DJ2-1 应用层协议原理

目录

1. 研发一个网络应用程序

2. 网络应用程序体系结构

3. 进程通信

4. 进程与计算机网络的接口 - 套接字

5. 进程寻址

6. 应用层协议

7. 应用需要什么样的服务？

8. 因特网传输协议提供的服务

9. 安全 TCP

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1. 研发一个网络应用程序

1）研发网络应用程序的核心

写出能够运行在不同的端系统并通过网络彼此通信的程序，例如，Web：Web 服务器软件和浏览器软件通信。

网络仅起传递数据的作用，自身并不会产生用户数据，因此网络不需要运行应用程序。

2）没有应用程序运行在网络核心设备上

由于网络不需要运行应用程序，可以看出网络核心设备不在应用层起作用。这种设计方法促进了应用程序的研发，因为研发者不需要关心网络核心设备是怎么样的。

3）设计内容

• 本地程序
• 供本地程序使用的应用层协议

2. 网络应用程序体系结构

即，应该遵循怎样的交互形式。

1）客户机/服务器体系结构

2）P2P 体系结构

3）客户机/服务器和 P2P 混合的体系结构

1）客户机/服务器体系结构

服务器

• 总是打开的主机（任一时刻都能访问）
• 具有固定的、众所周知的 IP 地址（域名）
• 主机集群常被用于创建强大的虚拟服务器（采用主机集群）

客户机

• 同服务器端通信（否则是单机）
• 可以间断的同服务器连接（需求不是持续的）
• 可以拥有动态 IP 地址
• 客户机相互之间不直接通信

《十美元》假设教室里有一个老师和很多同学，此时有一个同学找到老师说 “老师，我需要十美元”，随后老师慷慨地给了这位同学十美元。

2）P2P 体系结构

• 没有总是打开的服务器（既是客户机又是服务器）
• 任意一对主机直接相互通信
• 对等方间歇连接并且可以改变 IP 地址

例如：Gnutella

• 优点：自扩展性
• 缺点：难以管理

《十美元》假设教室里有很多同学，每个同学身上持有不同币种的货币。此时有一个同学对其他所有人大喊一声 “我需要十美元”，那么身上有十美元的同学说 “我有十美元”，并把自己的十美元给那个需要的同学。

3）客户机/服务器和 P2P 混合的体系结构

该体系结构中，服务器只是一个信息的提供者，并不是真实的数据提供者。

优点：能够定向找到目标。

举例 1：Napster

文件直接在对等方之间交换

• 文件搜索通过服务器
• 中心服务器记录对等方内容
• 对等方查询中心服务器来决定要求的文件位置

举例 2：即时讯息

两个聊天用户之间是 P2P

• 注册、查询通过服务器
• 用户上线时要在中心服务器上进行注册
• 用户与中心服务器联系以找出在线伙伴

《十美元》假设教室里有一个老师和很多同学，每个同学身上持有不同币种的货币，并且把自己的持有情况报告给了老师。此时有一个同学找到老师说 “老师，我需要十美元”，那么老师将会查询每个同学的持有情况，告诉这位同学 “XXX 身上有十美元”。随后这位同学找到 XXX 同学，XXX 同学把自己的十美元给这位需要的同学。

3. 进程通信

进程：运行在端系统中的程序。

• 客户进程：发起通信的进程。
• 服务器进程：等待联系的进程。

注意：具有 P2P 体系结构的应用程序既有客户进程和服务器进程。

1）同一主机上的两个进程通过内部进程通信机制进行通信。

1. 通过读/写文件进行通信
2. 通过内存进行通信
3. 通过消息对列进行通信
4. 通过网络层进行通信：127.0.0.1 回环地址/本机地址

2）不同主机上的进程通过交换报文相互通信。

1. U 盘
2. 网络

4. 进程与计算机网络的接口 - 套接字

由于应用程序需要使用传输层的服务，因此应用程序必须实现应用层。

1）进程通过它的套接字在网络上发送和接收报文

2）将套接字类比于门户

• 发送进程把报文推出门户
• 发送进程假定门户到另外一侧之间有运输设施，该设施可以传送报文到接收进程

3）套接字又叫做应用程序编程接口 API 。

4）用户通过 API 对传输层的控制仅限于：

• 选择传输协议
• 能设定几个参数

5. 进程寻址

为了一个进程能接收报文，它需要一个标识。

主机有唯一的 32 位 IP 地址。

• 问：主机的 IP 地址足够标识进程吗？
• 答：不能。因为一台主机上能够运行许多进程。

主机上的进程标识包括 IP 地址和端口号。

常用应用程序的端口号：

• Web服务：80
• 邮件服务：25

将在第三章详细分析端口号。

6. 应用层协议

1）交换的报文类型，如请求报文和应答报文。

2）报文类型的语法：报文中的各个字段及其详细描述。

3）字段的语义，即包含在字段中的信息的含义。

4）进程何时、如何发送报文及对报文进行响应。

公共领域协议	专用协议
由 RFC 文档定义 可供大家使用 例如：HTTP，SMTP	例如： KaZaA，Skype

7. 应用需要什么样的服务？

数据丢失率	一些应用 （如：实时音频）能容忍一定程度的数据丢失；另一些应用（如：文件传输，telnet）需要100％可靠的数据传输。
定时	一些应用（如：因特网电话、多方游戏）要求低时延。
带宽和吞吐量	一些应用（如：多媒体）必须要达到所需带宽；另一些应用（弹性应用）根据需要充分利用可供使用的带宽。
安全	加密，数据完整性等。

常见应用的传输服务需求

由于不同应用对传输服务的需求不同，因此需要选用不同的传输层协议来提供服务。

8. 因特网传输协议提供的服务

UDP 服务是一种尽力而为的服务。

TCP 服务	UDP 服务
面向连接的服务：在客户机程序和服务器程序之间必须建立连接 可靠的传输服务：接收和发送进程间 流量控制：发送方不会淹没接收方 拥塞控制：网络出现拥塞时抑制发送进程 没有提供：时延保证，最小带宽保证	不可靠数据传输 没有提供：建立连接，可靠性，流量控制，拥塞控制，时延和带宽保证

因特网应用：应用层协议，传输协议

9. 安全 TCP

	TCP 和 UDP	SSL	SSL 在应用层
特点	没有加密；网络明文传输，如用户名和口令信息等。	提供加密的 TCP 连接；保证数据完整性；端点认证，即找指定的服务商备案。	应用程序使用 SSL 库调用 TCP 服务接口；SSL 提供套接字 API 。
位置	传输层。	Security Socket Layer 作为套接字，处于应用层和传输层之间。	SSL 在应用层。

网址中 https 的 s 指的就是 SSL 。