计算机网络——网络应用(上)
一、网络应用层内容概述
1、网络应用的体系结构
(1)客户机/服务器(C/S结构);
(2)P2P(对等连接结构);
(3)混合结构;
2、网络应用的服务要求
(1)可靠性;
(2)带宽;
(3)时延;
3、Internet传输层服务模型
(1)TCP;
(2)UDP;
4、特定的网络应用及协议
(1)HTTP;
(2)SMTP、POP、IMAP;
(3)DNS;
(4)P2P引用;
5、Socket编程
(1)TCP;
(2)UDP;
二、网络应用的基本原理
1、网络应用的特点及示例介绍
(1)典型网络应用
百度、QQ、email、迅雷、支付宝、微信、百度云、淘宝、网易等。
(2)网络应用的特点
①信息的开放性;
②信息的互动性;
③信息传播的迅速性;
④能实现数据信息传输和集中处理;
⑤可以共享计算机系统资源;
⑥能进行分布式处理;
⑦综合信息服务;
2、网络应用体系结构
(1)客户机/服务器结构(C/S结构)
①客户是服务请求方,服务器是服务提供方;
②客户机和服务器都是指计算机进程(软件);
例:
(2)P2P结构
①没有永远在线的服务器;
②任意端系统/节点之间可以直接通讯;
③节点间歇性接入网络;
④节点可能改变IP地址;
(3)混合结构
例:
3、网络应用进程通信
(1)进程
主机上运行的程序。
(2)同一主机上运行的进程之间的通信方法
由操作系统提供的进程间的通信进制。
(3)不同主机上运行的进程的通信方法
消息交换;
(4)套接字:Socket
进程之间的通信利用socket发送/接收消息;
传输基础设施向进程提供API(传输协议的选择,参数的设置);
(5)寻址方法
①不同主机上的进程通信,每个进程必须拥有标识符(IP地址+端口号);
②为主机上每一个需要通信的进程分配一个端口号(注意不要随便用可能冲突);
4、应用层协议
(1)公开协议
是由RFC定义的,允许相互操作;
例:HTTP、SMTP等;
(2)私有协议
多数的P2P文件共享应用。
(3)应用层协议内容
①消息的类型:请求消息、相应消息;
②消息的语法/格式:消息中的字段,每个字段描述方法;
③字段语义:字段中信息的含义;
④规则:规定进程何时发送或响应消息,以及如何发送和响应消息;
注:网络应用需要遵循应用层协议。
5、网络应用需求与传输层服务
(1)网络应用对传输服务的需求
①数据丢失/可靠性
例:某些网络应用能够容忍一定会的数据丢失:网络电话;某些网络应用要求
100%可靠的数据传输,就像文件传输、talnet等;
②时间延迟
例:有些应用只有在延迟足够低的时候才“有效”,就像网络电话/网络游戏等;
③带宽
某些应用只有在带宽达到最低要求的时候才“有效”,网络视频等;还有些应用能够
适应任何带宽——弹性应用:email;
(2)Internet提供的传输服务
①TCP:面向连接(客户机和服务器之间);它提供可靠的传输;还有流量控制的功能
(即发送方的传输速率不会超过接收方的接收速率);还有拥塞控制(即网络负载过重
的时候能限制发送发的发送速度);但是,不提供时间、延迟保障,以及不提供最小宽
带保障。
②UDP:无连接,不提供可靠的数据传输,同时也不提供可靠性保障、流量控制、拥塞
控制、延迟保障、带宽保障等。
三、Web应用
1、Web应用概述
(1)Web与HTTP
①World Wide Web:网页;网页互相包含链接;
②网页包含多个对象:
对象:HTML、JPEG图片、视频文件、动态脚本等;
基本HTML文件:包含对其他对象引用的链接;
③对象的寻址
URL:统一资源定位器 RFC1738;
Scheme://host:port/path;host就是主机的IP,port就是端口号,path就是路径;
例:
这里最前面的协议名省略了,默认是http;
(2)HTTP协议概述
①万维网遵循HTTP协议(HyperText Transfer Protocol);
②C/S结构
客户——Browser:请求、接收、展示Web对象;
服务器——Web Server:响应客户的请求,发送对象;
③HTTP版本
1.0:RFC 1945;
1.1:RFC 2068;
④使用TCP传输服务
⑤无状态
服务器不维护任何有关客户端过去所发送请求的信息;
2、HTTP连接类型
(1)HTTP连接的两个类型
①非持久性连接
每个TCP对象最多允许传输一个对象;
HTTP1.0版本使用非持久性连接;
②持久性连接
每个TCP连接允许传输多个对象;
HTTP1.1版本默认使用持久性连接;
