计算机网络之应用层

进程通信

1. 进行通信的实际上是进程。
2. 网络应用程序由成对进程组成，通过网络相互发送报文。
3. 套接字是同一台主机内应用层与运输层之间的接口。

运输服务

很多网络提供了不止一种运输层协议。当开发一个应用是，必须选择一种可用的运输层协议。

运输层协议提供的服务：

1. 可靠数据传输
   当分组因“路由器缓存溢出”而丢失，提供确保数据交付服务。
   应用： 容忍丢失的应用、交谈式音频和视频。
2. 吞吐量
   确保应用程序以某种速率交付比特。
   具有吞吐量要求的程序为带宽敏感应用（语音），否则为弹性应用（email、Web、文件传输）。
3. 定时
   运输层协议提供定时保证。
   如：发送方注入套接字的比特到达接受方案套接字不迟于100ms。
4. 安全性
   提供一种或多种安全服务。
   如：加密发送进程传输的数据，接受时解密数据完整性和端点鉴别。

因特网提供的运输服务

TCP 服务（面向连接服务与可靠数据传输服务）

面向连接服务：应用层数据报文流动之前，TCP 让客户和服务器互相交换运输层控制信息，即握手，让他们为分组的到来做好准备。
可靠数据传输服务
拥塞控制机制

SSL 是对TCP 加强，包括加密、数据完成性、端点鉴别

UDP 服务

无连接、无发送前握手过程，不可靠数据传输。接受的报文可能是乱序到达的。

应用层协议

包含的内容：

1. 交换的报文类型（请求报文/响应报文）。
2. 各种报文类型的语法。
3. 字段的语义。
4. 确定一个进程何时、如何发送报文，及时响应规则。

与网络应用的关系

• HTTP之于Web应用
• SMTP之于电子邮件应用

Web 和 HTTP （HyperText Transfer Protocol）

• HTTP 使用TCP 作为运输协议
• 服务器向客户发送被请求的文件，而不存储关于该客户的状态信息，所以说HTTP 是无状态协议

非持续连接

每个请求/响应经一个单独的TCP连接发送。

1. HTTP客户进程在端口号80发送一个到服务器的TCP连接（第一次握手）。
2. 服务器用一个小TCP报文段确认和响应（第二次握手）。
3. HTTP客户经套接字向服务器发送一个HTTP请求报文（第三次握手）。
4. HTTP服务器进程经套接字接收请求报文，检索对象，在响应报文中封装对象后，经API发送至客户。
5. HTTP服务器进程通知TCP断开该TCP连接。
   

浏览器对Web页面解释，解释方法与Web页面毫无关系。

持续连接（默认方式）

• 一个完整页面（HTML文件+图片等）可以单个持续TCP连接进行传送。
• 甚至多个Web页面可以在单个持续TCP连接上进行。
• HTTP默认模式是使用带流水线的持续连接。

HTTP 报文格式

请求报文

响应报文

状态码短语

代码	状态	含义
200	OK	请求成功
301	MovedPermanently	请求对象已经被永久转移至新的URL，在响应报文Location: 首部行中
400	Bad Request	通用差错代码，请求不能被理解
404	Not Found	被请求文档不再服务器上
505	HTTP Version Not Supported	不支持报文的HTTP版本

cookie

HTTP服务器无状态 $\to$ Web 站点无法识别用户
为了使内容与用户身份联系起来（淘宝），使用 cookie
4个组件

1. HTTP响应报文中的一个cookie 首部行。
2. HTTP请求报文中的一个cookie 首部行。
3. 用户端系统中保留一个cookie 文件，由浏览器进行管理。
4. 位于Web站点的一个后端数据库。

cookie 的生成过程

Web缓存（代理服务器）

流程

架构

条件GET 方法

• 存放在缓存器中的对象副本可能是陈旧的，被修改了

代理服务器 $\stackrel{请求}{\to }$ Web服务器
Web 服务器 $\stackrel{LastModified：T}{\to }$ 缓存器
缓存器存储最后修改日期
当用户浏览器请求缓存器是，缓存器发送If modified-since： T 到Web 服务器
若服务器没有修改，只发送状态行和首部行

HTTP / 1.1 304 Not Modified
Date: xxx
Serve: xxx
[没有实体体]

SMTP、POP3、IMAP

• SMTP 是一个推协议，即发送服务器将邮件推向接受服务器。
• HTTP 是一个拉协议。
• POP3 是一个拉协议。
• 在文件传送时，HTTP和SMTP都使用持续连接。

• IMAP将邮件与文件夹关联。
• 邮件可以在文件夹之间移动、查询、匹配邮件。
• IMAP 服务器维护了 IMAP 会话的用户状态信息。
• IMAP 允许用户代理获取报文某些报文某些部分的命令。

DNS 因特网的目录服务

1. 一个由分成的DNS 服务器实现的分布式数据库。
2. 主机能够查询分布式数据库的应用层协议。

• DNS 服务器是运行 BIND 软件的 UNIX 机器
• DNS 协议运行在UDP 之上，使用53 号端口

• 根DNS 服务器：400多个分布世界，13个组织管理
• 顶级域DNS 服务器：com、org、edu、gov、uk、fr、jp
• 权威DNS 服务器： xxx.edu

本地DNS服务器（LDNS）

每个ISP 都有一台本地DNS 服务器
例： 8个DNS 报文