【计算机网络概述】第二章：应用层：1.1 应用层原理

学习目标：

客户端/服务器模式

peer to peer 模式（对等模式）

前言

       在第一章的内容中，我们学习了计算机网络的大体轮廓，因为在计算机网络中，我们需要记住非常多的专有名词，所以在第一章中，我们需要进行非常多的记忆。第一章还是非常重要的。

一、一些网络应用的例子

       比如，我们所使用的E-mail，Web服务器，文本信息，远程登陆，P2P文件共享（基于P2P模式下），即时通信，多用户网络游戏，流媒体的应用（YouTobe，Hulu，Netfix），Internet电话，实时电视通信，社交网络，搜索功能等一些例子。

二、如何部署网络应用

2.1 编程

• 在不同的端系统中应用；
• 通过网络基础设施进行服务，应用进程之间彼此通信；
• 比如说是：Web，我们需要进行客户端与服务器之间的通信，Web软件与服务器软件进行通信。

2.2 网络核心中没有应用层软件

• 网络核心中没有应用层功能
• 网络应用只在端系统中存在，快速网络开发和应用。

三、网络应用模型

3.1 客户端/服务器模式

       在客户端/服务器模式下，有一个总是打开的主机称为服务器，它服务于许多来自其他称为客户机的主机请求。

3.1.1  客户端/服务器模式的功能流程：

1. 服务器处于接受请求的状态；
2. 客户端发出服务请求，并等待处理结果；
3. 服务器在收到请求后，分析请求，进行必要的处理，得到结果并发送给客户机。

3.1.2 客户端与服务器的地位对等吗

       答案是不对等的，因为在进行对话中，客户端程序必须知道服务器程序的地址，客户机上一般不需要特殊的硬件和复杂的操作系统。而在服务器中运行的软件则是专门进行提供某种服务的程序，可同时处理多个进程或本地客户的要求，被动地等待并接收各地客户的请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。

3.1.3 客户/服务器模型的主要特点

• 网络中各个计算机的地位是不平等的，整个网络的管理系统由少数服务器担当，因此网络中的管理非常集中和方便；
• 客户机相互之间不能直接通信；
• 可扩展性不高。
• 固定的IP地址（也可能是不固定的）和众所周知的端口号（约定）

3.2 P2P模式

3.2.1 为什么会有P2P模式？

       不难看出，在C/S模式中，服务器的性能好坏决定了整个系统的性能，当大量用户请求服务时，服务器就必然成为系统的瓶颈。P2P模式的思想是整个网络中的传输内容不再被保存在中心服务器上，每一个节点都同时具有下载、上传的功能，其权利和义务都是大体对等的。

3.2.2 P2P模式的优点

• 减轻了服务器的计算压力，消除了对某个服务器的完全依赖，可以将任务分配到各个节点上，大大提高了系统效率和资源利用率。
• 多个客户机之间可以直接共享文档。
• 可扩展性好，传统服务器有响应和带宽的限制，因此只接受一定数量的请求。
• 网络健壮性强，单个节点失效不会影响其他部分的节点。

3.2.3 P2P模型的缺点

       在获取服务的同时，还要给其他节点提供服务，因此会占用较多的内存，影响整机的速度。

3.3 易错知识点

       在未建立前，服务器在某一个端口上监听。客户端是连接的请求方，客户端必须事先知道服务器的地址才能发出连接请求，而服务器则从客户端发来的数据包中获取客户端的地址。一旦连接建立，服务器就能响应客户端请求的内容，服务器也能主动发送数据给客户端，用于消息的通知，比如一些错误的消息。

       客户机的作用是根据用户需求向服务器发出服务请求，并将服务器返回的结果呈现给客户，因此客户机是面向用户的，服务器是面向任务的。

3.4 C/S和P2P体系结构的混合体

我们来举一些例子：

即时通信

在线检测：集中C/S模式

• 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模式

Napster

文件搜索：集中

• 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

文件传输：P2P

• 任意peer结点之间

3.5 进程通信

进程：在主机上运行的应用程序

客户端进程：发起通信的进程

服务器进程：等待连接的进程

进程中通信可以分为两种：在同一主机内通信；在不同主机内通信

1. 在同一主机内，使用进程间通信机制通信（操作系统定义）
2. 不同主机，通过交换报文来通信：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。

注意：不管是C/S模式，还是P2P模式，其架构的应用都有客户端进程和服务器进程之分。

3.6 分布式进程通信应该解决的问题

3.6.1 进程标识和寻址问题

进程为了接收报文，必须要有一个标识，即：SAP（发送也需要标识）

• 主机：唯一的32位IP地址，但是仅有一个IP地址无法唯一地标识一个进程，在一台端系统上有很多应用进程在进行。
• 所采用的传输层协议：TCP 和 UDP
• 端口号                                                                                                                                    

一些知名的端口号有：HTTP：tcp80，FTP：tcp21，SMTP：tcp25，POP：tcp110

之前说，一个进程无法只通过一个IP地址进行标识，所以要通过IP+port(端口)来进行标识。

本质上，一对主机之间的通信要有两个端结点构成。

3.6.2 传输层提供的服务-需要穿过层间的信息

层间接口需要携带的信息：

• 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

传输层实体根据这些信息进行数据报的封装，但是在封装过程中，会不会觉得很麻烦呢？是的，比较麻烦。

3.6.3 如何使用传输层提供的服务实现应用

1. 定义应用层协议：报文格式，解释，时序等；
2. 编写程序，通过API调用网络应用设施提供通信服务传报文，解析报文，实现应用时序等。

3.7 Socket

       为了解决上述的问题，并且每一次传输，都携带如此多的信息，太繁琐易错，不便于管理，所以我们可以采用一个编号来表示通信的双方或者单方。

3.7.1 TCP的Socket

TCP的Socket是一个四元组，包括：源IP，源port，目标IP，目标port

3.7.2 UDP的Socket

UDP的Socket是一个二元组，包括：本IP，本port