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计算机网络——08应用层原理

应用层原理

创建一个新的网络

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，应用进程批次通信
  • 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
  • 网络应用只能在端系统上存在
    • 快速网络应用开发和部署

网络应用的体系架构

可能的应用架构

  • 客户-服务器模式（C/S）
  • 对等模式（P2P）
  • 混合体：客户-服务器和对等体系结构

客户-服务器（C/S）体系结构

  • 服务器
    • 一直运行
    • 固定的IP和周知的端口号（约定）
    • 扩展性：服务器场
      • 数据中心进行拓展
      • 拓展性差
  • 客户端
    • 主动与服务器通信
    • 与互连网有间歇性的连接
    • 可能是动态IP地址
    • 不直接与其他客户端通信
  • 缺点
    • 可拓展性差
    • 达到一定能限，性能暴跌
    • 可靠性差

计算机网络——08应用层原理_第1张图片

对等体（P2P）体系结构

  • （几乎）没有一直运行的服务器
  • 任意端系统之间可以进行通信
  • 每一个节点既是客户端又是服务器
    • 自拓展性-新peer节点带来新的服务能力，当然也带来新的服务请求
  • 参与的主机间歇性连接且可以改变IP地址
    • 难以管理

C/S和P2P体系结构的混合体

Napster

  • 文件搜索：集中
    • 主机在中心服务器上注册其资源
    • 主机向中心服务器铲鲟资源位置
  • 文件传输：P2P
    • 任意Peer节点之间

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

进程通信

进程：在主机上运行的应用程序

  • 在同一个主机内，使用进程间通信机制通信（操作系统定义）
  • 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：P2P架构的应用也有客户端进程和服务器进程之分

客户端进程：发起通信的进程

服务器进程：等待连接的进程

分布式进程通信需要解决的问题

计算机网络——08应用层原理_第2张图片

  • 问题1：进程标示和寻址问题（服务用户）
  • 问题2：传输层-应用层提供服务是如何（服务）
    • 位置：层间界面的SAP（TCP/IP:socket）
    • 形式：应用程序接口API（TCP/IP:socke API）
  • 问题3：如何使用传输层提供的服务，实现应用进程之间的报文交换，实现应用（用户使用服务）
    • 定义应用层协议：报文格式、解释、时序等
    • 编制程序：使用OS提供的API，调用网络基础设施提供通信服务传报文，实现应用时序等

问题1：对进程进行编址

  • 进程为了接收报文必须有一个标识，即SAP（发送也需要标识）
    • 主机：唯一的32位IP地址
      • 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
    • 所采用的传输层协议：TCP or UDP
    • 端口号
  • 一些知名端口号例子：
    • HTTP:TCP 80 Mail:TCP25 ftp:TCP 2
  • 一个进程：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

问题2：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

问题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
    • 可以用一个整数标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，目标端口

TCP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

TCP socket

计算机网络——08应用层原理_第3张图片

计算机网络——08应用层原理_第4张图片

问题2：传输层提供的服务-层间信息代码

  • UDP socket:
    • UDP服务，两个进程之间的通信需要之前无需建立连接
      • 每个报文都是独立传输的
      • 前后报文可能给不同的分布式进程
    • 因此，只能用一个整数表示本应用实体的标示
      • 因为这个报文可能传给另一个分布式进程
    • 穿过层间接口的信息大小最小
    • UDP socket：本IP，本端口
    • 但是传输报文时，必须要提供对方IP，port
      • 接收报文时，传输层需要上传对方的IP，port

UDP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（另外一个端节点）

套接字(Socket)

  • 进程向套接字发送报文或从套接字接收报文
  • 套接字<->门户
    • 发送进程将报文推出门户，发送进程依赖于传输层设施另外一侧的门将报文交付给接受进程
    • 接收进程从另外一端的门户收到报文（依赖于传输层设施）

问题3：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

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
    • 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文档定义
  • 允许互操作
  • 如HTTP、SMTP