(2)非持久性连接
①每一个链接都需要请求一次,因为由于是非持久性连接,所以每一个连接请求完毕后
都会关闭连接;
例:一个包含多个图片的网页,一开始第一次请求后加载出整个页面的基本内容,
但是由于网页中有多个图片(即多个链接),因为第一次请求完毕后会关闭连接,所以
有时候网速比较慢的时候,就可以清楚的看到后面的图片会一个个慢慢出现,因为它需
要一个个去请求连接;
②响应时间分析与建模
RTT:
从客户端发送一个很小的数据包到服务器并返回所经历的时间;
响应时间:
发起、建立TCP连接:1个RTT;
发送HTTP请求消息到HTTP响应消息的前几个字节到达:1个RTT;
响应消息中所含的文件/对象传输时间;
Total = 2RTT + 文件发送时间;
③非持久性连接的问题
每个对象都需要2个RTT以上的时间;
操作系统需要为每个TCP连接开销资源;
浏览器会打开多个并行的TCP连接以获取网页所需要的对象,多个并发连接给服务
器造成很大的影响;
(3)持久性连接
①发送响应后,服务器保持TCP连接的打开;后续的HTTP消息可以通过这个连接连续发
送;
②客户端只有收到前一个请求的响应后才发送新的请求,每个被引用的对象耗时1个
RTT;
③带有流水机制的持久性连接
HTTP1.1的默认选项;
客户端只要遇到一个引用对象就尽快发出请求;
在理想的情况下,收到所有的引用对象只需要耗时约1个RTT;
3、HTTP消息格式
(1)HTTP请求消息
①类别:请求消息;响应消息;
(2)请求消息
①ASCII:人是直接可读的;
例:
②HTTP请求消息的通用格式:
③上传输入的方法
POST:在请求消息的消息体中上传客户端的输入;
URL方法(GET方法):输入字段通过request行的URL字段上传;
注:上传的信息比较少的话,可以使用GET方法,多的话用POST方法。
(3)方法的类型
①HTTP/1.0:GET;POST;
HEAD:请Server不要将所请求的对象放入响应消息中;(一般用来做测试)
②HTTP/1.1:GET、POST、HEAD;
PUT:将消息体中的文件上传到URL字段所自定的路径;
DELETE:删除URL字段所指定的文件;
(4)HTTP响应消息
(5) HTTP响应状态代码
4、Cookie技术
(1)应用介绍
①某些网站为了辨别用户身份、进行session跟踪而储存在用户本地终端上的数据(通常
经过加密);
②RFC6265;
(2)Cookie的组件
①HTTP响应消息的cookie头部行;
②HTTP请求消息的cookie头部行;
③保存在客户端主机上的cookie文件,由浏览器管理;
④Web服务器端的后台数据库;
(3)Cookie的原理
(4)Cookie的作用
(5)Cookie的问题以及未来的展望
隐私问题;国际上的互联网巨头们都在琢磨Cookie的替代技术,Cookie差不多快走到头
了;
5、Web缓存技术(代理服务器请求)
(1)功能
在不访问服务器的前提下满足客户端的HTTP请求;
(2)发明这种技术的原因
①缩短客户请求的响应时间;
②减少机构/组织的流量开销;
③在大范围内(互联网)实现有效的内容分发;
(3)Web缓存/代理服务器
①用户设定浏览器通过缓存进行Web访问;
②浏览器向缓存/代理服务器发送所有的HTTP请求;
注:如果所请求对象在缓存中,则缓存直接返回对象,否则的话缓存服务器向原始服务
器发送HTTP请求,获取对象,然后返回客户端并保存该对象;
③缓存既充当客户端,也充当服务器;一般由ISP架设;
例:
(4)Web缓存技术的不足以及改进方法
①有时候缓存服务器中的数据和原始服务器中的数据不一致
解决方法:条件性GET方法;
②条件性GET方法基本思想:如果缓存有最新版本,则不需要发送请求对象;
③缓存:在HTTP请求消息中声明所持有版本的日期 if-modified-since:<date>;
④服务器:如果缓存的版本是最新的,则响应消息中不包含对象;
⑤HTTP/1.0 304 Not Modified;
例:
四、Email应用
1、Email应用的构成
(1)Email应用的组成构件
①邮件客户端;
②邮件服务器;
③SMTP协议;
(2)邮件客户端
①读、写Email消息;
②与服务器交互,收、发Email消息;
③Outlook,Foxmail,Thunderbird;
④Web客户端;
(3)邮件服务器
①邮箱:存储发给用户的Email;
②消息队列:存储等待发送的Email;
