计算机网络基础_计算机网络应用

计算机网络基础（自顶向下） HIT 哈工大课程笔记，介绍详细，可以让你更快速更方便去了解学习。有需要的赶紧收藏吧！

计算机网络应用

• 难点以及重点
  • 1. 什么是套接字socket
  • 2. 非持久性连接的问题
  • 3. SMTP与HTTP对比
    • PPT209
  • 4. POP3无状态？
  • 5. IMAP与POP3
  • 6. 不可伸缩
  • 7. DNS负载均衡？
• 网络应用及协议
  • Web应用
    • 概述
      • WEB的构成
        • 网页互相链接
          • 形成庞大的信息和内容网络甚至服务网络
        • 网页
          • 多个对象
            • 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
        • URL：统一资源定位器
          • 基本格式
            • Scheme://host:port/path Scheme：协议名称 默认http（缺省值） host：主机域名或IP地址 port：端口号 path：路径
        • WEB上所有的资源都有了唯一的标识符
    • HTTP协议
      • 万维网遵循协议（HyperText Transfer Protocol）
      • 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
      • 版本
        • 1.0 RFC 1945
          • 非持久连接
          • 方法的类型
            • GET： POST： HEAD：请Server不要将所请求的对象放入响应消息中
        • 1.1 RFC 2068
          • 默认持久性连接
          • 方法的类型
            • GET： POST： HEAD：请Server不要将所请求的对象放入响应消息中 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
      • TCP传输服务
        • 具体步骤
          • 服务器在80端口（HTTP Server）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 关闭TCP连接
      • 无状态
        • 为什么不使用有状态的协议
          • 
        • 服务器不维护任何有关客户端过去所发请求的消息
    • HTTP连接类型
      • 非持久性连接
        • 特点
          • 每个TCP连接最多允许传输一个对象
        • 步骤
          • 客户端与服务器建立连接： a.客户端向服务器上的服务器进程发起TCP连接请求 b.HTTP服务器在端口80等待TCP连接请求，接受连接并通知客户端。 客户端与服务器交换信息： 客户端将HTTP请求消息通过TCP连接的套接字发出，消息中所含的URL中的路径表明客户端所需要对象 HTTP服务器收到请求消息，解析，封装包含所需要对象（一个对象）的响应信息，通过socket发送给客户端 客户端与服务器断开连接： HTTP 服务器关闭连接 HTTP客户端收到响应消息，解析html文件，显示html文件，发现有10个指向jpeg对象的超连接 为每个jpeg对象重复步骤1-5（第一次TCP连接只发送了文本）
        • 响应时间分析与建模
          •  total=2RTT+文件发送时间
          • RTT
            • 从客户端发送一个很小的数据包到服务器并返回所经历的时间（往返）
          • 响应时间
            • 各1个RTT
              • 发送、建立TCP连接
              • 客户端发送请求以及接收响应消息
            • 文件发送时间
              • 响应消息中所含的文件/对象传输时间
      • 非持久性连接
        • 特点
          • 每个TCP连接允许传输多个对象
          • 发送响应后，服务器保持TCP连接的打开
            • 发送/建立TCP连接只消耗1个RTT （后续的HTTP消息发送/接收可以通过这个连接）
        • 分类
          • 无流水
            • 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
            • 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个RTT(TCP建立+文本+引用对象)+文件发送时间
    • HTTP消息格式
      • 请求消息
        •  
        • request line
          • 请求方法+URL+HTTP版本
        • heaner lines（可扩展）
          • host：服务器域名
          • user-agent 浏览器
        • CR LF
          • Carrige return 回车 line feed 换行 indicate end of message
        • Entity Body
          • 实体主体：存放携带的数据
      • 响应消息
        • 
        • status line
          • HTTP版本+状态代码+状态短语
            • 状态代码： 200 OK 301 Moved Permanently 400 Bad Request 404 Not Found 505 HTTP Version Not Supported
        • heaner lines（可扩展）
          • Date：web服务器生成响应消息的事件
          • Last—Modified：网页上次修改时间
        • CR LF
          • Carrige return 回车 line feed 换行 indicate end of message
        • requested HTML file
      • 上传输入的方法
        • POST方法（信息量大）
          • 网页经常需要填写表格
          • 在请求消息的消息体（entity body）中上传客户端的输入
        • GET方法（信息量少）
          • 输入信息通过request行的URL字段上传
    • Cookie技术
      • 架设在HTTP协议上
      • 定义 RFC6265
        • 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）。