专有（私有）协议：

  • 协议不公开
  • 如：Skype

应用需要传输层提供什么样的服务

数据丢失率

  • 有些应用则要求100%的可靠数据传输
  • 有些应用能容忍一定比例以下的数据丢失

延迟

  • 一些应用出于有效性考虑，对数据传输有严格的时间限制
    • Internet电话、交互式游戏
    • 延迟，延迟差

吞吐

  • 一些应用必须需要最小限度的吞吐，从而使得应用能够有效运转
  • 一些应用能充分利用可供使用的吞吐（弹性应用）

安全性

  • 机密性
  • 完整性
  • 可认证性（鉴别）

常见应用对传输服务的要求

应用 数据丢失率 吞吐 时间敏感性
文件传输 不能丢失 弹性 不
e-mail 不能丢失 弹性 不
Web文档 不嫩柜式 弹性 不
实时音视频 容忍丢失 音频：5kbps-1Mbps，视频：100kbps-5Mbps 是，100ms
存储音视频 容忍丢失 同上 是，几秒
交互式游戏 容忍丢失 kbps-10kbps 是，100ms
即时讯息 不能丢失 弹性 是和不是

Internet传输层提供的服务

TCP服务：

  • 可靠的传输服务
  • 流量控制：发送方不会淹没接受方
  • 拥塞控制：当网络出现拥塞时，最小吞吐保证和安全
  • 面向连接：要求客户端进程和服务器进程之间建立连接

UDP服务

  • 不可靠数据传输
  • 不提供的服务：可靠、流量控制、拥塞控制、时间、带宽控制、建立连接

UDP存在的必要性

  • 能够区分不同的进程，而IP服务不能
    • 在IP提供的主机到主机端到端功能的基础上，区分了主机的应用进程
  • 无需建立连接，省去了建立连接的时间，适合事务性的应用
  • 不做可靠性的工作，例如检错重发，适合那些对实时性要求比较高而对正确性要求不告而应用
    • 因为为了实现可靠性（准确性、保存等），必须付出时间代价（检错重发）
  • 没有拥塞控制和流量控制，应用能够按照设定的速度发送数据
    • 而在TCP上面的应用，应用发送数据的速度和主机向网络发送的实际速度是不一致的，因为有流量控制和拥塞控制

Internet应用及其应用层协议和传输协议

应用 应用层协议 下层传输的协议
e-mail SMTP[RFC 2821] TCP
远程终端访问 Telent[RFC 854] TCP
Web HTTP[RFC 2616] TCP
文件传输 FTP[RFC 959] TCP
流媒体 专用协议 TCP或UDP
Internet电话 专用协议 TCP或UDP

