加油！寒假偷博人

一、网络应用层内容概述。

1本篇内容：（原理、实例、编程）

网络应用体系结构 客户机/服务器  P2P  混合结构
网络应用的服务需求 可靠性 带宽 时延
Internet传输层服务模型 TCP UDP
特定网络应用及协议  HTTP  SMTP, POP, IMAP  DNS  P2P应用
Socket编程  TCP  UDP

2课后讨论

假如你要创业，你会开发什么互联网应用/服务？
互联网/Internet为全世界无数人提供了创造财富、实现梦想的机会，也成就了Google、阿里巴巴、腾讯等许多企业和扎克伯格、马云、马化腾等英雄式的人物.
今天仍然是互联网创业的繁荣阶段，每天都有很多个创业公司冒出来，通过众筹平台、天使投资等获得支持，研发新的互联网应用和服务。
那么，假如你现在要创业，你打算研发什么互联网应用和/或服务？服务于哪些用户？为用户带来/创造什么价值？如何实现盈利和可持续发展？

二、网络应用基本原理

一些网络应用的例子

这些都叫Internet Application

1.创建一个新的网络应用

• 编程
   在不同的端系统上运行
   通过网络基础设施提供的服务，应用进程彼此通信
   如Web:  Web 服务器软件与浏览器软件通信
• 网络核心中没有应用层软件
   网络核心没有应用层功能
   网络应用只在端系统上存在，快速网络应用开发和部署

2.网络应用的体系结构.（如下有3点）

2.1 客户机/服务器结构(Client-Server, C/S)

该结构扩展性差。
当所有人都访问一台服务器，性能（服务能力、数据输入输出）断崖式下降（就像抢课的时候，抢课网站必然崩了）

• 服务器
   7*24小时提供服务
   永久性访问地址/域名
   利用大量服务器实现可扩展性
• 客户机
   主动与服务器通信，使用服务器提供的服务
   间歇性接入网络
   可能使用动态IP地址
   不与其他客户机直接通信
• 例如Web应用：
  

2.2 点对点结构(Peer-to-peer, P2P)

缺点：难于管理
优点：自扩展性-新peer节点带来新的服务能力，当然也带来新的服务请求

• 没有永远在线的服务器
• 任意端系统/节点之间可以直接通讯
• 节点间歇性接入网络
• 每一个节点既是客户端又是服务器
• 参与的主机间歇性连接且可以改变IP 地址- 优点：高度可伸缩
• 例子: Gnutella，迅雷

P2P应用：
P2P已经统治了当今的互联网总流量的70-90％。网络的各种技术围绕在我们周围，每天在互联网中进行的活动几乎没有不沾P2P技术的。如QQ、YY、Skype、MSN都的是P2P应用。P2P允许用户之间互相沟通、交换信息、交换文件。用户之间的信息交流不是直接的，需要服务器来协调转发。直接将人们联系了起来，让人们通过互联网直接交流。它使得网络上的沟通变得更容易、更直接，真正地消除中间环节。
----来自

2.2.3混合结构(Hybrid)

• 如Napster应用
  •  文件传输使用——P2P结构
  •  文件的搜索采用C/S结构——集中式
     每个节点向中央服务器登记自己的内容
     每个节点向中央服务器提交查询请求，
    查找感兴趣的内容
    
    即时通信
    在线检测：集中
    当用户上线时，向中心服务器注册其IP地址
    用户与中心服务器联系，以找到其在线好友的位置
    两个用户之间聊天：P2P

3.网络应用进程通信

进程： 在主机上运行的应用程序

3.1网络应用的基础：进程间通信

• 进程：
   主机上运行的程序

• 同一主机上运行的进程之间通信
   进程间通信机制
   操作系统提供

• 不同主机上运的进程间通信
   消息交换
  通过交换报文（Message）来通信
  使用OS提供的通信服务
   按照应用协议交换报文
   借助传输层提供的服务

3.2分布式进程通信需要解决的问题

p2p型结构的网络应用也有客户端进程和服务器进程之分

3.3如何寻址进程(对进程进行编址（addressing）)

