主要为上一次没有写道的应用层应用，包括Email、DNS、P2P，以及Socket编程。

Email应用

Email应用的构成

邮件客户端：读、写Email消息

邮件服务器：提供邮箱，存储发给该用户的Email；消息队列，存储等待发送的Email

SMTP协议

邮件服务器之间传递消息所使用的协议。

使用TCP协议，端口25。

三个阶段：握手、消息的传输、关闭

命令/响应交互模式：

​ 命令（command）：ASCII文本

​ 响应（response）：状态代码和语句

SMTP交互模式

特点：使用持久性连接、要求消息必须由7位ASCII码构成、利用CRLF.CRLF确定消息的结束。

HTTP为拉式，SMTP为推式。都使用命令/响应交互模式，命令和状态码都为ASCII码，HTTP将每个对象封装在独立的响应消息中，SMTP将多个对象在由多个部分构成的消息中发送。

Email消息格式

头部行（header）：To，From，Subject （与SMTP命令不同）

消息体：消息本身，只能是ASCII字符

MIME（多媒体邮件扩展）：通过在邮件头部增加额外的行以声明MIME的内容类型

MIME

将多媒体数据按照规定的编码方式编码为ASCII码放到消息体中。

邮件访问协议

POP（Post Office Protocol）协议：

​ 认证和下载，无状态协议

IMAP（Internet Mail Access Protocol）：

​ 更多的功能，能够操纵服务器上存储的信息，允许用户利用文件夹组织消息，支持跨会话的用户状态

HTTP：

​ 163，QQ等

DNS（Domain Name System）

目的：解决互联网上的主机/路由器识别问题，域名和IP地址之间的映射。

DNS：由多层命名服务器构成的分布式数据库，完成名字的解析。

功能：域名向IP地址的翻译、主机别名、邮件服务器别名、负载均衡（提供多个映射，轮流访问）。

集中式DNS的缺点：单点失败问题、流量问题、距离问题、维护性问题。

DNS服务器结构

DNS层次

DNS查询过程

  • 根域名服务器：本地域名服务器无法解析时，访问根域名服务器

  • 顶级域名服务器（TLD）：负责com，org，net等顶级域名和国家顶级域名

  • 权威域名服务区：组织的域名解析服务器，提供组织内部服务器的解析服务

  • 本地域名解析服务器：不严格属于层次体系，每一个ISP有一个本地域名服务器，当主机进行DNS查询时，将查询发送出去，功能类似于proxy

查询时采用迭代查询或递归查询

迭代查询：

迭代查询

递归查询：

递归查询

DNS记录缓存与更新

只要域名解析服务器获得域名——IP映射，就缓存信息。

DNS记录和消息格式

DNS记录

资源记录（RR，resource records）：name，value，type，ttl

  • Type=A：（主机到IP的映射） name：主机域名 value：IP地址

  • Type=NS：（域到解析服务器的映射）name：域 Value：该域权威域名解析服务器的主机域名

  • Type=CNAME （别名）name：别名 value：真实域名

  • Type=MX （用于邮件服务）value是与name相对应的邮件服务器

DNS协议

查询（query）/回复（reply）协议，消息格式相同

DNS报文

P2P应用

特点：没有服务器和客户的概念，任意端系统之间直接通信，结点间断性接入，IP地址可能改变。

BitTorrnt

torrent：交换同一个文件快的结点组

tracker：跟踪参与torrent的结点

​ 文件被划分为256KB的chunk，结点加入torrent后，向tracker注册以获得节点清单，与某些邻居建立连接，下载的同时，结点需要向其他结点上传chunk，一旦结点获取完整文件，可以离开或留下。

​ 任意时刻，不同的结点持有不同chunk集合，结点定期查询每个邻居持有的chunk列表，结点优先请求稀缺的chunk。同时，有“一报还一报”的机制激励结点向其他结点上传。

索引技术

P2P系统的索引：信息到结点位置（IP+端口号）的映射。

文件共享中，利用索引动态跟踪结点共享的文件的位置；在即时消息软件中，索引负责将用户名映射到位置。

集中式索引

​ 拥有一个中央服务器，任意一个结点加入时，需要通知中央服务器，查找时需要请求中央服务器获取信息。

​ 缺点：单点失效问题（类比集中式DNS的缺点）、性能瓶颈、版权问题。

洪泛式查询

​ 完全分布式架构，每个结点对它共享的文件进行索引，且只对它共享的文件进行索引。

​ 结点X与Y之间如果有TCP连接，就构成图中的一个边，所有的结点和边形成覆盖网络。查询消息通过已有的TCP连接发送。收到查询的结点会继续转发查询消息，如果查询命中，则利用反向路径发回查询结点。这样的查询方式称为洪泛式查询。

洪泛式查询

​ 洪泛式查询会导致消息泛滥，引起网络拥堵。

层次式覆盖网络

​ 介于集中式索引和洪泛查询之间。每个结点或者是一个超级结点，或者被分配一个超级结点。结点与超级结点之间维持TCP连接，某些超级结点对之间维持TCP连接。超级结点负责跟踪子节点的内容。

层次式覆盖网络

Socket编程

网络程序可能的设计方式：

  • 直接网卡编程：硬件相关

  • 基于Packet Driver编程：屏蔽网卡细节

  • 基于NDIS网络编程：Windows

  • 基于一些函数库

  • NetBIOS编程：Windows

  • socket编程：在应用层和传输层之间

  • Web/RPC/中间件编程：应用层之上

    ​ Socket对外通过IP地址和端口号来标识通信端点，在操作系统内通过套接字描述符管理。类似于文件的抽象，当应用进程创建套接字时，操作系统分配一个数据结构存储套接字的相关信息，同时返回套接字描述符，指向对于的Socket数据结构。