计算机网络（2）-应用层(part1)

介绍5层模型中的应用层,包括网络应用的基本结构,HTTP协议,Web服务等

网络应用的体系结构

客户机/服务器结构（Client-Service，C/S）

点对点结构（Peer-to-Peer，P2P）

​ 没有永久在线的服务器，任意结点之间可以直接通讯，结点间歇性接入网络、可以改变IP地址，如BT服务。

​ 优点：高度可伸缩

​ 缺点：难于管理

混合结构

​ 将上述两种结构混合使用，不同功能使用不同的结构。

网络应用进程通信

进程：主机上运行的程序

同一主机上的进程之间的通信由操作系统提供

不同主机上的进程之间进行通信需要通过消息交换

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

进程之间通信利用套接字（Socket）发送/接收消息，Socket是由操作系统提供的网络操作的API

进程寻址

寻址主机：IP地址

区分主机上的不同进程：端口号（Port number）

有一些固定的端口：

​ HTTP Service： 80

​ Mail Service： 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。

公开协议：由RFC定义，运行互操作，如HTTP等

私有协议：多数P2P文件共享应用

应用层协议内容：

​ 消息的类型：请求消息、响应消息

​ 语法

​ 语义

​ 规则：如何时发送/响应消息

网络应用需求

数据丢失（data loss）/可靠性（reliability）

某些网络应用容忍一定数据丢失，如网络电话、视频服务

某些网络应用要求可靠的数据传输，如文件传输

时间（timing）/延迟（delay）

某些应用需要足够低的延迟，如网络电话、网络游戏

带宽（bandwidth）

某些应用有带宽要求，如网络视频

某些应用可以适应任何带宽，如下载、Email

Internet提供的传输服务

TCP服务

面向连接

可靠传输

流量控制

拥塞控制

不提供时间/延迟保障

不提供最小带宽保障

UDP服务

无连接

不可靠的数据传输

也不提供TCP中提到的其他保障

Web应用

World Wide Web： Tim Berners-Lee

通过URL寻址Web对象： Scheme：// host：port / path

HTTP协议

C/S结构，客户——浏览器，服务器——Web服务器

使用TCP传输协议

无状态协议：服务器不维护任何有关客户端过去所发送的请求的信息

HTTP连接

非持久性连接

每个TCP连接最多允许传输一个对象，HTTP1.0版本

服务器在发出响应消息后关闭TCP连接，如果客户端还有需要的信息，需要重新建立TCP连接。

总时间为两个RTT加上文件发送时间

问题：每个对象都需要两个RTT，资源浪费，浏览器会打开多个并行的TCP连接以节约时间，会给服务器端造成过大压力

持久性连接

每个TCP连接允许传输多个对象，HTTP1.1版本默认

服务器发送响应后，保持TCP连接的打开，后续的HTTP消息可以继续通过这个连接发送

无流水线的持久性连接：客户端收到前一个响应再发送新的请求，每个对象耗时一个RTT

有流水线机制的持久性连接：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，理想状况下，收到所有对象只需要1个RTT

HTTP消息格式

HTTP请求报文

ASCII编码

例子：

上传输入的方法：POST方法，在请求消息的实体主体中上传；URL方法，使用GET方法，输入消息通过URL字段上传

HTTP1.0：GET，POST，HEAD（请浏览器不要将请求的对象放入响应消息中）

HTTP1.1：GET，POST，HEAD，PUT，DELETE

HTTP响应消息

HTTP响应状态代码

200 OK

301 Moved Permanently

400 Bad Request

404 Not Found

505 HTTP Version Not Supported

Cookie技术

HTTP为无状态协议，但很多应用需要服务器掌握客户端的状态，如网上购物。

Cookie技术为某些网站为了辨别用户身份、进行session跟踪而存储在用户本地终端上的数据（通常加密）

Cookie组件：HTTP请求和响应消息的Cookie头部行、保存在客户端主机上的Cookie文件、Web服务器上的数据库

可以用于身份认证、购物车、推荐、Email等

问题：隐私

Web缓存/代理服务器（proxy server）技术

功能：在不访问服务器的前提下满足客户端的HTTP请求

优点：缩短客户请求的响应时间、减少机构/组织的流量开销、在大范围内实现有效的内容分发（CDN）

浏览器向缓存/代理服务器发送所有的HTTP请求,如果所请求的对象在缓存中,则返还缓存对象;否则,缓存服务器向原始服务器发送HTTP请求,获取对象,并把对象保存以及返回给客户端.

一般由ISP架设,即充当客户端,又充当服务器

条件性GET方法

目标:如何缓存有最新的版本,则不需要发送请求对象

缓存:在HTTP请求中声明所持有版本的日期