第2章：应用层

1.应用层协议原理

网络应用程序体系结构

客户-服务器体系结构（client-server architecture）

server
- always-on host
- 固定IP
clients
- 动态IP
- 互相之间不直接通信
- 和server通信

P2P体系结构

主机对之间直接通信
自扩展性

进程通信

多个进程运行在相同端系统上，进程间相互通信

两个不同端系统上的进程，通过跨越计算机网络交换报文而相互通信

客户和服务器进程

对每对通信进程，将两个进程之一标识为客户（client），另一个标识为服务器（server）：

Web：浏览器是client，Web服务器是server
P2P：下载文件是client，上载文件是server
通信会话场景：发起通信是client，会话开始时等待联系的是server

进程与计算机网络之间的接口

socket（套接字）：应用程序和网络之间的API

进程寻址

标识接受进程需要两种信息

主机地址（IP地址）
在目的主机中指定接收进程的标识符（端口号）

可供应用程序使用的传输服务

可靠数据传输
吞吐量
定时
安全性

因特网提供的运输服务

TCP服务
- 面向连接服务
- 可靠数据传输服务
UDP服务
- 轻量级运输协议，提供最小服务
- 无连接
- 不可靠数据传输服务

应用层协议

Web应用层协议是HTTP（超文本传输协议）
电子邮件应用层协议是SMTP（简单邮件传输协议）

2.Web和HTTP

HTTP概况

Web页面由对象组成（对象object是一个文件 e.g. HTML文件、JPEG图形、Java小程序）
多数Web页面含有一个HTML基本文件及几个引用对象（URL是存放对象的服务器主机名和对象的路径名）
HTTP使用TCP作为支撑运输协议
HTTP是无状态协议（stateless protocol）：不保存关于用户的任何信息

非持续连接和持续连接

非持续：每个TCP连接在服务器发送一个对象后关闭，只传输一个请求报文和响应报文
持续：服务器发送响应后保持TCP连接打开，经过一定时间间隔未被使用才关闭连接

HTTP报文格式

请求报文

GET /somedir/page.html HTTP/1.1
Host: www.someschool.edu
Connection: close
User-agent: Mozilla/5.0
Accept-language: fr

第一行：请求行（require line）
- 方法字段（GET、POST、HEAD、PUT、DELETE）
- URL字段
- HTTP版本字段
首部行（header line）
- Host：对象所在主机
- Connection：close 表示不要麻烦地使用持续连接
- User-agent：指明用户代理，即浏览器类型
- Accept-language：想得到的语言版本
实体体（entity body）
- GET时为空
- POST时是在表单字段中的输入值

响应报文

HTTP/1.1 200 OK
Connection: close
Date: Tue, 18 Aug 2015 15:44:04 GMT
Server: Apache/2.2.3 (CentOS)
Last-Modified: Tue, 18 Aug 2015 15:11:03 GMT
Content-Length: 6821
Content-Type: text/html

(data data data data data ...)

初始状态行（status line）
6个首部行（header line）
- Connection：close表示发送完后关闭TCP连接
- Date：指示服务器产生并发送该报文的日期和时间
- Server：类似于请求报文中的User-agent
- Last-Modified：对象创建或者最后修改的日期和时间
- Content-Length：被发送对象的字节数
- Content-Type：实体体中的对象类型
实体体（entity body）

响应报文中的一个cookie首部行
请求报文中的一个cookie首部行
用户端系统中保留有一个cookie文件，由用户的浏览器管理
位于Web站点的一个后端数据库

用户首次访问一个站点时，可能需要提供一个用户标识。后继会话中，浏览器向服务器传递一个cookie首部，从而向该服务器标识了用户。

Web缓存

Web缓存器也叫代理服务器

浏览器正在请求对象，会发生如下情况：

浏览器创建一个到Web缓存器的TCP连接，并向Web缓存器中的对象发送一个HTTP请求
Web缓存器查看是否存储该对象副本，如果由就用HTTP相应报文返回该对象
如果Web缓存器中没有该对象，它就打开一个与该对象的初始服务器的TCP连接
Web缓存器接收到该对象时，在本地存储一份副本，并向客户的浏览器用HTTP响应报文发送该副本

