DJ2-1 应用层协议原理
目录
1. 研发一个网络应用程序
2. 网络应用程序体系结构
3. 进程通信
4. 进程与计算机网络的接口 - 套接字
5. 进程寻址
6. 应用层协议
7. 应用需要什么样的服务？
8. 因特网传输协议提供的服务
9. 安全 TCP
1. 研发一个网络应用程序
1）研发网络应用程序的核心
写出能够运行在不同的端系统并通过网络彼此通信的程序，例如，Web：Web 服务器软件和浏览器软件通信。
网络仅起传递数据的作用，自身并不会产生用户数据，因此网络不需要运行应用程序。
2）没有应用程序运行在网络核心设备上
由于网络不需要运行应用程序，可以看出网络核心设备不在应用层起作用。这种设计方法促进了应用程序的研发，因为研发者不需要关心网络核心设备是怎么样的。
3）设计内容
- 本地程序
- 供本地程序使用的应用层协议
2. 网络应用程序体系结构
即，应该遵循怎样的交互形式。
1）客户机/服务器体系结构
2）P2P 体系结构
3）客户机/服务器和 P2P 混合的体系结构
1）客户机/服务器体系结构
服务器
- 总是打开的主机（任一时刻都能访问）
- 具有固定的、众所周知的 IP 地址（域名）
- 主机集群常被用于创建强大的虚拟服务器（采用主机集群）
客户机
- 同服务器端通信（否则是单机）
- 可以间断的同服务器连接（需求不是持续的）
- 可以拥有动态 IP 地址
- 客户机相互之间不直接通信
《十美元》假设教室里有一个老师和很多同学，此时有一个同学找到老师说 “老师，我需要十美元”，随后老师慷慨地给了这位同学十美元。
2）P2P 体系结构
- 没有总是打开的服务器（既是客户机又是服务器）
- 任意一对主机直接相互通信
- 对等方间歇连接并且可以改变 IP 地址
例如：Gnutella
- 优点：自扩展性
- 缺点：难以管理
《十美元》假设教室里有很多同学，每个同学身上持有不同币种的货币。此时有一个同学对其他所有人大喊一声 “我需要十美元”，那么身上有十美元的同学说 “我有十美元”，并把自己的十美元给那个需要的同学。
3）客户机/服务器和 P2P 混合的体系结构
该体系结构中，服务器只是一个信息的提供者，并不是真实的数据提供者。
优点：能够定向找到目标。
举例 1：Napster
文件直接在对等方之间交换
- 文件搜索通过服务器
- 中心服务器记录对等方内容
- 对等方查询中心服务器来决定要求的文件位置
举例 2：即时讯息
两个聊天用户之间是 P2P
- 注册、查询通过服务器
- 用户上线时要在中心服务器上进行注册
- 用户与中心服务器联系以找出在线伙伴
《十美元》假设教室里有一个老师和很多同学，每个同学身上持有不同币种的货币，并且把自己的持有情况报告给了老师。此时有一个同学找到老师说 “老师，我需要十美元”，那么老师将会查询每个同学的持有情况，告诉这位同学 “XXX 身上有十美元”。随后这位同学找到 XXX 同学，XXX 同学把自己的十美元给这位需要的同学。
3. 进程通信
进程：运行在端系统中的程序。
- 客户进程：发起通信的进程。
- 服务器进程：等待联系的进程。
注意：具有 P2P 体系结构的应用程序既有客户进程和服务器进程。
1）同一主机上的两个进程通过内部进程通信机制进行通信。
- 通过读/写文件进行通信
- 通过内存进行通信
- 通过消息对列进行通信
- 通过网络层进行通信：127.0.0.1 回环地址/本机地址
2）不同主机上的进程通过交换报文相互通信。
- U 盘
- 网络
4. 进程与计算机网络的接口 - 套接字
由于应用程序需要使用传输层的服务，因此应用程序必须实现应用层。
1）进程通过它的套接字在网络上发送和接收报文
2）将套接字类比于门户
- 发送进程把报文推出门户
- 发送进程假定门户到另外一侧之间有运输设施，该设施可以传送报文到接收进程
3）套接字又叫做应用程序编程接口 API 。
4）用户通过 API 对传输层的控制仅限于：
- 选择传输协议
- 能设定几个参数
5. 进程寻址
为了一个进程能接收报文，它需要一个标识。
主机有唯一的 32 位 IP 地址。
- 问：主机的 IP 地址足够标识进程吗？
- 答：不能。因为一台主机上能够运行许多进程。
主机上的进程标识包括 IP 地址和端口号。
常用应用程序的端口号：
- Web服务：80
- 邮件服务：25
将在第三章详细分析端口号。
6. 应用层协议
1）交换的报文类型，如请求报文和应答报文。
2）报文类型的语法：报文中的各个字段及其详细描述。
3）字段的语义，即包含在字段中的信息的含义。
4）进程何时、如何发送报文及对报文进行响应。
| 公共领域协议 | 专用协议 |
|---|---|
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7. 应用需要什么样的服务？
| 数据丢失率 | 一些应用 （如：实时音频）能容忍一定程度的数据丢失；另一些应用（如：文件传输，telnet）需要100％可靠的数据传输。 |
|---|---|
| 定时 | 一些应用（如：因特网电话、多方游戏）要求低时延。 |
| 带宽和吞吐量 | 一些应用（如：多媒体）必须要达到所需带宽；另一些应用（弹性应用）根据需要充分利用可供使用的带宽。 |
| 安全 | 加密，数据完整性等。 |
常见应用的传输服务需求
由于不同应用对传输服务的需求不同，因此需要选用不同的传输层协议来提供服务。
8. 因特网传输协议提供的服务
UDP 服务是一种尽力而为的服务。
| TCP 服务 | UDP 服务 |
|---|---|
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因特网应用：应用层协议，传输协议
9. 安全 TCP
| TCP 和 UDP | SSL | SSL 在应用层 | |
|---|---|---|---|
| 特点 | 没有加密；网络明文传输，如用户名和口令信息等。 | 提供加密的 TCP 连接；保证数据完整性；端点认证，即找指定的服务商备案。 | 应用程序使用 SSL 库调用 TCP 服务接口；SSL 提供套接字 API 。 |
| 位置 | 传输层。 | Security Socket Layer 作为套接字，处于应用层和传输层之间。 | SSL 在应用层。 |
网址中 https 的 s 指的就是 SSL 。
