计算机网络哈工大MOOC（3）应用层协议，

P12
为什么需要计算机网络体系结构？
计算机网络是一个非常复杂的系统，设计许多的组成部分
主机(host)
路由器(routerss)
各种链接(links)
应用(applications)
协议“protocols
硬件，软件”

分层结构
不光光是软件领域，在日常生活当中也是经常使用的，
计算机网络的体系结构？
网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构的
计算机网络体系结构简称为网络体系结构是分层结构的network archtecture
每一层遵循某个、写网络协议完成本层功能的
计算机网络体系机构是计算机网络的各层的以及协议的集合
体系结构是抽象的
为什么采用分层结构？
结构清晰的，有利于识别复杂系统的部件以及关系
分层的参考模型(reference model)
模块化的分层易于系统更新，维护，
任何一层服务的实现的改变对于系统其它的层都是透明的
例如：登机过程的改变并不影响航空系统的其他的部分（层）
有利于标准化

分层是否有不利之处？
系统效率变低了，
entity实体表示任何可发送或者接受信息的硬件或者软件进程
协议是控制两个对等实体进行通信的规则和集合，协议是水平的
协议是控制两个对等实体进行通信的规则和集合，协议是水平的

协议是水平的
任一层实体需要使用下层的服务，遵循本层的协议，实现本层的功能，向上层提供服务，服务是垂直的

实体是表示任何可发送或者接受的信息的硬件或者软件的进程
协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合，协议是水平的
任一层的实体需要使用下层的服务，遵循本层的协议，实现本层的功能，向上层提供服务，服务是垂直的

下层协议的实现对于上层的服务用户来说是透明的
同一个系统的相邻层实体之间通过接口进行交互，通过服务访问点SAP，(Sservice Access Point),交换原语，指定请求的特定的服务

服务访问点SAP，交换原语，指定请求的特点的服务

同系统的相邻层实体之间通过接口进行交互，通过服务访问点SAP，交换原语，指定请求的特点的服务，

P13 OSI参考模型1
开发系统互联OSI参考模型是由国际标准化组织ISO于1984年提出的分层网络体系结构，目的是支持异构网络体系的互联互通
异构网络系统历的国际标准
理解网络通信的最佳的学习的工具
理论成功，市场失败了

物理层-》数据链路层-》网络层-》传输层-》会话层->表示层
OSI参考模型解释的通信过程
主机A-》中间系统-》主机B

主机A要完成七层的功能
网络层-》数据链路层->物理层
应用层-》表示层-》会话层-》传输层-》网络层-》数据链路层-》物理层

并不是物理上到达的，链路，物理介质上通过信号传输
物理层-》数据链路层-》网络层

协议是对等的水平的，
相邻的层之间通过接口，
端到端的层次，
OSI参考模型数据封装的通信过程
主机A用户数据-》主机B
永英曾-》表示层-》会话层-》传输层-》网络层-》数据链路层-》物理层

为什么要进行数据封装？
增加控制信息
构造协议数据单元PDU
控制信息主要包括：
地址Address:标识发送端/接收端
差错检测编码(Error-detectiong code)用于差错检测或者纠正
协议控制(Protocol control):实现协议功能的附加信息，如：优先级(priority),服务质量(QOs)和安全控制等

P14：
OSI参考模型（2）
物理层的功能
实现每一个比特的传输
接口特性
机械特性，电气特性，功能特性，规程特性（过程特性）

比特编码
用什么来表示0，什么来表示1，
什么调制技术，编码技术等
数据率
比特同步
时钟同步，
发送设备和接受设备之间
传输模式
按照什么方式来传输
单工(Simplex)
半双工(half-duplex）

数据链路层的功能;
物理层解决了单一比特的传输

逻辑的数据链路层上一层网络层加头加尾构造帧，
负责结点-结点-(node-to-node)数据传输
组帧(Framing)
物理层只能发送比特
物理寻址(Pyysical addressing)
在帧头当中增加发送端/或者接受端的物理地址标识数据帧的发送端或者接收端

