应用层

目标

  • 网络应用层的概念和实现
    • 客户端-服务器模型
    • 服务模型
  • 通过对常用应用层协议的探讨和分析来学习网络协议

深层次目标

  • 特定协议
    • http
    • ftp
    • smtp
    • pop
    • dns

应用程序 和 应用层协议

  • 应用程序：沟通，分布式的进程

    • 运行在网络主机的“用户空间”
    • 在应用程序间交换报文

  • 应用层协议

    • 应用程序的一个“组成部分”

    • 定义应用程序需要交换的报文和所需采取的动作

    • 使用较低层次所提供的通信服务（TCP， UDP）

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一些术语

  • 进程（Process）主机中运行的程序
    • 在某些主机中，两个进程使用 进程间通信
    • 而运行在不同主机上的进程则使用应用层协议进行通信
  • 用户代理（User agent）：软件进程，是介于用户和网络之间的接口
    • 实现应用级协议
    • Web：浏览器
    • E-mail
    • 流媒体：media player

客户端-服务器模式

典型的网络应用都是由两个部分组成：客户端和服务器

  • 客户端
    • 发起同服务器的联系 speaks first
    • 一般都从服务器请求服务
    • web: 客户端由浏览器实现
    • Email: 通过 OE，Foxmail 实现
  • 服务器
    • 向客户端提供所请求的服务
    • e.g. Web 服务器发送被请求的 web 页面，邮件服务器传递 e-mail

应用程序接口

API：application programming interface

  • 定义应用层和传输层间的接口
  • 插口：(socket: Internet API)
    • 两个进程间的通信，将数据送入 socket, 或从 socket 读取数据

Q : 某个进程如何认定另一个需要与之通信的进程？

  • IP地址： 运行另一个进程的主机所拥有的
  • 端口号：允许接收主机来确定的一个标识，本地进程将报文发送给它

应用进程需要怎样的传输服务

衡量的标准

  • 数据丢失(Data loss)
    • 某些应用（e.g. audio）可以容忍某种程度上的数据丢失
    • 其它应用（e.g 文件传输）要去i100% 可靠的数据传输
  • 实时性(Timing)
    • 某些应用要求较低的延迟
  • 带宽(Bandwidth)
    • 某些应用对带宽有要求
    • 某些应用则可灵活应用所得到的带宽
应用程序数据丢失带宽实时性
文件传输不丢失弹性无
e-mail不丢失弹性无
Web网页不丢失弹性无
实时音频/视频允许丢失/允许丢失音频: 5kb-1Mb 视频: 10kb-5Mb100’s msec
存储音频/视频允许丢失同上few secs
交互式游戏允许丢失几 kb/s 以上100‘s msec
金融应用不允许弹性yes and no

Internet 的传输协议服务

TCP 服务

  • 面向链接：需要先建立链接
  • 可靠传输：在发送和接受进程之间
  • 流量控制：发送数据的速度觉不超过接收的速度
  • 拥塞控制
  • 不提供：实时性，最小带宽承诺
HTTP 协议

http: 使用 TCP 传输服务，是“无状态（stateless）” 的，全称为 (hypertext transfer protocol 超文本传输歇息)

  • 客户端启动 TCP 链接到服务器，默认端口 80
  • 服务器接受来自客户端的 TCP 连接
  • http 报文（应用层协议报文）在浏览器和 Web服务器之间进行交换
  • 关闭 TCP 连接

http 协议版本

  • http1.0 RFC 1945
  • http1.1 RFC 2612
  • http2
认证（authentication）

认证：控制对服务器内容的访问

  • 信用认证：一般通过用户名，密码进行
  • 无状态：客户端必须在每次请求前进行认证
    • Authorization: 就是要求在每个请求报文中提交认证的首部行
Cookies: 保存状态
  • 服务器产生一个 #，服务器认识这个 # 以备不时之需
    • 认证
    • 记忆用户的前序访问，先前的选择
  • 服务器在响应报文中发送 cookie 给可客户端
  • 客户端可以在后续的请求中发送 cookie
ftp: 文件传输协议
  • 传输文件往来与远程主机
  • 客户端/服务器模式
  • ftp: RFC 959
  • ftp 服务器：端口默认 21
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  • 分离的控制，数据连接
    • ftp 客户端在 ftp服务器的端口21进行联系，使用TCP作为传输协议
    • 打开两个并行的连接
      • 控制：在客户端和服务器之间交换命令，响应。称为带外控制（out of band control)
      • 数据：往来于服务器的文件
    • ftp 维持状态（state）：当前目录，先前的认证信息等
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电子邮件

smtp [RFC 821]

  • 使用 tpc 可靠的传送邮件报文，端口 25
  • 直接传输：发送服务器到接收服务器
  • 传输的三个阶段
    • 握手
    • 报文传输
    • 结束
  • 命令/响应交互
    • 命令：ASCII 文件
    • 响应：状态码和短语
  • 邮件报文必须使用 7-bit ASCII 表示
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UDP 服务

  • 在客户端和服务器进程之间实现“不可靠的”数据传输
  • 不提供：连接建立，可靠性保证，流量控制，拥塞控制，实时性，最小带宽承诺
应用应用协议所以来的传输协议
e-mailsmtp [RFC 821]TCP
远程终端访问telnet [RFC 854]TCP
Webhttp [RFC 2068]TCP
文件传输ftp [RFC 959]TCP
流媒体专有协议TCP or UDP
远程文件服务器NSFTCP or UDP
IP 电话专有协议typically UDP

应用层协议

DNS(Domain Name System) 域名系统

DNS 记录: RR(存储资源记录的分布式数据库) 格式: (name, value, type, ttl)

Type=A

  • name = 主机名
  • value = IP 地址

Type=NS

  • name = 域(e.g. foo.com)
  • value = 该域授权域名服务器的 IP 地址

Type=CNAME

  • name = 别名
  • value = 真名

Type=MX

  • value = 与name相关的邮件服务器域名