计算机网络(自顶而下)——应用层及常见协议

爱被打了一巴掌 2023-10-13 14:51 43阅读 0赞

## 1、应用层协议原理 ##

#### 1.1、网络应用的体系结构 ####

**可能的应用架构：**

*  客户-服务区模式（C/S）
    
     *  不平等的模式，以服务器为主，可扩展性比较差，
     *  例子：**web应用**
 *  对等模式（P2P）
    
     *  自扩展性；
     *  例子：**迅雷**
 *  混合体：客户-服务器和对等体系结构
    
     *  Napster：
        
         *  主机在中心服务器上注册其资源
         *  主机向中心服务器查询资源位置
     *  例子：**即时通讯（聊天室）**：

**进程通信**

进程：在主机上运行的应用程序

*  形式：通过**socket API**（源语） 下层提供的服务来进行访问
 *  地址：对应的主机层面的SAP

![在这里插入图片描述][1f12de17b27b48779a08a66d844dbf28.png]

**寻址**：在哪个地址(IP)、端口

#### 1.2、套接字（**socket** ） ####

进程向套接字发送报文或者从套接字接收报文

**TCP socket ：（代表本地的IP和端口，对方的IP和端口）**

*  对于使用面向连接服务（TCP）的应用而言，套接字是4元组的一个具有本地意义的标示
    
     *  4元组：（源IP、源端口、目标IP、目标port）
     *  唯一的指定了一个会话（TCP的socket实际就是代表**2个进程之间的会话关系**）
     *  应用使用这个标示，与远程的应用进程通信
     *  不必在每一个报文的发送都要指定这4元组
     *  就像使用操作系统打开一个文件，OS返回一个文件句柄一样，以后使用这个文件句柄，而不是使用这个文件的目录名，文件名
     *  简单，便于管理
     *  所以传输信息只需要传递
        
         *  数据、**socket**

![在这里插入图片描述][d3e60b0424534b058bbf821e8e20e6bf.png]

**UDP socket：**

*  UDP服务，两个进程之间的通信需要之前无需建立连接
    
     *  每个报文都是独立传输的
     *  前后报文肯给不同的分布式进程
 *  因此，只能用一个整数标识本应用实体的标示
    
     *  因为这个报文可能给另外一个分布式进程
 *  穿个层间接口的信息大小最小
 *  UDP socket：本地IP、本地端口
 *  但是传输 报文时：必须要提供对方IP，port
    
     *  接收报文时：传输层需要上传对方的IP，port
 *  所以传输信息需要传递三件东西：
    
     *  socket，数据本身，对方的地址（IP和port）

![在这里插入图片描述][96f601b206b64571b0a00d6c4c4d77bb.png]

**传输层向应用层提供的性能指标：**

*  延迟、吞吐量、数据丢失率、安全性

![在这里插入图片描述][bc189817569046bfa9bcde7a3022e994.png]

*  TCP和UDP都是明文传输的，不提供安全性，
 *  所以如果安全传输，需要通过SSL协议进行传输层的服务的安全性
    
     *  应用采用SSL库，SSL库使用TCP通信
     *  SSL
        
         *  在TCP上面实现，提供加密的TCP连接
         *  私密性
         *  数据完整性
         *  端到端的鉴别
     *  SSL socket API
        
         *  应用提供API将明文交给socket，SSL将其加密在互联网上传输

## 2、WEB and HTTP ##

> 1.0版本HTTP为，非持久的HTTP连接
> 
> 1.1之后HTTP连接改为了持久的HTTP连接；

#### 2.1、HTTP请求报文：80(默认端口) ####

*  两种请求报文：请求、响应；
 *  HTTP请求报文：
    
     *  ASCII
     *  请求行（GET、POST）

#### 2.2、FTP：21 ####

ftp：文件传输协议

双通道连接，分别在两个TCP连接上进行，带外的（发送的指令）和带内的（发送的数据），有状态的协议

#### 2.3、Email：25 ####

**SMTP协议：邮箱服务器**

*  邮箱中管理和维护发送给用户的邮件
 *  输出报文队列保持待发邮件报文
 *  邮件服务器之间的SMTP协议
    
     *  发送email报文
     *  客户：发送方邮件服务器
     *  服务器：接收端邮件服务器

**传输的三个阶段：**

*  握手
 *  响应报文
 *  关闭

![在这里插入图片描述][c5a6a1a62bd34b9caccf1aa691980ca2.png]