安全TCP

TCP & UDP

  • 都没有加密
  • 明文通过互联网传输，甚至密码

SSL

  • 在TCP上面实现，提供加密的TCP连接
  • 私密性
  • 数据完整性
  • 端到端的鉴别

SSL在应用层

  • 应用采用SSL库，SSL库使用TCP通信

SSL socket API

  • 应用通过API将明文交给socket，SSL将其加密在互联网上传输

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        在spring mvc中，为了随时都能取到当前请求的request对象，可以通过RequestContextHolder的静态方法getRequestAttributes()获取Request相关的变量，如request, response等。         在jshop中，对RequestContextHolder的
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          在 计算机科学 中， 算法 的时间复杂度是一个 函数 ，它定量描述了该算法的运行时间。这是一个关于代表算法输入值的 字符串 的长度的函数。时间复杂度常用 大O符号 表述，不包括这个函数的低阶项和首项系数。使用这种方式时，时间复杂度可被称为是 渐近 的，它考察当输入值大小趋近无穷时的情况。 这样用大写O()来体现算法时间复杂度的记法，
  • Java事务处理 g21121 java
    一、什么是Java事务 通常的观念认为，事务仅与数据库相关。 事务必须服从ISO/IEC所制定的ACID原则。ACID是原子性（atomicity）、一致性（consistency）、隔离性（isolation）和持久性（durability）的缩写。事务的原子性表示事务执行过程中的任何失败都将导致事务所做的任何修改失效。一致性表示当事务执行失败时，所有被该事务影响的数据都应该恢复到事务执行前的状
  • Linux awk命令详解 510888780 linux
    一.  AWK 说明   awk是一种编程语言，用于在linux/unix下对文本和数据进行处理。数据可以来自标准输入、一个或多个文件，或其它命令的输出。它支持用户自定义函数和动态正则表达式等先进功能，是linux/unix下的一个强大编程工具。它在命令行中使用，但更多是作为脚本来使用。    awk的处理文本和数据的方式：它逐行扫描文件，从第一行到
  • android permission 布衣凌宇 Permission
    <uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_CHECKIN_PROPERTIES" ></uses-permission>允许读写访问"properties"表在checkin数据库中，改值可以修改上传 <uses-permission android:na
  • Oracle和谷歌Java Android官司将推迟 aijuans javaoracle
    北京时间 10 月 7 日，据国外媒体报道，Oracle 和谷歌之间一场等待已久的官司可能会推迟至 10 月 17 日以后进行，这场官司的内容是 Android 操作系统所谓的 Java 专利权之争。本案法官 William Alsup 称根据专利权专家 Florian Mueller 的预测，谷歌 Oracle 案很可能会被推迟。　　该案中的第二波辩护被安排在 10 月 17 日出庭，从目前看来
  • linux shell 常用命令 antlove linuxshellcommand
    grep [options] [regex] [files] /var/root # grep -n "o" * hello.c:1:/* This C source can be compiled with:
  • Java解析XML配置数据库连接(DOM技术连接 SAX技术连接) 百合不是茶 sax技术Java解析xml文档dom技术XML配置数据库连接
        XML配置数据库文件的连接其实是个很简单的问题,为什么到现在才写出来主要是昨天在网上看了别人写的,然后一直陷入其中,最后发现不能自拔 所以今天决定自己完成 ,,,,现将代码与思路贴出来供大家一起学习   XML配置数据库的连接主要技术点的博客; JDBC编程 : JDBC连接数据库 DOM解析XML:  DOM解析XML文件 SA
  • underscore.js 学习（二） bijian1013 JavaScriptunderscore
            Array Functions 所有数组函数对参数对象一样适用。1.first   _.first(array, [n])   别名: head, take       返回array的第一个元素，设置了参数n，就
  • plSql介绍 bijian1013 oracle数据库plsql
    /* * PL/SQL 程序设计学习笔记 * 学习plSql介绍.pdf * 时间：2010-10-05 */ --创建DEPT表 create table DEPT ( DEPTNO NUMBER(10), DNAME NVARCHAR2(255), LOC NVARCHAR2(255) ) delete dept; select
  • 【Nginx一】Nginx安装与总体介绍 bit1129 nginx
    启动、停止、重新加载Nginx nginx 启动Nginx服务器，不需要任何参数u nginx -s stop 快速(强制)关系Nginx服务器 nginx -s quit 优雅的关闭Nginx服务器 nginx -s reload 重新加载Nginx服务器的配置文件 nginx -s reopen 重新打开Nginx日志文件  
  • spring mvc开发中浏览器兼容的奇怪问题 bitray jqueryAjaxspringMVC浏览器上传文件
        最近个人开发一个小的OA项目,属于复习阶段.使用的技术主要是spring mvc作为前端框架,mybatis作为数据库持久化技术.前台使用jquery和一些jquery的插件.     在开发到中间阶段时候发现自己好像忽略了一个小问题,整个项目一直在firefox下测试,没有在IE下测试,不确定是否会出现兼容问题.由于jquer
  • Lua的io库函数列表 ronin47 lua io
    1、io表调用方式：使用io表，io.open将返回指定文件的描述，并且所有的操作将围绕这个文件描述 　　io表同样提供三种预定义的文件描述io.stdin,io.stdout,io.stderr 　　2、文件句柄直接调用方式,即使用file:XXX()函数方式进行操作,其中file为io.open()返回的文件句柄 　　多数I/O函数调用失败时返回nil加错误信息,有些函数成功时返回nil
  • java-26-左旋转字符串 bylijinnan java
    public class LeftRotateString { /** * Q 26 左旋转字符串 * 题目：定义字符串的左旋转操作：把字符串前面的若干个字符移动到字符串的尾部。 * 如把字符串abcdef左旋转2位得到字符串cdefab。 * 请实现字符串左旋转的函数。要求时间对长度为n的字符串操作的复杂度为O(n)，辅助内存为O(1)。 */ pu