(4)SMTP协议
①邮件服务器之间传递消息所使用的的协议;
②客户端:发送消息的服务器;
③服务器:接收消息的服务器;
④使用TCP进行email消息的可靠传输;端口25;
⑤传输过程的三个阶段:握手、消息的传输、关闭;
⑥命令/响应模式:命令(ASCII文本),响应(状态代码和语句);
⑦Email消息只能包含7位ASCII码;
⑧持久性连接;
⑨利用CRLF.CRLF来确定消息的结束。
(5)Email应用示例
(6)与HTTP对比
2、Email消息格式与POP协议
(1)Email消息格式
①SMTP:email消息的传输/交换协议;
②RFC 822:文本消息格式标准:
③MIME:多媒体邮件扩展RFC 2045,2056;通过在邮件头部增加额外的行为声明MIME
的内容类型;
例:
(2)邮件访问协议
邮件访问协议:从浏览器获取邮件;
(3)POP协议
①认证过程:
客户端命令:User(声明用户名);Pass(声明密码);
服务器响应:+OK;-ERR;
②事务阶段:
List:列出消息数量;
Retr:用编号获取消息;
Dele:删除信息;
Quit:退出;
③“下载并删除”模式
用户如果换了客户端软件,无法重读该邮件;
④“下载并保持”模式
不同客户端都可以保留消息的拷贝;
⑤POP3协议是无状态的;
(4)IMAP协议(有状态协议)
①所有消息统一保存在一个地方:服务器;
②允许用户利用文件夹组织消息;
③IMAP支持跨会话(session)用户状态:文件夹的名字;文件夹与消息ID之间的映射
等;
五、DNS应用
1、DNS概述
(1)DNS解决的问题
①Internet上主机/路由器的识别问题:
IP地址(网络内部真正用作识别);
域名(人使用);
(2)IP地址和域名的映射(域名解析系统DNS)
①多层命名服务器构成的分布式数据库;
②应用层协议:完成名字的解析(Internet的核心功能就是用应用层协议实现;网络边界
很复杂);
(3)DNS服务
①域名向IP地址的翻译;
②主机别名;
③邮件服务器别名;
④负载均衡:Web服务器;
(4)不使用集中式DNS的原因
①单点失败问题;
②流量开销问题;
③使用点距离远近的问题;
④维护性问题;
所以DNS是不可伸缩的;
(5)DNS分布式层次数据库
①第一层是根服务器,第二层是顶级域名服务器,第三层是权威域名服务器。
②图例:
例:
(6)DNS根域名服务器
①本地域名解析服务器无法解析域名的时候,访问根域名服务器;
②根域名服务器如果不知道映射,就会访问权威域名服务器,然后获得映射之后向本地
域名服务器返回映射;
(7)TLD和权威域名解析服务器
①顶级域名服务器(TLD):
负责com、net、org、edu等顶级域名和国家顶级域名,例如cn、uk、fr等;
组织维护关系(例):
Network Solution维护com顶级域名服务器;
Educause维护edu顶级域名服务器;
②权威域名服务器:
组织的域名解析服务器,提供组织内部服务器的解析服务;
组织负责维护或服务提供商负责维护;
(8)本地域名解析服务器
①不严格属于层级体系;
②每个ISP有一个本地域名解析服务器(是默认域名解析服务器);
③当主机进行DNS查询时,查询被发送到本地域名服务器(作为代理,将查询转发给
(层级式)域名解析服务系统);
④迭代查询:
⑤递归查询:
(9)DNS记录缓存和更新
①只要域名解析服务器获得域名——IP映射,即缓存这一映射(一段时间过后,缓存条
目失效(删除);本地域名服务器一般会缓存顶级域名服务器的映射,因此根域名服务
器不经常被访问);
②记录的更新/通知机制
2、DNS记录和消息
(1)DNS记录(资源记录)
①Type=A
Name:主机域名;
Value:IP地址;
②Type=NS
Name:域(edu.cn);
Value:该域权威域名解析服务器的主机域名;
③Type=CNAME
Name:某一真实域名的别名(例:www.ibm.comservereast.backup2.ibm.com)
④Type=MX
Value是与Name相对应的邮件服务器;
(2)DNS协议与消息
①DNS协议:
查询和回复(消息);
消息格式相同;
②消息头部:
Identification:16位查询编号,回复使用相同的编号;
Flags:查询或回复;期望递归;递归可用;权威回答;
3、如何注册域名
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