计算机网络复习(二) 应用层

时间  2021-01-12 标签 计算机网络 应用层

1、应用架构

（1）CS

对于 CS 架构 (Client/Server)，网络中的每个节点是不对称的，具体而言可以分为两类：

  • 服务端 (Server)：服务端拥有资源，为客户端提供服务，每个客户端都能与服务端联系
  • 客户端 (Client)：客户端需要资源，向服务端申请服务，每个客户端之间不能相互联系

（2）P2P

对于 P2P 架构 (Peer-To-Peer)，网络中的每个节点都是对称的，没有服务端和客户端之分

每个节点都拥有资源，每个节点都能提供服务，同时每个节点也都需要资源，也都需要申请服务

2、Web and HTTP

（1）通信过程

对于网页 (Web) 应用，通常使用 HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 控制通信规则，其依赖于 TCP 提供的服务

根据标准的不同，HTTP 协议可以分为 HTTP/1.0 和 HTTP/1.1，其中 HTTP/1.1 由 HTTP/1.0 改进而来

在 HTTP/1.0 中，使用的是 非持续性连接 (Non-persistent Connection)，对于 CS 架构通信过程如下：

  • 客户端请求与服务端建立 TCP 连接
  • 服务端同意后，正式建立 TCP 连接
  • 客户端发送请求，在请求信息中指定需要获取的资源
  • 服务端返回响应，在响应信息中包含资源实体，之后关闭 TCP 连接
  • 客户端收到响应，解析拿到资源实体
  • 如果发现资源实体还要引用其它资源，那么重复以上步骤

在这里插入图片描述

而在 HTTP/1.1 中，使用的是 持续性连接 (Persistent Connection)，对于 CS 架构通信过程如下：

  • 客户端请求与服务端建立 TCP 连接
  • 服务端同意后，正式建立 TCP 连接
  • 客户端发送请求，在请求信息中指定需要获取的资源
  • 服务端返回响应，在响应信息中包含资源实体，但是不会关闭 TCP 连接
  • 客户端收到响应，解析拿到资源实体
  • 如果发现资源实体还要引用其它资源，那么重复步骤 3~ 5

假设我们需要传输一个 HTML 文件，在文件中引用十个 JEPG 图片，计算传输时间？

  • 若使用非持续性连接：T = (2RTT + Ttransfer) + (2RTT + Ttransfer) * 10
  • 如果使用持续性连接：T = (2RTT + Ttransfer) + (RTT + Ttransfer) * 10

（2）消息格式

HTTP 采用 请求/响应 格式，客户端提交请求 (Request)，服务端返回响应 (Response)

请求消息的格式请看下面的图片，其中常见的 请求方法 如下：

  • GET：请求指定资源，返回资源实体
  • POST：向指定资源提交数据，可能导致新资源的建立或旧资源的修改
  • HEAD：类似 GET 请求，只是返回的响应没有具体的内容，常常用于获取报头
  • DELETE：删除指定的资源
  • PUT：使用提交的数据取代指定的资源
  • TRACE：返回服务端收到的请求，常常用于测试
  • OPTIONS：返回服务端针对特定资源所支持的请求方法，也能用于查看服务端的性能

在这里插入图片描述

响应消息的格式请看下面的图片，其中常见的 状态代码和状态信息 如下：

  • 1**：信息，服务端收到请求，要求客户端继续执行操作
  • 2**：成功，操作成功
  • 3**：重定向，要求客户端执行进一步的操作以完成请求
  • 4**：客户端错误，请求包含语法错误或者无法完成请求
  • 5**：服务端错误，服务端在处理请求时发生错误

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（3）Cookies

由于 HTTP 协议是 无状态的，因此服务器想要跟踪用户状态，可以使用 Cookies 技术

Cookie 其实就是一个特殊的值，它由服务端创建和维护，并发送给客户端

之后，客户端在每次请求时带上 Cookie，服务端通过 Cookie 就能判断用户状态

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（4）Caches

Caches 技术可以降低客户端获取响应的时间，也能减少服务端处理请求的压力，可以说是一举两得

使用 Caches 其实就是建立一个或多个 代理服务器 (proxy server)，由代理服务器帮助响应客户端的请求

客户端直接发送请求到代理服务器，如果请求的资源在代理服务器上，那么直接返回给客户端

如果不在，那么代理服务器先向服务器请求资源，得到资源后保存在本地，之后再返回给客户端

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3、File and FTP

（1）通信过程

对于文件 (File) 传输，通常使用 FTP (File Transfer Protocol) 控制通信规则，其依赖于 TCP 提供的服务

FTP 协议在通信时会建立两个连接，分别为 控制连接 (Control Connection) 和 数据连接 (Data Connection)

