应用层笔记

1、应用层协议原理

1.1 网络应用程序体系架构

在选择应用程序体系结构时，应用程序研发者很可能利用现代网络应用程序中所使用的两种主流
体系结构之一：客户-服务器体系结构或对等（P2P）体系结构。
在 客户-服务器体系结构（client-server architecture）中，有一个总是打开的主机称为
服务器，它服务于来自许多其他称为客户的主机的请求。一个典型的例子是Web应用程
序，其中总是打开的Web服务器服务于来自浏览器（运行在客户主机上）的请求。当
Web服务器接收到来自某客户对某对象的请求时，它向该客户发送所请求的对象作为响
应。值得注意的是利用客户-服务器体系结构，客户相互之间不直接通信；例如，在Web
应用中两个浏览器并不直接通信。客户-服务器体系结构的另一个特征是该服务器具有固
定的、周知的地址，该地址称为IP地址（我们将很快讨论它）。因为该服务器具有固定
的、周知的地址，并且因为该服务器总是打开的，客户总是能够通过向该服务器的IP地
址发送分组来与其联系。具有客户-服务器体系结构的非常著名的应用程序包括Web、
FTP、Telnet和电子邮件。
在一个 P2P 体系结构（P2P architecture） 中，对位于数据中心的专用服务器有最小的
（或者没有）依赖。相反，应用程序在间断连接的主机对之间使用直接通信，这些主机对
被称为对等方c这些对等方并不为服务提供商所有，相反却为用户控制的桌面机和膝上机
所有，大多数对等方驻留在家庭、大学和办公室。因为这种对等方通信不必通过专门的服
务器，该体系结构被称为对等方到对等方的。许多目前流行的、流量密集型应用都是P2P
体系结构的。这些应用包括文件共享（例如BitTorrent） x对等方协助下载加速器（例如迅
雷）、因特网电话和视频会议（例如Skype）。
P2P体系结构的最引人入胜的特性之一是它们的自扩展性（self-scalability） o例如,
在一个P2P文件共享应用中，尽管每个对等方都由于请求文件产生工作负载，但每个对等
方通过向其他对等方分发文件也为系统增加服务能力。

1.2、进程通信
  1. 客户和服务器进程
    网络应用程序由成对的进程组成，这些进程通过网络相互发送报文。例如，在Web
    应用程序中，一个客户浏览器进程与一台Web服务器进程交换报文。在一个P2P文件共
    享系统中，文件从一个对等方中的进程传输到另一个对等方中的进程。对每对通信进程,
    我们通常将这两个进程之一标识为 客户（client）,而另一个进程标识为 服务器（serve"。
    对于Web而言，浏览器是一个客户进程，Web服务器是一台服务器进程。对于P2P文件
    共享，下载文件的对等方标识为客户，上载文件的对等方标识为服务器。
  2. 进程与计算机网络之间的接口

    如上所述，多数应用程序是由通信进程对组成，每对中的两个进程互相发送报文。从
    一个进程向另一个进程发送的报文必须通过下面的网络。进程通过一个称为 套接字（sock,
    el）的软件接口向网络发送报文和从网络接收报文。我们考虑一个类比来帮助我们理解进
    程和套接字。进程可类比于一座房子，而它的套接字可以类比于它的门。当一个进程想向
    位于另外一台主机上的另一个进程发送报文时，它把报文推出该门（套接字）。该发送进
    程假定该门到另外一侧之间有运输的基础设施，该设施将把报文传送到目的进程的门口。
    一旦该报文抵达目的主机，它通过接收进程的门（套接字）传递，然后接收进程对该报文
    进行处理。
  3. 进程寻址
    为了向特定目的地发送邮政邮件，目的地需要有一个地址。类似地，在一台主机上运
    行的进程为了向在另一台主机上运行的进程发送分组，接收进程需要有一个地址。为了标
    识该接收进程，需要定义两种信息：①主机的地址；②在目的主机中指定接收进程的标
    识符。
    在因特网中，主机由其 IP地址 (IP address)标识。我们将在第4章中非常详细地讨
    论IP地址。此时，我们只要知道IP地址是一个32比特的量且它能够唯一地标识该主机就
    够了。除了知道报文发送目的地的主机地址外，发送进程还必须指定运行在接收主机上的
    接收进程(更具体地说，接收套接字)。因为一般而言一台主机能够运行许多网络应用,
    这些信息是需要的。目的地 端口号 (port number)用于这个目的。已经给流行的应用分配
    了特定的端口号。例如，Web服务器用端口号80来标识。邮件服务器进程(使用 SMTP
    协议)用端口号25来标识。用于所有因特网标准协议的周知端口号的列表能够在http:〃
    WWW. iana. org处找到。
1.3 可供应用程序使用的运输服务

