中科大郑烇、杨坚 《计算机网络》第二章

1、应用层协议原理

1.1 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

1.1.1 客户-服务器模式（C/S:client/server)

服务器端：

• 一直运行
• 固定IP地址和周知的端口号
• 扩展性：服务器短的扩展性较差

客户端：

• 主动与服务器通信
• 与互联网有间歇性的连接)
• 可能是动态IP地址
• 不直接与其它客户端通信

缺点：可拓展性差 达到一定能限（阈值），性能暴跌 可靠性差

1.1.2 对等模式(P2P:Peer To Peer)

• (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
• 每一个节点既是客户端又是服务器
  • 自扩展性-新peer节点带来新的
  • 服务能力，当然也带来新的服务请求

1.2、进程通信

进程:在主机上运行的应用程序

• 在同一个主机内，使用进程间通信机制通信（操作系统定义）

• 不同主机，通过交换报文（message）来通信

客户端进程：发起通信的进程
服务器进程：等待连接的进程

注意：P2P架构的应用也 有客户端进程和服务器进程之分

1.3 分布式进程通信需要解决的问题

应用进程如何使用传输层提供的服务交换报文

1.3.1、问题1：进程标识和寻址问题（对于进程 谁发/谁收，对等层实体之间）

• 进程为了接收报文，必须有一个标识

  • 主机：唯一的32位IP地址
  • 端口号(Port Numbers) 用来区分不同的应用进程
    所采用的的传输层协议：TCP/UDP

• 一个进程：用IP + port 标识端节点

• 本质上，一对主机进程之间的通信由2个端节点构成

1.3.2、问题2：传输层-应用层提供服务是如何 (上下层间)

• 位置：层间界面的SAP （TCP/IP ：socket）
• 形式：应用程序接口API （TCP/IP ：socket API）

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) (SDU——未经本层封装的) （发的什么）
• 谁传的:对方的应用进程的标示:IP+TCP(UDP)端口 （谁发的）
• 传给谁:对方的应用进程的标示:对方的IP+TCP(UDP)端口号 （发给谁）

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地址往下交给IP实体，用于封装IP数据报：源IP,目标IP

如果Socket API（原语）每次传输报文（穿过层间），都携带如此多的信息，太繁琐易错，不便于管理
用个代号标示通信的双方或者单方: socket
就像OS打开文件返回的句柄一样
对句柄的操作，就是对文件的操作

1.3.2.1 TCP socket

1、TCP服务，两个进程之间的通信需要之前建立连接，两个进程通信会持续一段时间，通信关系稳定。
2、可以用一个整数（socket）表示两个应用实体之间的通信关系,本地标识
3、用一个整数标识传输，穿过层间接口的信息量最小
4、TCP socket：源IP,源端口，目标IP，目标IP,目标

TCP socket 是一个整数（类似文件描述符）代表一个四元组（我的IP和端口号 对方的IP和端口号）
便于管理 使得穿过层间的信息量最小
是应用层和传输层的一个约定 本地会话的标识

对于使用面向连接服务(TCP）的应用而言，套接字是4元组的一个具有本地意义的标识

• 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)o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

穿过层间接口的包括 ICI 和 SDU

1.3.2.2 UDP socket

1.3.3、问题3：如何使用传输层提供的服务，实现应用进程之间的报文交换，实现应用 （本层间）

• 定义应用层协议：报文格式、解释、时序等
• 编制程序，使用OS提供的API,调用网络基础设施提供通信服务传递报文，解析报文，实现应用时序等；

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