• 不同主机上的进程间通信，那么每个进程必须拥有标识符 。 即：SAP（发送也需要标示）
• 如何寻址主机？——唯一的 32位IP地址
   Q: 主机有了IP地址后，是否足以定位进程？
   A: 否。仅仅有IP地址不能够唯一标示一个进程；在一台端系统上有很多应用进程在运行
• 端口号/Port number
   为主机上每个需要通信的进程分配一个端口号
   HTTP: TCP 80； Mail: TCP 25 ；ftp:TCP 2
• 进程的标识符
   用IP+port标示 端节点
   本质上，一对主机进程之间的通信由2个端节点构成（一个快递，寄件人和收件人）
• 例如

3.2.1传输层提供的服务-需要穿过层间的信息

•  层间接口必须要携带的信息
   要传输的报文（对于本层来说：SDU）
   谁传的：对方的应用进程的标示：IP+TCP(UDP) 端口
   传给谁：对方的应用进程的标示：对方的IP+TCP(UDP)端口号
•  传输层实体（tcp或者udp实体）根据这些信息进行TCP报文段（UDP数据报）的封装
   源端口号，目标端口号，数据等
   将IP地址往下交IP实体，用于封装IP数据报：源IP,目标IP

3.2.2传输层提供的服务-层间信息的代表

•  如果Socket API 每次传输报文，都携带如此多的信息，太繁琐易错，不便于管理
•  用个代号标示通信的双方或者单方：socket
•  就像OS打开文件返回的句柄一样
   对句柄的操作，就是对文件的操作
•  TCP socket：
   TCP服务，两个进程之间的通信需要之前要建立连接
   两个进程通信会持续一段时间，通信关系稳定
   可以用一个整数表示两个应用实体之间的通信关系，本地标示
   穿过层间接口的信息量最小
   TCP socket：源IP,源端口，目标IP，目标IP,目标端口

3.3.1 套接字：SOCKET

• 进程间通信利用socket发送/接收消息实现
• 类似于寄信
   发送方将消息送到门外邮箱
   发送方依赖（门外的）传输基础设施将消息传到接收方所在主机，并送到接收方的门外
   接收方从门外获取消息
• 传输基础设施向进程提供API
   传输协议的选择
   参数的设置
  
  

3.3.1TCP之上的套接字（socket）

 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port，目标IP，目标port)
 唯一的指定了一个会话（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

s:socket p:port

3.3.3UDP之上的套接字（socket）

•  对于使用无连接服务（UDP）的应用而言，套接字是2元组的一个具有本地意义的标示
   2元组：IP，port （源端指定）
   UDP套接字指定了应用所在的一个端节点（end point）
   在发送数据报时，采用创建好的本地套接字（标示ID），就不必在发送每个报文中指明自己所采用的ip和port
   但是在发送报文时，必须要指定对方的ip和udp port(另外一个段节点)
  

3.4如何使用传输层提供的服务实现应用

 定义应用层协议： 报文格式，解释，时序等
 编制程序， 通过API调用网络基础设施提供通信服务传报文，解析报文，实现应用时序等

4. 应用层协议

定义了运行在不同端系统上的应用程序进程如何相互传递报文

•  交换的报文类型：请求和应答报文
•  各种报文类型的语法：报文中的各个字段及其描述
•  字段的语义：即字段取值的含义
•  进程何时、如何发送报文及对报文进行响应的规则

应用协议仅仅是应用的一个组成部分

•  Web应用：HTTP协议，web客
  户端，web服务器，HTML

• 公开协议
   由RFC(Request For Comments)定义
   允许互操作
   HTTP, SMTP, ……
• 私有协议
   多数P2P文件共享应用
   协议不公开
   如：Skype

4.1应用需要传输层提供什么样的服务？

Internet 传输层提供的服务



Internet应用及其应用层协议和传输协议

如何描述/衡量传输层的服务

常见应用对传输服务的要求

4.2应用层协议的内容

• 消息的类型(type)
   请求消息
   响应消息

• 消息的语法(syntax)/格式
   消息中有哪些字段(field)？
   每个字段如何描述

• 字段的语义(semantics)
   字段中信息的含义

• 规则(rules)
   进程何时发送/响应消息
   进程如何发送/响应消息
  

• 常见协议（这里总结了三种常见的应用层协议：HTTP、FTP、SMTP

  • HTTP
    —超文本传输协议(Hypertext transfer protocol)。是一种详细规定了浏览器和万维网(WWW = World Wide Web)服务器之间互相通信的规则，通过因特网传送万维网文档的数据传送协议。
  • FTP协议
    文件传输协议FTP（File Transfer Protocol）是因特网中使用最广泛的文件传输协议。FTP使用交互式的访问，允许客户指定文件的类型和格式（如指明是否使用ASCII码），并允许文件具有存取权限（如访问文件的用户必须经过授权，并输入有效的口令)

  • SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）
    即简单邮件传输协议。它是一组用于由源地址到目的地址传送邮件
    的规则，由它来控制信件的中转方式。SMTP协议属于TCP/IP协议簇，它帮助每台计算机在发送或中转信件
    时找到下一个目的地。通过SMTP协议所指定的服务器,就可以把E-mail寄到收信人的服务器上了，整个过程
    只要几分钟。SMTP服务器则是遵循SMTP协议的发送邮件服务器，用来发送或中转发出的电子邮件。SMTP
    是一种TCP协议支持的提供可靠且有效电子邮件传输的应用层协议。

三、Web应用

1.Web与HTTP

• World Wide Web: Tim Berners-Lee（蒂姆·伯纳斯·李 [1] （Tim Berners-Lee），OM，KBE，FRS，FREng，FRSA，（Sir Timothy John “Tim” Berners-Lee，1955年6月8日－），英国计算机科学家。
  他是万维网的发明者，南安普顿大学与麻省理工学院教授。）
   网页
   网页互相链接
• 网页(Web Page)包含多个对象(objects)
   对象：HTML文件、JPEG图片、视频文件、动态脚本等
   基本HTML文件：包含对其他对象引用的链接
• 对象的寻址(addressing) （上面讲到的是寻址进程）
   URL(Uniform Resoure Locator)：统一资源定位器 RFC1738
   Scheme://host:port/path
• 
• 

2.HTTP超文本传输协议

 Web的应用层协议
 HyperText Transfer Protocol

• 采用C/S结构
   客户—Browser：请求、接收、展示Web对象
   服务器—Web Server：响应客户的请求，发送对象
• HTTP版本：
   1.0： RFC 1945
   1.1： RFC 2068
• 

2.1使用TCP传输服务

使用TCP:

•  服务器在80端口等待客户的请求
   浏览器发起到服务器的TCP连接(创建套接字Socket)
   服务器接受来自浏览器的TCP连接
   浏览器(HTTP客户端)与Web服务器(HTTP服务器)交 换HTTP消息(应用层协议报文)
   关闭TCP连接

无状态(stateless)

•  服务器不维护任何有关客户端过去所发请求的信息
• 

2.2HTTP连接

HTTP连接的两种类型:

• 非持久性连接(NonpersistentHTTP)
   每个TCP连接最多允许传输一个对象
   HTTP 1.0版本使用非持久性连接
   下载多个对象需要多个TCP连接
• 持久性连接(Persistent HTTP)
   每个TCP连接允许传输多个对象
   HTTP 1.1版本默认使用持久性连接

2.2.1非持久性连接

假定用户在浏览器中输入URL
www.someSchool.edu/someDepartment/home.index
包含文本和指向10个jpeg图片的链接

• 响应时间分析与建模
  • RTT(Round Trip Time)
     从客户端发送一个很小的数据包(一个小的分组)到服务器并返回所经历的时间
  • 响应时间(Response time)
     发起、建立TCP连接：1个RTT
     发送HTTP请求消息到HTTP响应消息的前几个字节到达：1个RTT
     响应消息中所含的文件/对象传输时间
     Total=2RTT +文件发送时间
    非持久性连接的问题
  •  每个对象需要2个RTT
  •  操作系统需要为每个TCP连接开销资源(overhead)
• 浏览器会怎么做？
  • 打开多个并行的TCP连接以获取网页所需对象
  • 给服务器端造成什么影响？
  

2.2.2持久性HTTP

持久性连接

•  Server发送响应后，服务器保持TCP连接的打开
•  后续的HTTP消息可以通过这个连接发送
•  客户端在遇到一个引用对象的时候，就可以尽快发送该对象的请求

无流水(pipelining)的持久性连接（One by one 的 Request）

•  客户端只有收到前一个响应后才发送新的请求
•  每个被引用的对象耗时1个RTT

带有流水机制的持久性连接

•  HTTP 1.1的默认选项
•  客户端只要遇到一个引用对象就尽快发出请求
•  理想情况下，收到所有的引用对象只需耗时约1个RTT

3.HTTP报文

HTTP协议有两类消息(报文)