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    vi方面的内容不知道分类到哪里好，就放到《Linux命令五分钟系列》里吧！ 今天编程，关于栈的一个小例子，其间我需要把”S.”替换为”S->”(替换不包括双引号)。 其实这个不难，不过我觉得应该总结一下vi里的替换技术了，以备以后查阅。   1 所有替换方案都要在冒号“:”状态下书写。 2 如果想将abc替换为xyz，那么就这样 :s/abc/xyz/ 不过要特别
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         我在进行流程引擎循环反馈试验的过程中，发现一个有趣的事情。。。如果我们在流程图的每个节点中嵌入一个双向循环代码段，而整个流程中又充满着很多并行路由，每个并行路由中又包含着一些并行节点，那么当整个流程图开始循环反馈过程的时候，这个流程图的运行过程是否变成一个并行计算的架构呢？      
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    用handler就可以了 private Handler handler = new Handler(); private Runnable runnable = new Runnable() { public void run() { update(); handler.postDelayed(this, 5000); } }; 开始计时 h
  • Java实现堆栈（list实现） datageek 数据结构——堆栈
    public interface IStack<T> { //元素出栈，并返回出栈元素 public T pop(); //元素入栈 public void push(T element); //获取栈顶元素 public T peek(); //判断栈是否为空 public boolean isEmpty
  • 四大备份MySql数据库方法及可能遇到的问题 dcj3sjt126com DBbackup
    一：通过备份王等软件进行备份前台进不去？ 用备份王等软件进行备份是大多老站长的选择，这种方法方便快捷，只要上传备份软件到空间一步步操作就可以，但是许多刚接触备份王软件的客用户来说还原后会出现一个问题：因为新老空间数据库用户名和密码不统一，网站文件打包过来后因没有修改连接文件，还原数据库是好了，可是前台会提示数据库连接错误，网站从而出现打不开的情况。 解决方法：学会修改网站配置文件，大多是由co
  • github做webhooks：[1]钩子触发是否成功测试 dcj3sjt126com githubgitwebhook
    转自: http://jingyan.baidu.com/article/5d6edee228c88899ebdeec47.html github和svn一样有钩子的功能，而且更加强大。例如我做的是最常见的push操作触发的钩子操作，则每次更新之后的钩子操作记录都会在github的控制板可以看到！ 工具/原料 github 方法/步骤
  • ">的作用" target="_blank">JSP中的作用 蕃薯耀
    JSP中<base href="<%=basePath%>">的作用 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
  • linux下SAMBA服务安装与配置 hanqunfeng linux
    局域网使用的文件共享服务。 一.安装包： rpm -qa | grep samba samba-3.6.9-151.el6.x86_64 samba-common-3.6.9-151.el6.x86_64 samba-winbind-3.6.9-151.el6.x86_64 samba-client-3.6.9-151.el6.x86_64 samba-winbind-clients
  • guava cache IXHONG cache
    缓存，在我们日常开发中是必不可少的一种解决性能问题的方法。简单的说，cache 就是为了提升系统性能而开辟的一块内存空间。 　　缓存的主要作用是暂时在内存中保存业务系统的数据处理结果，并且等待下次访问使用。在日常开发的很多场合，由于受限于硬盘IO的性能或者我们自身业务系统的数据处理和获取可能非常费时，当我们发现我们的系统这个数据请求量很大的时候，频繁的IO和频繁的逻辑处理会导致硬盘和CPU资源的
  • Query的开始--全局变量,noconflict和兼容各种js的初始化方法 kvhur JavaScriptjquerycss
    这个是整个jQuery代码的开始，里面包含了对不同环境的js进行的处理，例如普通环境，Nodejs，和requiredJs的处理方法。 还有jQuery生成$, jQuery全局变量的代码和noConflict代码详解  完整资源： http://www.gbtags.com/gb/share/5640.htm jQuery 源码：   (
  • 美国人的福利和中国人的储蓄 nannan408
       今天看了篇文章，震动很大，说的是美国的福利。    美国医院的无偿入院真的是个好措施。小小的改善，对于社会是大大的信心。小孩，税费等，政府不收反补，真的体现了人文主义。    美国这么高的社会保障会不会使人变懒？答案是否定的。正因为政府解决了后顾之忧，人们才得以倾尽精力去做一些有创造力，更造福社会的事情，这竟成了美国社会思想、人
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    package gaodai; import java.util.List; /** * N阶行列式计算 * @author 邱万迟 * */ public class DeterminantCalculation { public DeterminantCalculation(List<List<Double>> determina
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    如果一个渔夫从2011年1月1日开始每三天打一次渔，两天晒一次网，编程实现当输入2011年1月1日以后任意一天，输出该渔夫是在打渔还是在晒网。 代码如下：   #include <stdio.h> int leap(int a) /*自定义函数leap()用来指定输入的年份是否为闰年*/ { if((a%4 == 0 && a%100 != 0
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    DTD声明始终以!DOCTYPE开头,空一格后跟着文档根元素的名称,如果是内部DTD,则再空一格出现[],在中括号中是文档类型定义的内容. 而对于外部DTD,则又分为私有DTD与公共DTD,私有DTD使用SYSTEM表示,接着是外部DTD的URL. 而公共DTD则使用PUBLIC,接着是DTD公共名称,接着是DTD的URL.   私有DTD <!DOCTYPErootSYST
按字母分类： ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ其他