一个运输层协议能够为调用它的应用程序提供什么样的服务呢？我们大体能够从四个
方面对应用程序服务要求进行分类：可靠数据传输、吞吐量、定时和安全性。

  1. 可靠数据传输
  • 可靠数据传输
  • 容忍丢失的应用
  1. 吞吐量
    在第1章中我们引入了可用吞吐量的概念，在沿着一条网络路径上的两个进程之间的
    通信会话场景中，可用吞吐量就是发送进程能够向接收进程交付比特的速率。
    具有吞吐量要求的应用程序被称为 带宽敏感的应用（bandwidth-sensitive application）。
    带宽敏感的应用具有特定的吞吐量要求，而 弹性应用（elastic application）能够根据
    当时可用的带宽或多或少地利用可供使用的吞吐量。
  2. 定时
    运输层协议也能提供定时保证。如同具有吞吐量保证那样，定时保证能够以多种形式
    实现。一个保证的例子如：发送方注入进套接字中的每个比特到达接收方的套接字不迟于
    100ms。
  3. 安全性
    最后，运输协议能够为应用程序提供一种或多种安全性服务。例如，在发送主机
    中，运输协议能够加密由发送进程传输的所有数据，在接收主机中，运输层协议能够在
    将数据交付给接收进程之前解密这些数据。这种服务将在发送和接收进程之间提供机密
    性，以防该数据以某种方式在这两个进程之间被观察到。
4、因特网提供的运输服务
  1. TCP服务
    TCP服务模型包括面向连接服务和可靠数据传输服务。当某个应用程序调用TCP作为
    其运输协议时，该应用程序就能获得来自TCP的这两种服务。
    TCP协议还具有拥塞控制机制，这种服务不一定能为通信进程带来直接好处，但能为
    因特网带来整体好处。当发送方和接收方之间的网络出现拥塞时，TCP的拥塞控制机制会
    抑制发送进程（客户或服务器）。
  2. UDP服务
    UDP是一种不提供不必要服务的轻量级运输协议，它仅提供最小服务。UDP是无连
    接的，因此在两个进程通信前没有握手过程。UDP协议提供一种不可靠数据传送服务，也
    就是说，当进程将一个报文发送进UDP套接字时，UDP协议并不保证该报文将到达接收
    进程。不仅如此，到达接收进程的报文也可能是乱序到达的。
    UDP没有包括拥塞控制机制，所以UDP的发送端可以用它选定的任何速率向其下层
    （网络层）注入数据。
5、应用层协议

应用层协议 （application-layer protocol）定义了运行在不同
端系统上的应用程序进程如何相互传递报文。特别是应用层协议定义了 ：

  • 交换的报文类型，例如请求报文和响应报文。
  • 各种报文类型的语法，如报文中的各个字段及这些字段是如何描述的。
  • 字段的语义，即这些字段中的信息的含义。
  • 确定一个进程何时以及如何发送报文，对报文进行响应的规则。
posted @ 2020-12-20 12:13  luotuoccc  阅读(179)  评论(0)    收藏  举报