      • 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
        • HTTP 请求/响应消息
        • 浏览器管理的cookies文件
        • WEB服务器端的数据库文件
      • 原理
        • PPT注释
    • Web缓存/代理服务器技术
      • 功能
        • 在不访问服务器的前提下满足客户端的HTTP请求
      • 原因
        • 缩短客户请求的响应时间（分流）
        • 减少机构/组织的流量（PPT中缓存示例）
        • 在大范围内实现有效的内容分发
      • 组织形式
        •  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 一般由ISP（Internet服务提供商）架设
        • proxy server既充当客户端，也充当服务器
      • 条件性GET方法
        • 目的
          • 用于同步缓存服务器与远端服务器的WEB对象版本
  • Email应用
    •  一个网络应用可以综合使用多个协议
    • 构成组件
      • 邮件客户端
        • 读、写Email消息 与服务器交互，收、发Email消息 PC客户端：Outlook, Foxmail, Thunderbird Web客户端
      • 邮件服务器
        • 邮箱：存储发给该用户的Email（对接收方而言） 消息队列(message queue)：存储等待发送的Email（对发送方而言）
      • SMTP协议
        • 邮件服务器之间传递消息所使用的协议
        • 客户端
          • 发送消息的服务器
        • 服务器
          • 接受消息的服务器
    • SMTP协议：RFC2821
      • 邮件服务器之间传递消息所使用的协议
      • 端口
        • 25
      • 传输协议TCP（可靠传输）
        • 握手
        • 消息的传输（持久性连接）
        • 关闭
      • 命令/响应交互模式
        • 命令：ASCII文本
        • 响应：状态代码和语句
      • SMTP交互示例
        • 
        • 220
          • 代表成功建立连接
        • 250
          • 信息正确的确认代码
        • RCPT TO
          • 接收者名称
        • DATA
          • 正式开始发送数据的命令
        • MAIL FROM
          • 发送方名称
        • SMTA服务器确定消息的结束
          • CRLF.CRLF
    • 消息格式
      • RFC 822 文本消息格式标准 
      • 头部行
        • TO
        • from
        • Subject（标题）
      • 消息体
        • 消息本身（只能是ASCII字符）
      • MIME
        • 多媒体邮件扩展RFC 2045, 2056 通过在邮件头部增加额外的行以声明MIME的内容类型
        • 目的
          • 为了发送多媒体文件
        • 格式
          • 
        • 仍需將多媒體文件進行ASCII编码
    • 邮件访问协议
      • 从服务器获取邮件
      • POP
        • 认证/授权(客户端<->服务器)和下载
        • 认证过程
          • 客户端命令
          • 服务器响应
        • 事务阶段
          • List：列出消息数量 Retr：用编号获取消息（把消息从服务器下载到客户端上） Dele: 删除消息 Quit
        • 模式
          • 下载并删除
          • 下载并保持
        • 无状态
      • IMAP
      • HTTP
        • 基于WEB的EMAIL应用
        • 163，QQmail等
  • DNS应用
    • 分布式层次式数据库
      • 层次结构
        • 根服务器
        • 顶级域名服务器
        • 机构服务器
      • 本地域名解析服务器
        • 当主机进行DNS查询时，查询被发送到本地域名服务器 本地域名服务器作为代理，将查询转发给（层级式）域名解析服务系统
        • 一般会缓存顶级域名服务器的映射
          • 因此根域名服务器不经常被访问
      • 应用
        •  根服务器->顶级域名服务器->机构/企业的域名服务器
    • DNS查询示例
      • 迭代查询
        • 
        • 被查询服务器返回域名解析服务器的名字（踢皮球）
      • 递归查询
        • 
        • 域名解析的任务交给所联系的服务器（完成后续查询工作后返回结果）
    • DNS记录（资源记录）
      • DNS在分布式层次式数据库里数据记录的格式  ttl:关于时间有效性的一个字段
      • 记录缓存和更新
        • 域名解析服务器获得域名-IP映射，即缓存这一映射
      • Type
        • A
          • Name：主机域名；Value：IP地址
        • NS
          • Name：域名；Value：该域权威域名解析服务器的主机域名（非IP）
        • CNAME
          • Name：某一真实域名的别名；Value：真实域名
        • MX
          • Value是与name相对应的邮件服务器
    • DNS协议
      • 查询与回复
      • 消息格式相同
        • 消息头部
          • 补充扩展
          • Identification
          • flags
    • 思考
      • DNS服务
        • 域名向IP地址的翻译 主机别名 邮件服务器别名 负载均衡：Web服务器
      • 使用UDP还是TCP？
      • 为什么DNS不是集中式？
        • 不可伸缩
  • P2P应用
    • 特点
      • 没有服务器 任意端系统之间直接通信 节点阶段性接入Internet 节点可能更换IP地址
    • 文件分发
      • 
      • C/S结构
        •  服务器发送文件的同时客户机开始接收文件，所以两个时间不用相加，而是二者最大值
        • 服务器需对每个请求的节点副本