*  SMTP使用持久连接
 *  SMTP要求报文（首部和主体）为7为ASCII编码
 *  SMTP服务器使用CRLE,CRLE决定报文的尾部

## 3、DNS ##

UDP:57

域名解析系统

DNS解决的问题：

*  如何命名；
 *  如何解析；
 *  如何维护；

DNS的主要思路：

*  **分层的**，基于域的命名机制
 *  若干分布式的数据库完成名字到IP地址的转换
 *  运行在UDP之上端口为53的应用服务
 *  核心的Internet功能，但以应用层协议实现
    
     *  在网络边缘处理复杂性

DNS主要目的：

*  实现主机名-IP地址的转换（name/IP translate）
 *  其他目的
    
     *  主机别名到规范名字的转换
     *  邮件服务器别名到邮件服务器的正规名字的转换
     *  **负载均衡**

DNS大致工作过程：

*  应用调用解析器（resolver）
 *  解析器作为客户向Name Server 发出查询报文（封装在UDP段中）
 *  Name Server返回响应报文（name/ip）
 *  查询域名方式
    
     *  递归查询  
        ![在这里插入图片描述][dac8f70f43244052a1cc5e4e8e38c8a3.png]
     *  迭代查询  
        ![在这里插入图片描述][a718a492287f486d91153bb4315d5d13.png]

## 4、P2P应用 ##

#### 4.1、纯P2P架构 ####

*  没有（或极少）一直运行的服务器

#### 4.2、文件分发：C/S vs P2P ####

*  非结构化P2P
    
     *  集中化目录
     *  完全分布式
     *  混合体
 *  DHT（结构化）P2P
    
     *  哈希表
     *  树状

## 5、TCP套接字编程 ##

#### 5.1、Socket编程 ####

*  应用进程使用传输层所提供的服务才能够交换报文，实现应用协议实现应用
    
     *  TCP/IP：应用进程使用Socket API访问传输协议
     *  地点：界面上的SAP（Socket） 方式：Socket API
 *  socket：分布式应用进程之间的门，传输层协议提供的端到端服务接口

#### 5.2、TCP套接字编程 ####

服务器首先运行，等连接建立

*  服务器进程去必须先处于运行状态
    
     *  建立欢迎socket
     *  和本地端口捆绑
     *  在欢迎socket上阻塞式等待接收用户的连接

客户端主动和服务器建立连接

*  创建客户端本地套接字（隐性捆绑到本地port）
    
     *  指定服务器进程的IP地址和端口号，与服务器进程连接
 *  当与客户端连接请求到来时
    
     *  服务器接受来自用户端的请求，解除阻塞式等待，返回一个新的socket，与客户端通信
     *  允许服务器与多个客户端通信
     *  使用源IP和源端口来区分不太的客户端
 *  连接API调用有效时，客户端与服务器建立了TCP连接

#### socket结构体 ####

![在这里插入图片描述][85d98fd0f56e4bb19267d1265b2af110.png]

#### socket交互 ####

![在这里插入图片描述][392c77fd69094076ab95e9235f897578.png]

黑色的代表UCP交互的过程，红色的代表应用报文交互的过程

**两个进程可以守护同一个端口，但两个进程的socket不同**

*  socket本质是一个四元组结构体的内存空间地址
    
     *  socket所代表的四元组分别是目标ip/源ip/目标端口/源端口

## UDP Socket编程 ##

UDP scoket交换，在建立通讯之前不需要握手，可直接建立连接  
![在这里插入图片描述][3582beb70ad84eae81f8ad09fff1b153.png]

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