计算机网络开荒2-应用层

一、网络应用体系结构

2.1 客户机/服务器结构(Client-Server,C/S)

服务器

• 7*24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

客户机

• 与服务器通信，使用服务器提供的服务
• 间隙性接入网络
• 可能使用动态IP地址
• 不会与其他客户机直接通信

2.2 点对点结构(Peer-to-peer,P2P)

• 没有永久的在线服务器

• 任意端系统/节点之间可以直接通信

• 节点间歇性接入网络

• 结点可能改变IP

• 优点：高度可伸缩

• 缺点：难以管理
  

2.3 混合结构(Hybrid)

将p2p 和 C/S 结构混合在一起的结构
利用两者的优点、规避两者的缺点

Napster

• 文件传输使用P2P结构
• 文件搜索使用C/S结构—集中式
  • 每个节点想中央登记自己的内容
  • 每个节点向中央查询请求，查找感兴趣的内容
    

二、网路应用的进程通信

进程：主机上运行的程序

2.1 套接字Socket

进程使用Socket发送接受消息

• 传输基础设施向进程提供API

  • 传输协议的选择
  • 参数的设置

• 不同主机上的进程通信，每个进程必须拥有标识符

• 标记寻址主机----IP地址

• 端口号 port number

• 每个需要通信的进程都需要分配一个端口号

  • HTTP Server：80
  • Mail Server: 25
    进程的标识符
  • IP + 端口
    网络应用都应该遵循应用层协议
    公开的协议
  • 有RFC(Request For Comments)定义 TCP/IP的RFC
  • 允许互操作
  • HTTP、SMTP RFC的集合

2.2 应用层协议的内容

• 消息的类型(type)
  • 请求消息
  • 响应消息
• 消息的语法(syntax)格式
  • 哪些字段
  • 字段如何描述
• 字段的语义semantics
  • 字段中信息含义
• 规则rules

三、网络应用的需求与传输层服务

• 数据丢失data lose / 可靠性 reliability
• 时间timing 延迟delay
• 带宽bandwidth

四、Web

World Wide Web

• 网页
• 网页互相链接

网页web page包含多个对象object

• 对象：HTML、JPEG、视频、动态脚本
• 基本HTML：包含对其他对象引用的链接

对象的寻址(addressing)

• URL(Uniform Resource Locator)：统一资源定位器 RFC1738
• Schema://host:port/path

4.1 HTTP

超文本传输协议 HyperText Transfer Protocol

C/S结构

• 客户–Browser：请求、接受、展示Web对象
• 服务器–Web Server：响应客户的请求，发送对象

HTTP版本：

• 1.0 RFC1945

• 1.1 RFC2068

• 使用TCP传输服务

  • Server 80 等待客户机请求
  • 浏览器发起到Server的TCP连接(创建Socket)
  • Server 接受来自浏览器的TCP连接
  • 浏览器和服务器 交换HTTP消息
  • 关闭TCP

• 无状态(stateless)

  • 服务器不维护任何有关客户端过去所发请求的消息

4.1.1 HTTP连接类型

4.1.1.1 非持久性连接 Nonpersistent HTTP

每个TCP连接最多允许传输一个对象
HTTP 1.0中使用非持久性连接

RTT（Round Trip Time）

非持久性连接需要的时间：

非持久性连接的问题：

• 每个对象都需要2个Rtt
• OS需要对每个TCP连接开销资源
• 浏览器会并行打开多个TCP连接，给服务器造成影响

4.1.1.2 持久性连接 Persistent HTTP

每个TCP连接允许传输多个对象
HTTP 1.1默认使用

• 发送相应后，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发送

无流水pipelining的持久性连接

• 客户端收到前一个相应后才发送新的请求
• 每个对象需要1个RTT(开头创建对象还需要1个RTT)

有流水的持久性连接

• HTTP1.1默认选项
• 不用等待前一个对象收到就可以直接发送下一个请求
• 理论收到所有引用对象只需要1个RTT
  

4.1.2 HTTP消息格式

4.1.2.1 请求消息

请求消息 request
响应消息 response

上传数据的方法

• POST方法

  • 网页需要填写的表格form
  • 在请求消息的消息体entity body中上传客户端的输入

• URL方法

  • 输入消息通过requset行的URL字段上传
    www.somesite.com/animalsearch?monkeys&banana

方法的类型

• HTTP1.0
  • GET
  • POST
  • HEAD：请Server不要将所请求的对象放入响应消息中
• HTTP 1.1
  • GET POST HEAD
  • PUT：将消息体中的文件上传到URL字段所指定的路径
  • DELETE：删除URL字段所指定的文件

4.1.2.2 响应消息

状态行的代码

• 200 OK
• 301 Moved Permenently
• 400 Bad Request
• 404 Not Found
• 505 HTTP Version Not Supported

4.2 Cookie

HTTP是无状态的
如何掌握历史的链接行为
eg:登录 购物车

Cookie：网站为了辨别用户身份、进行Session跟踪二存储在用户本地终端上的数据(通常经过加密)

Cookie组件：

• HTTP响应消息的cookie头部行
• HTTP请求消息的cookie头部行
• 保存在客户端主机上的cookie文件、浏览器管理
• Web服务器端的后台数据
  

Cookie的作用：

• 身份认证
• 购物车
• 推荐
• Web Email
• …

4.3 Web缓存技术

在不访问Server的情况下，满足HTTP请求

• 缩短响应时间
• 减少机构组织流量
• 在大范围内Internet实现有效的内容分发

正向代理Proxy：
反向代理：
透明代理：透明代理隐藏在网络内部，对用户和服务器透明，不需要特殊配置便可以使用代理服务。透明代理通常被用于流量控制、内容过滤等场景。例如，GFW就可以通过透明代理屏蔽某些IP地址或者URL

五、P2P

Peer to Peer

• 没有服务器
• 任意节点直接可以通信
• 节点阶段性接入Internet
• 节点可能更换IP

5.1 BitTorrent

虽然BitTorrent具有高效、快速、安全的有点，但是因为一些缺点被很多网站禁止：

• 版权侵犯：传播盗版影视
• 安全问题：去中心化特性容易被黑客利用，篡改Torrent问题件恶意植入病毒
• 传输质量：不能保证文件传输质量和完整性，文件下载一部分无法完成

5.2 索引

P2P系统的索引：信息到节点位置(IP+port)的映射
文件共享(电驴)

• 利用索引动态跟踪节点锁共享的文件的位置
• 节点需要告诉索引自己有哪些文件
• 节点搜索索引，从而能够获知哪些文件

即时消息(QQ)

• 索引负责讲用户映射到位置
• 当用户开启IM应用，需要知道索引它的位置
• 节点检索索引，确定用户的IP

5.2.1 集中式索引

• 节点加入时：通知中央服务器IP 内容

集中式索引缺点：

• 单点失效
• 性能瓶颈
• 版权问题

5.2.2 洪泛式查询 Query flooding

• 完全分布式架构
• 每个节点只对自己共享的文件进行索引
• 节点X & Y 若有TCP连接，那么构成边(虚拟链路)
• 所有活动节点构成网络
• 节点一般邻居< 10个
• 查询命中的话，反向路径发回查询节点

Gnutella采用这种

5.2.3 层次式覆盖网络

集中式 和 洪泛式 结合

分为 超级节点 普通节点

• 节点和超级节点之间维持TCP连接
• 超级节点之间维持TCP连接
• 超级节点跟踪子节点的内容
• 索引分布在每个超级节点上