•  请求消息（报文）(request)
•  响应消息（报文）(response)

3.1HTTP请求消息(报文)

• 请求消息
   ASCII：人直接可读

• HTTP请求消息的通用格式

• 上传输入的方法
  • POST方法
     网页经常需要填写表格(表单)(form)
     在请求消息的消息体(实体主体entity body)中上传客户端的输入
  • URL方法
     使用GET方法
     输入信息通过request行的URL字段上传

• 方法的类型
  • HTTP/1.0
     GET
     POST
     HEAD
    • 要求Server不要将所请求的对象放入响应消息中→故障跟踪
  • HTTP/1.1
     GET, POST, HEAD
     PUT
    • 将消息体中的文件上传到URL字段所指定的路径
     DELETE
    • 删除URL字段所指定的文件

3.2 HTTP响应消息（报文）

• HTTP响应状态代码
  响应消息的第一行
• 示例
   200 OK（请求成功，请求对象包含在响应报文的后续部分）
   301 Moved Permanently（请求的对象已经被永久转移了；新的URL在响应报文的Location:
  首部行中指定）
   400 Bad Request（一个通用的差错代码，表示该请求不能被服务器解读）
   404 Not Found（请求的文档在该服务上没有找到）
   505 HTTP Version Not Supported
  

3.3体验一下HTTP

• 利用telnet登录到某个Web服务器 （Telnet的简单使用
   telnet www.hit.edu.cn 80
• 输入一个HTTP请求
   GET /about/profile.htm HTTP/1.1
   Host: www.hit.edu.cn
• 查看HTTP服务器所返回的响应消息

然而我到了现在还在链接

后来到了这个页面

我一动键盘就…

还有一个郑老师的ppt的Trying out HTTP (client side) for yourself

3.4Cookie技术 （扩展网络应用的功能）

Cookie技术

• 某些网站为了辨别用户身份、进行session跟踪而储存在用户本地终端上的数据（通常经过加密）。
   RFC6265

Cookie的组件

•  HTTP响应消息的cookie头部行
   HTTP请求消息的cookie头部行
   保存在客户端主机上的cookie文件，由浏览器管理
   Web服务器端的后台数据库

3.4.1为什么需要Cookie？

HTTP协议无状态 很多应用需要服务器掌握客户端的 状态，如网上购物，如何实现？

3.4.2Cookie的原理

3.4.3Cookie的作用

• Cookie能够用于：
   身份认证
   购物车
   推荐
   Web e-mail
  
  …….
• 隐私问题
  

3.5Web缓存/代理服务器技术 (提升网络应用的性能）

功能

•  在不访问原始服务器的前提下，满足客户端的HTTP请求。

为什么要发明这种技术？

•  缩短客户请求的响应时间
   减少机构/组织的流量
   在大范围内(Internet)实现有效的内容分发

• Web缓存/代理服务器
  •  用户设定浏览器，通过缓存进行Web访问
  •  浏览器向缓存/代理服务器发送所有的HTTP请求
    • 如果所请求对象在缓存中，缓存返回对象
    • 否则，缓存服务器向原始服务器发送HTTP请求，获取对象，然后返回给客户端并保存该对象
  • 缓存既充当客户端，也充当服务器
  • 一般由ISP(Internet服务提供商)架设
    

使用缓存可以~~~~

3.5.1Web缓存示例

来看郑老师将示例，第64min处




以上是郑老师的ppt例子内容。

3.5.2条件性GET方法 （对Web缓存/代理服务器技术的功能完善

目标：

•  如果缓存有最新的版本，则不需要发送请求对象

缓存：

•  在HTTP请求消息中声明所持有版本的日期 If-modified-since: <date >

服务器：

•  如果缓存的版本是最新的，则响应消息中不包含对象
   HTTP/1.0 304 Not Modified
  

本篇结束

最后

以上就是忧心冬日为你收集整理的Day4：应用层——网络应用层内容概述、网络应用基本原理（体系结构、进程通信、套接字socket、应用层协议）、Web应用与HTTP一、网络应用层内容概述。二、网络应用基本原理三、Web应用的全部内容，希望文章能够帮你解决Day4：应用层——网络应用层内容概述、网络应用基本原理（体系结构、进程通信、套接字socket、应用层协议）、Web应用与HTTP一、网络应用层内容概述。二、网络应用基本原理三、Web应用所遇到的程序开发问题。

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