尾部差错检测等信息
物理层只能够发送比特，谁来接受是不清楚的，物理寻址
数据链路层寻址，
在帧头当中增加发送端/接受端的物理地址标识数据帧的发送端或者接收端
流量控制(Flow control)
避免淹没接收端
差错控制(Error control)
检测并且重传损坏或者丢失帧，并且避免重复帧
访问（接入）控制（Access control)）
在任一给定的时刻决定哪一个设备拥有链路（物理介质）控制使用权
网络层功能？
负责源主机到目的主机数据分组(packet)交付
可能穿越多个网络
网络层
传输层数据单元-》去往数据链路层
负责源主机到目的主机数据分组(packet)交付
可能穿越多个网络
邮政地址，全局唯一的
逻辑寻址(logical addressing)
全局唯一的逻辑地址，确保数据分组被送到目的主机，比如：IP地址

网络层功能
路由(Routing)
路由器（或者网关）互连网络，并且路由分组至最终目的主机
路径选择
分组转发

DT data S D 23 09
会话层
传输层(段)
网络层
负责源-目的（端到端）进程之间的完整的报文的传输
传输层
分段和重组
SAP寻址
确保将完整的报文提交归给正确的进程，比如端口号

S-PDU-》
P15:
传输层
分段，重组
SAP寻址
确保将完整的报文提交给正确的进程，比如端口号
流量控制
连接控制
差错控制

会话层
对话控制(dialog controling)
建立维护
同步（synchronization）
在数据流当中插入同步点
最薄的一层

表示层的功能
处理两个系统之间的交换信息的语法和语义的问题synatx and semactics
数据表示转化
实现源主机和目的主机之间的交换信息的语法和语义的关系
转换成为主机的独立的编码
加密/解密
压缩/解压缩

应用层功能
HTTP ,FTP ,SMTP
支持用户通过用户代理（比如浏览器）或者网络接口使用网络（服务）
典型的应用层服务：
文件传输（FTP）
电子邮件(SMTP)
Web(HTTP)

TCP/IP参考模型
HTTP/SMTP//DNS/RTP
先有协议后有模型

IP可以为各种各样的应用程序提供服务

五层参考模型
应用层
传输层
网络层
数据链路层
物理层

综合了OSI和TCP、IP的优点
5层参考模型
应用层

应用层：支持各种网络应用
FTP，SMTP,HTTP
传输层
：进程，进程的数据传输
TCP，UDP
网络层：源主机到目的主机的数据分组路由的转发
IP协议，路由协议等
链路层：相邻的网络元素(主机，交换，路由器等）De数据传输
以太网(Ethernet),802.11(WiFI),PPP
物理层：比特传输

5层模型的数据封装
交换机两层：链路层和物理层
路由器：网络层，链路层，物理层
报文：应用层，传输层，网络层，链路层，物理层
段

P16：
1961-1972早期分组交换原理的提出和应用
1961：Kleinrokc排队论正式分组交换的有效性
1964：Baran:分组交换应用于军事网络
1967:ARPA（Advanced Research Projects)
1969:第一个ARPAnet结点的运行

19722年：
ARPAnet公开延世
第一个主机-主机协议NCP（Network Control Protocol)
第一个电子邮件
ARPnet 15个节点

1972-1980网络互连，大量的新型的私有的网络的涌现
1970：在夏威夷构建了ALOHAnet卫星网络
1974年;Cerf与Khan提出了网络互连体系结构
Cerf与Khan网络互连的基本原则：
极简(minimalism)
自治(autononmy):不需要改变内部网络实现网络互连的
尽力服务(best effoort service）模型
无状态路由器
分散控制

1976年Xerox设计了以太网
70s后期：
私有网络体系结构:DECnet
SNA,XNA
固定长度分组交换:(ATM先驱)
1975年:ARPAnet移交给美国国防部通信局管理
1979：ARPAnet拥有了200个节点
1980-1990新型网络协议与网络激增
1983：部署TCP/IP
1982：定义了smtp:电子邮件协议
1983年:定义了DNS
1985年：定义了FTP协议
1988年，TCp拥塞协议
新型国家网络
CSnet,DITnet,NSFnet,Minitel(法国)

1990s早期：ARPA退役
1991：NSF接触NSFnet的商业应用限制(1995年退役)由私营企业经营
1992年，因特网协会ISOC成立，
1990s后期，Web因公
超文本(hypertext)[Bush 1945,Nelson,1960’s]
HTML,HTTP:Berners-Lee
1994:Mosaic,Netscape浏览器
1990‘s后期，Web开始商业应用

