TCP(UDP) 端口

  • 传给谁：对方的应用进程的标示：对方的 IP+TCP(UDP) 端口号

• 传输层实体（ tcp 或者 udp 实体）根据这些信息进行 TCP报文段（ UDP 数据报）的封装

  • 源端口号，目标端口号，数据等

  • 将 IP 地址往下交 IP 实体，用于封装 IP 数据报：源 IP, 目标 IP

问题 3 ：传输层提供的服务 - 层间信息的代表

TCP socket

TCP spcket: 源IP、源端口、目标IP、目标端口

TCP 之上的套接字（ socket ）

• 4 元组： ( 源 IP ，源 port ，目标 IP ，目标 port)

• 唯一的指定了一个会话（ 2 个进程之间的会话关系）

• 应用使用这个 标示，与远程的应用进程通信

• 不必在每一个报文的发送都要指定这 4 元组

• 就像使用操作系统打开一个文件， OS 返回一个文件句 柄一样，以后使用这个文件句柄，而不是使用这个文件 的目录名、文件名

• 简单，便于管理

UDP 之上的套接字（ socket ）

• 2 元组： IP ， port （源端指定）

• UDP 套接字指定了应用所在的一个端节点（ end point ）

• 在发送数据报时，采用创建好的本地套接字（标示 ID ），就不必在发送每个报文中指明自己所采用的 ip 和 port

• 但是在发送报文时，必须要指定对方的 ip 和 udp port( 另外一个段节点

应用层协议

1. 公开协议

   HTTP SMTP

2. 专有(私有)协议

   协议不公开 Skype

概念

1. 数据丢失率

   • 有些应用则要求 100% 的可靠数据传输（如文件）

   • 有些应用（如音频）能容忍一定比例以下的数据丢失

2. 延迟

   • 一些应用 出于有效性考虑，对数据传输有严格的时间限制，例如Internet 电话、交互式游戏，延迟、延迟差

3. 吞吐

   • 一些应用（如多媒体）必须 需要最小限度的吞吐，从而 使得应用能够有效运转

   • 一些应用能充分利用可供使 用的吞吐 ( 弹性应用 ) 如何描述传输层的服务？

4. 安全性

   • 机密性

   • 完整性

   • 可认证性（鉴别）

常见应用对传输服务的要求

TCP与UDP

TCP：

• 可靠的传输服务

• 流量控制：发送方不会淹没接受方

• 拥塞控制：当网络出现拥塞时，能抑制发送方

• 面向连接：要求在客户端进程和服务器进程之间建立连接

UDP：

• 不可靠数据传输

• 不可靠的服务

UDP存在的必要性

• 无需建立连接

• 没有拥塞控制和流量控制，应用能按照设定的速度发送数据

常用应用层协议及其传输协议

HTTP

HTTP分类：

• 非持久HTTP

  • 最多只有一个对象在TCP上发送

  • HTTP1.0采用非持久连接

• 持久HTPP

  • 多个对象可以在一个TCP上传输

  • HTTP1.1采用持久连接

HTTP响应报文

GET、POST区别

• get把请求的数据放在url上，即HTTP协议头上，post把数据放在HTTP的包体内

• get提交的数据最大是2k，post理论上没有限制

• get产生一个TCP数据包，post产生两个TCP数据包

• get效率比post高

• get可以缓存，post不可以缓存

• post比get安全

HTTP状态码

• 200 OK 请求成功，请求对象包含在响应报文的后续部分

• 301 Moved Permanently 请求的对象已经被永久转移了；新的 URL 在响应报文的 Location:首部行中指定 客户端软件自动用新的 URL 去获取对象

• 400 Bad Request 一个通用的差错代码，表示该请求不能被服务器解读

• 404 Not Found 请求的文档在该服务上没有找到

• 505 HTTP Version Not Supported

DNS（Domain Name System）

基于UDP

作用：实现主机名 -IP 地址的转换 (name/IP translate)

域名服务器

域名查询：

• 递归查询

  • 主机->本地DNS服务器->根DNS服务器->TLD DNS服务器->权威DNS服务器

    ->TLD DNS服务器->根DNS服务器->本地DNS服务器->主机

• 迭代查询

  • 主机->本地DNS服务器->根DNS服务器->本地DNS服务器->TLD DNS服务器->本地DNS服务器->权威DNS服务器->本地DNS服务器->主机