应用层概述

应用层是解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题。

应用层是计算机网络体系结构的最顶层，是设计和建立计算机网络的最终目的，也是计算机网络中发展最快的部分。

• 早期基于文本的应用（电子邮件、远程登录、文件传输、新闻组）
• 20世纪90年代将因特网带入千家万户的万维网WWW
• 当今流行的即时通信、P2P文件共享及各种音视频应用
• 计算设备的小型化和“无处不在‘，宽带住宅接入和无线接入的日益普及和迅速发展，为未来更多的新型应用提供了广阔的舞台。

在本章中，我们以一些经典的网络应用为例来学习有关网络应用的原理、协议和实现方面的知识。

客户-服务器和对等关系

网络应用程序运行在处于网络边缘的不同的端系统上，通过彼此间的通信来共同完成某项任务。

开发一种新的网络应用首先要考虑的问题就是网络应用程序在各种端系统上的组织方式和它们之间的关系。目前流行的主要有以下两种：

• 客户/服务器（Client/Server，C/S）方式
• 对等（Peer-to-Peer，P2P）方式

客户/服务器方式

客户/服务器方式

• 客户和服务器是指通信中所涉及的两个应用进程。
• 客户/服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
• 客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
• 服务器总是处于运行状态，并等待客户的服务请求。服务器具有固定端口号（例如HTTP服务器的默认端口为80），而运行服务器的主机也具有固定的IP地址。

C/S方式是因特网上传统的、同时也是更成熟的方式，很多我们熟悉的网络应用采用的都是C/S方式。

基于C/S方式的应用服务通常是服务集中型的，即应用服务集中在网络中比客户计算机少得多的服务计算机上。

• 由于一台服务器计算机要为多个客户机提供服务，在C/S应用种，常会出现服务器计算机跟不上众多客户机请求的情况。
• 为此，在C/S应用中，常用计算机群集（或服务器场）构建一个强大的虚拟服务器。

对等方式

在P2P方式中，没有固定的服务请求者和服务提供者，分布在网络边缘各端系统中的应用进程是对等的，被称为对等方。对等方相互之间直接通信，每个对等方既是服务的请求者，又是服务的提供者。

目前，在因特网上流行的P2P应用主要包括P2P文件共享、即时通信、P2P流媒体、分布式存储等。

基于P2P的应用是服务分散型的，因为服务不是集中在少数几个服务器计算机中，而是分散在大量对等计算机中，这些计算机并不是为服务提供商所有，而是为个人控制的桌面计算机和笔记本电脑，它们通常位于住宅、校园和办公室中。

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P2P方式的最突出特性之一就是它的可扩展性。因为系统每增加一个对等方，不仅增加的是服务的请求着，同时也增加了服务的提供者，系统性能不会因规模的增大而降低。

P2P方式具有成本上的优势，因为它通常不需要庞大的服务器设施和服务器带宽。为了降低成本，服务提供商对于将P2P方式用于应用的兴趣越来越大。

动态主机配置协议DHCP

动态主机配置协议DHCP提供了一种机制，称为即插即用连网。则会中机制允许一台计算机加入新网络时可自动获取IP地址等网络配置信息而不用手工参与。

DHCP的作用

 DHCP的工作过程

DHCP主要使用DHCP来实现其功能：

• DHCP DISVCOVER：DHCP发现报文
• DHCP OFFER：DHCP提供报文
• DHCP REQUEST：DHCP请求报文
• DHCP ACK：DHCP确认报文
• DHCP NACK：DHCP否认报文
• DHCP RELEASE：DHCP释放报文

DHCP报文在运输层使用UDP协议封装

• DHCP客户使用的UDP端口号为68
• DHCP服务器使用的UDP端口为67

DHCP在未获取到IP地址时使用地址0.0.0.0

 DHCP中继代理

在每一个网路都设置一个DHCP服务器会使DHCP服务器的数量太多。因此现在是使每一个网络至少有一个DHCP中继代理（通常是一台路由器），它配置了DHCP服务器的IP地址信息，作为各网络中计算机与DHCP服务器的桥梁。