1990‘s后期-2000‘s
更多的极受欢迎的网络应用，即时消息系统（比如QQ），P2P文件共享
网络安全引起重视
网络主机约达50000，网络用户达到1亿以上的
网络主干链路的带宽达到Gbps
2005-今
-7.5亿主机
智能手机和平板电脑
宽带接入的快速部署
无处不在的高速无线接入快速增长
出现在线社交的网络
服务提供商（比如Google,Microsoft）创建其自己的专用网络，
绕开Internet,提供即时的接入搜索，email等服务
电子商务，大学，企业等开始在云当中运行自己的服务
Amazon

P17:应用层
网络应用体系结构
客户机/服务器
P2P
混合结构
网络应用的服务需求
可靠性，
带宽，
时延

Internet传输层服务的模型
TCP，UDP
特定的网络应用协议
HTTP：SMTP,POP,IMAP
DNS,P2P应用
socker
socket编程
TCP,UDP

P18：网络应用的体系结构

网络应用有哪些特点？
与单机应用有哪些本质性的不同？
网络应用应该采取什么样的体系结构？

网络应用的体系结构
客户机、服务器结构(client -server,c/s)
点对点结构(Peer-to-peer,P2P)
混合结构(Hybrid)

客户机/服务器结构
网络应用应该采取什么体系结构？
网络应用的体系结构
客户机/服务器结构(client-server,c/s)
点对点结构(peer-to-peer),p2p
混合结构(hybrid)
服务器
7*24小时提供服务
永久性访问地址、域名
利用大量的服务器实现可扩展性
同时请求服务的数目很多，分布式，可扩展性
农场

客户机

服务器的消费者
与服务器通信，使用服务器提供的服务
间歇性接入网络
可能使用动态IP地址
不会和其他的客户机直接通信

Web
服务器：运行Web服务器软件

纯P2P结构
没有永远在线的服务器
任意端系统/节点之间可以直接通讯
节点间歇性接入网络
节点可能改变IP地址
优点：高度可以伸缩
缺点：难以管理
混合结构：
Napster:
文件传输使用P2P结构
文件的搜索采用C/s结构-集中式
每个节点向中央服务器登机自己的内容
每个节点向中央服务器提交查询请求，查找感兴趣的内容

Napster
文件传输采用P2P结构
文件的搜索采用C/S结构-集中式
每个节点向中央服务器等登记自己的内容
每个节点向中央服务器提交查询请求，查找感兴趣的内容
思考题你：
为每种体系结构找出5中以上的网络应用
从多个方面/角度对比三种体系结构的优缺点

P19网络应用进程的通信
网络应用进程的通信
进程：主机上运行的程序
同一个主机上运行的进程之间如何通信？
进程之间通信机制
操作系统提供
不同的主机上运行的进程之间如何通信？
消息交换
报文交换
客户机进程：发起通信的进程
服务器进程：等待通信请求的进程

采用P2P架构的应用当中有没有客户机进程和服务器进程之分？
有的，也需要通过消息交换
套接字Socket
操作系统提供的一种抽象

进程之间通信利用socket发送/接受消息实现
类似于机芯
发送方将消息送到门外邮箱
发送方依赖（门外的）传输基础设施将消息传到接收方所在的主机，并送到接收方的门外，接收方从门外获取消息
传输基础设施向进程提供API
传输协议的选择
参数的设置
如何寻址进程?
消息传输，消息交换
消息发出去之后，如何寻址继承？
网络世界里面非常普遍的问题，不同主机上的进程之间通信，那么每个家进程必须拥有标识符
如何寻址主机?IP地址
端口号/Port number
为主机上每个需要通信的进程分配一个端口号
HTTP Server:80
Mail Server:25

进程的标识符
IP地址+端口号

应用层协议：
网络应用需要遵循应用层协议
公开的协议
由RFC(REQUEST FOR COMMENTS）定义
允许互相操作
标准化
HTTP,SMTP。。。
RFC文档
私有协议：多数P2P文件共享应用

应用层协议的内容
消息类型type
请求消息
响应消息
语法syntax格式
消息当中有哪些字段
每个字段如何描述？
字段的语义：
字段当中的信息的含义
规则rules
进程合适发送响应消息
进程如何发送响应消息

进程之间的消息的交换，IP地址+端口号