计网Chapter2-应用层

#计算机网络 #XJTLU

中科大郑烇、杨坚《计算机网络（自顶向下方法 第7版，James F.Kurose，Keith W.Ross）》课程

计算机网络系列笔记根据B站课程 @中科大-郑烇老师 的课程总结而来，供自学以及分享使用。
<课程链接>

第二章 应用层

应用层协议原理

网络应用的体系结构

可能的应用架构：

• 客户-服务器模式（C/S，client/server）
• 对等模式（P2P，peer-to-peer）
• 混合模式

• CS模式的缺点：可扩展性较差，服务器可能成为性能瓶颈

• P2P模式的缺点：难以管理

进程通信

• 进程：运行在不同主机上的应用程序

  • 客户端进程：发起通信的进程，是主动的进程
  • 服务器进程：等待连接的进程，是被动的进程
  • 即便是P2P模式，也有客户端和服务器之分。

• 在同一个主机内，使用进程间通信机制通信（操作系统）

• 不同主机，通过交换报文(Message)进行通信。

  • 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）

分布式进程通信

对进程进行编址（Adressing）

进程为了接收报文，必须有一个标识，即：SAP（Socket Address Port）。SAP由IP地址和端口号组成。使用唯一的32位IP地址表示一个主机，使用16位端口号表示一个进程。本质上，一对主机进程之间的通信由两个端节点构成，一个端节点就用IP+Port来标识。

一些知名端口号：
HTTP TCP：80； Mail TCP：25

TCP上的套接字（TCP Socket）

• TCP四元组：本地IP、本地Port、目的IP、目的Port

实际上，建立一个Socket连接后，操作系统就会返回一个“整数”，（Socket描述符、句柄），用于标识这个连接。之后，就可以通过这个描述符来进行通信。
Socket本质上是一个连接的本地标识，一个会话关系，是传输层自己维护的一个映射关系（源IP源Port-目的IP目的Port）。
操作Socket的“整数”的“值”，就是操作这个会话关系，简单易于管理。

操作系统往往要维护一个这样的TCP Socket表，用于管理所有的TCP连接：

UDP上的套接字（UDP Socket）

• UDP二元组：本地IP、本地Port

UDP Socket建立一个UDP二元组，代表本地IP和本地端口，是一个本地意义上的标识，代表的是一个会话关系中的一个端节点。因为UDP是无连接服务，不指定目的IP和端口。
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了。
但是在发送报文时，必须要制定对方的IP和UDP Port（另一个端节点）。

操作系统维护一个UDP Socket表，用于管理所有的UDP连接：

应用层协议

• 协议是对等层实体应遵循的规则集合。
• 应用层协议定义了：运行在不同端系统上的应用进程如何相互交换报文。报文包括请求和应答报文。
• 公开协议：由RFC（Request for Comments）定义规范并发布，允许互操作，如HTTP、SMTP、FTP等。
• 私有协议：一些不公开的内部协议，如Skype等。

Web与HTTP

URL格式

• URL（Uniform Resource Locator）：统一资源定位符
  • URL格式：<scheme>://<host>:<port>/<path>
  • scheme：协议名，如http、https、ftp等
  • host：主机名或IP地址
  • port：端口号，可选
  • path：资源路径

HTTP

• HTTP（HyperText Transfer Protocol）：超文本传输协议

• HTTP使用TCP作为传输层协议：

  • 客户端发起一个与服务器的TCP连接（建立套接字），使用端口80；
  • 服务器接受客户端的TCP连接；
  • 在浏览器（HTTP客户端）与Web服务器（HTTP服务器server）交换HTTP报文（应用层协议报文）；
  • TCP连接关闭。

• HTTP是无状态的，服务器不维护客户端的状态和任何信息。这样的服务器也称为无状态服务器。

HTTP连接

• 非持久HTTP：

  • 最多只有一个对象在TCP连接上发送；
  • 下载多个对象需要多个TCP连接；
  • HTTP/1.0使用非持久连接。

• 持久HTTP：

  • 多个对象可以在一个TCP连接上传输；
  • HTTP/1.1默认使用持久连接。

HTTP请求报文

• 两种类型：请求和响应
• HTTP请求报文：

HTTP相应状态码

• 200: OK
• 301: Moved Permanently
• 400: Bad Request
• 404: Not Found
• 505: HTTP Version Not Supported

维护用户-服务器状态：Cookie

• Cookie：服务器发送给客户端的小文件，存储在客户端的文件中，用于维护用户-服务器状态；
• 大部分主要的门户网站使用Cookies；
• 4个组成部分:
  • 在HTTP相应报文中有一个Cookie的首部行；
  • 在HTTP请求报文中有一个Cookie的首部行；
  • 在用户端系统中保留一个Cookie文件，由用户的浏览器管理；
  • 在Web站点有一个后端数据库。

Cookies与隐私：

• Cookies允许站点知道许多关于用户的信息；
• 可能会将他所知道的资料信息卖给第三方；
• 使用重定向和Cookie的搜索引擎，还能知道用户更多的信息；
  • 如通过某个用户在大量站点上的行为，了解其个人浏览方式的大致模式。
• 广告公司从站点获得信息等。

Web缓存（代理服务器）

• 目标：不访问原始服务器，就满足用户的请求；
• 用户设置浏览器：通过缓存访问Web，浏览器将所有的HTTP请求发给缓存：
  • 在缓存中的对象：缓存直接返回对象；
  • 如对象不在缓存，缓存请求原始服务器，然后再将对象返回给客户端。

• Web缓存既是客户端，又是服务器；
• 通常缓存是由ISP安装（大学、公司、居民区ISP等）。
• 为什么要使用Web缓存？
  • 降低客户端的请求响应时间；
  • 可以大大减少一个机构内部网络与Internet接入链路上的流量；
  • 互联网大量采用了缓存：可以使较弱的ICP也能够有效提供内容。

条件GET方法（Conditional GET）

• 目标：如果缓存其中的缓存对象拷贝是最新的，就不用再从服务器上重新获取；反之获取，以获得最新版本的对象。

---

持续更新中…
如有错误，请及时指出～评论发邮件均可，欧内盖！