Web缓存器既是服务器又是客户

条件GET方法

请求报文使用GET方法
请求报文中包含一个”If-Modified-Since:“

则这个HTTP请求报文是一个条件GET请求报文，常见场景是缓存器用于缓存验证

3.因特网中的电子邮件

3个主要组成部分：

用户代理（user agent）
邮件服务器（mail server）
简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol, SMTP）

SMTP

用简单的7bit ASSCII码表示，在使用SMTP发送邮件之前，需要将二进制多媒体数据编码为ASCII码

与HTTP的对比

共同点：

持续的HTTP和SMTP都是用持续连接
都用于一台主机向另一台主机传文件

区别：

HTTP主要是拉协议（pull protocol）， SMTP基本上是一个推协议（push protocol）
SMTP要求报文采用7bit ASCII码格式，HTTP不受这种限制
处理既包含文本又包含图形的文档时：HTTP把每个对象封装到自己的HTTP响应报文中，SMTP把所有报文对象放在一个报文中

邮件报文格式

典型报文首部:

1
2
3

From: alice@crepes.fr
To: bob@hamburger.edu
Subject: Searching for the meaning of life.

报文首部之后，紧接着一个空白行，然后是以ACSII格式表示的报文体

邮件访问协议

将邮件服务器的上的报文传送给本地PC

第三版的邮局协议（Post Office Protocol—Version 3，POP3）
因特网邮件访问协议（Internet Mail Access Protocol， IMAP）
HTTP

4.DNS：因特网的目录服务

主机可以通过主机名（hostname）和IP地址（IP address）进行标识

DNS提供的服务

DNS（Domain Name System，DNS）是：

一个由分层的DNS服务器实现的分布式数据库
一个使得主机能够查询分布式数据库的应用层协议

DNS提供的服务：

主机名到IP地址的转换
主机别名：调用DNS来获得主机别名对应的规范主机名以及主机IP地址
邮件服务器别名
负载分配：用于在冗余的服务器之间进行负载分配

DNS工作机理概述

分布式、层次数据库

根DNS服务器
顶级域（DNS）服务器：com、org、net、edu、uk、fr、cn
权威DNS服务器

上述三者处在DNS服务器的层次结构中，除此之外，还有本地DNS服务器，不属于层次结构。每个ISP都有一台本地DNS服务器：主机发出DNS请求时，该请求被发往本地DNS服务器，它起着代理的作用，并将该请求转发到DNS服务器层次结构中

DNS查询分为：

递归查询
迭代查询

实践中：从请求主机到本地DNS服务器的查询是递归的，其余的查询是迭代的

DNS缓存

在一个请求链中，当某DNS服务器接收一个DNS回答时，它能将映射缓存在本地存储器中

DNS记录和报文

共同实现DNS分布式数据库的所有DNS服务器存储了资源记录

资源记录是一个包含了下列字段的4元组：

(Name, Value, Type, TTL)

TTL是该记录的生存时间，决定了资源记录应当从缓存中删除的时间
Name和Value的值取决于Type：
- Type=A，则Name是主机名，Value是主机名对应的IP地址。因此，一条类型为A的资源记录提供了标准的主机名到IP地址的映射
- Type=NS，则Name是个域（如foo.com），而Value是个知道如何获得该域中主机IP地址的权威DNS服务器的主机名，这个记录用于沿着查询链来路由DNS查询
- Type=CNAME，则Value是个别名为Name的主机对应的规范主机名
- Type=MX，则Value是个别名为Name的邮件服务器的规范主机名

P2P文件分发

P2P体系自扩展性

视频流和内容分发网

HTTP流和DASH

HTTP流中，视频只是存储在HTTP服务器中作为一个普通的文件

经HTTP的动态适应性流（Dynamic Adaptive Streaming over HTTP，DASH）：视频编码为几个不同的版本，其中每个版本具有不同的比特率，对应于不同的质量水平。

内容分发网

Content Distribution Network， CDN

专用CDN
第三方CDN