  • 控制连接：用于传输命令，进行授权认证
  • 数据连接：用于传输文件

对于 CS 架构通信过程如下：

  • 客户端与服务端建立控制连接
  • 客户端通过控制连接进行授权，发送命令
  • 服务端收到文件传输命令之后，建立数据连接
  • 服务端通过数据连接传输文件，当一个文件传输完成后，服务端关闭数据连接
  • 如果还有其它文件传输，需要重新建立数据连接

在这里插入图片描述

（2）消息格式

FTP 采用 命令/响应 格式，客户端发送的命令以及服务端返回的响应通过控制连接传输，它们都是 7 比特的 ASCII

客户端发送 命令 (Command) 进行授权和请求资源，常用的命令如下：

  • USER username：向服务端发送账号
  • PASS password：向服务端发送密码
  • LIST：返回当前目录的文件列表
  • RETR filename：从服务端下载文件
  • STOR filename：将文件上传到服务端

服务端接收到命令后，发送 响应 (Response) 返回结果，一个响应包括状态代码和状态信息，常见的响应如下：

  • 311：账号正确，要求输入密码
  • 125：已经建立数据连接，开始传输文件
  • 425：不能建立数据连接

4、Email and SMTP

（1）通信过程

对于邮件 (Mail) 传输，通常使用 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 控制通信规则，其依赖于 TCP 提供的服务

邮件传输有两个重要的组件，分别是 用户代理 (User Agent) 和 邮件服务器 (Mail Server)

  • 用户代理：用于编辑、阅读邮件
  • 邮件服务器：用于发送、接收邮件

对于 CS 架构通信过程如下：

  • 发送方通过自己的用户代理编辑邮件
  • 发送方的用户代理发送邮件到自己的邮件服务器
  • 发送方的邮件服务器接收邮件，将邮件放在消息队列 (Message Queue)，等待发送
  • 发送方的邮件服务器发送邮件到接收方的邮件服务器
  • 接收方的邮件服务器接收邮件，将邮件放在邮件箱子 (Mail Box)，等待阅读
  • 接收方通过自己的用户代理阅读邮件

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（2）消息格式

最开始的时候，邮件只能传输文本，因此只用简单的 ASCII 定义邮件格式

普通邮件格式 包括两个部分，分为头部 (Header) 和主体 (Body)

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后来，邮件还能传输多媒体资源，又定义了新的格式 MIME (Multiperpose Internet Mail Extension)

只需要在头部添加新行，指定使用 MIME 邮件格式 即可

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SMTP 同样采用 命令/响应格式，对于客户端发送的命令以及服务端返回的响应，它们都是 7 比特的 ASCII

客户端发送 命令 (Command) 进行授权和请求资源，常用的命令如下：

  • HELO：建立连接
  • AUTH LOGIN：身份认证
  • MAIL FROM address：指定发送邮件的邮箱
  • RCPT TO address：指定接收邮件的邮箱
  • DATA：指定邮件正文
  • QUIT：关闭连接

服务端接受到命令后，发送 响应 (Response) 返回结果，一个响应包括状态代码和状态信息，常见的响应如下：

  • 220：服务就绪
  • 250：要求的操作已完成
  • 354：开始输入邮件正文，以 . 结束
  • 221： 服务关闭

（3）其它邮件协议

上面介绍过的 SMTP 是 邮件发送协议，下面要介绍的 POP3 和 IMAP 是 邮件接收协议

  • POP3 (Post Office Protocol 3)：允许用户从邮件服务器下载邮件
  • IMAP (Internet Mail Access Protocol)：允许用户直接在邮件服务器上管理邮件，包括移动、分类等等

5、DNS

DNS (Domain Name System) 的作用是 将域名解析为 IP 地址

DNS 是一个 分布式、层次化的数据库，里面储存着域名与 IP 地址的映射关系，按照层级的不同可分为四层：

数据库按照层级的不同可分为四层：

  • 根域名服务器 (Root DNS Server)：目前全球一共有 13 台根域名服务器
  • 顶级域名服务器 (Top-Level Domain DNS Server)：提供 com、org、net、edu 等顶级域名的解析服务
  • 权威域名服务器 (Authoritative DNS Server)：为特定的组织提供解析服务
  • 本地域名服务器 (Local DNS Server)：严格来说不属于其中一层，每个 ISP 都有一个本地域名服务器

DNS 也是一种 应用层协议，当客户端需要获取域名解析服务时，都要请求域名服务器

（1）通信过程

如果使用 迭代查询 (Iterated Query)，那么通信过程如下：

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如果使用 递归查询 (Recursive Query)，那么通信过程如下：

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（2）消息格式

DNS 使用 请求/回复格式，它们使用相同的报文

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