        • 客服机i需要时间下载
      • P2P结构
        • 
        • 服务器必须发送一个副本
          • 互联网上的任一节点只要持有该文件的任何部分（chunk）就可以互相之间分享文件
        • 客服机i需要时间下载
        • 子主题
      • 协议：BitTorrent
    • 索引技术
      • 集中式索引
        • 
        • 流程
          • 内容和文件传输是分布式的，但是内容定位是高度集中式的
          • 节点加入，通知中央服务器其IP地址和内容
          • 节点向中央服务器查询某文件
          • 客户端—客户端进行文件的传输
        • 问题
          • 单点失效问题
          • 性能瓶颈
      • 洪泛式查询
        • 特点
          • 完全分布式架构
          • 每个节点仅对它共享的文件进行索引
        • 如何查询文件
          • 覆盖网络
            • 
        • 流程
          • 
          • 查询消息通过已有的TCP连接发送
          • 节点转发查询信息
          • 查询命中，则利用反向路径返回查询节点
        • 问题
          • 消息在网络中泛滥。大量消耗网络带宽，导致网络拥塞
      • 层次式覆盖网络
        • 
        • 介于集中式和洪泛式查询之间
        • 组成
          • 超级节点
            • 负责跟踪子节点的内容
          • 普通节点
            • 被分配一个超级节点
          • 节点和超级节点的连接（集中式） 超级节点和超级节点的连接（洪泛式）
        • 案列
          • skype
            • 
• Socket编程
  • TCP
  • UDP
• 基本原理
  • 网络应用的基础：进程间通信
    • 进程
      • 主机上运行的程序
    • 同一主机上进程的通信
      • 进程间通信机制
      • 操作系统提供
    • 不同主机上进程的通信（重点）
      • 消息交换（报文交换）
        • 客户机进程
          • 发起通信的进程
        • 服务器进程
          • 等待通信请求的进程
      • P2P架构的应用也存在客服机进程/服务器进程之分
        • 涉及到信息的接收与发送则需要报文交换
  • 套接字Socket
    • 进程间通信利用socket发送/接收信息实现
  • 如何寻址进程
    • 不同主机上的进程间通信，每个进程必须有标识符：IP地址+端口号
    • 寻址主机
      • IP地址
        • 唯一确定Internet上的一台主机
    • 寻址进程
      • 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
      • 某些进程使用特定的端口号，则这些端口号不能使用
        • HTTP Server: 80 Mail Server：25
  • 应用层协议
    • 含义
      • 网络应用需遵循应用层协议
    • 分类
      • 公开协议
        • RFC定义
        • 目的：允许互操作
          • 大家同时遵循该协议编写网络应用，则网络应用可以相互操作
      • 私有协议
        • 多数P2P文件共享应用
    • 内容
      • 
      • 消息的类型（type）
        • 请求消息
        • 响应信息
      • 消息的语法(syntax)/格式
        • 消息中有哪些字段
        • 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/响应信息
        • 进程如何发送/响应信息
• 应用(层)内容概述
  • 特点（与单机应用的本质不同）
    • 网络应用需要有网络的基础环境，一部分软件跑在自己的计算机，另一部分软件以及数据信息跑在互联网的某些硬件服务器，两部分软件互相交互才共同构成网络应用
    • 物理媒介
    • 远端互联网上的某些软硬件
  • 体系结构
    • 客服机/服务器结构
      • Client-Server，C/S 
      • 服务器
        • 提供服务
        • 7*24h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
          • 解决大量同时请求服务的客户机（并发请求）
      • 客户机
        • 消费服务
        • 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
          • 其他客户机不会直接访问 对外也不提供服务
        • 不会与其他客户机直接通信
      • 功能角色划分
      • 应用
        • Web访问（客户机请求-服务器响应）
          • 
    • 点对点结构
      • Peer-to-peer，P2P 
      • 特点
        • 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
        • 节点间歇性介入网络
        • 节点可能改变IP地址
      • 优缺点
        • 优点：高度可伸缩
        • 缺点：难以管理
    • 混合结构
      • Hybrid 
      • P2P结构
        • 文件传输
      • C/S结构
        • 文件搜索
          • 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
      • 优点
        • 避免服务器成为性能的瓶颈（客户机不需从服务器获取文件）
  • 服务需求
    • 网络应用对传输服务需求
      • 数据丢失(data loss)/可靠性(reliability)
      • 时间(time)/延迟(delay)
      • 带宽(bandwidth)
    • Internet提供的传输服务
      • TCP服务
        • 面向连接
        • 可靠地传输
        • 流量控制
        • 拥塞控制
        • 不提供时间/延迟保障
        • 不提供最小带宽保障
      • UDP服务
        • + 留给我们掌控数据传输的能力 + 留给了我们自由
        • 只把传输层基本的服务提供给应用层