一、應(yīng)用層協(xié)議原理
網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的核心部件是軟件，網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用軟件分布于兩個或以上的端系統(tǒng)中。（例如Web應(yīng)用：運行在用戶主機的瀏覽器軟件和運行在Web服務(wù)器的Web服務(wù)器軟件）。彼此通信的并不是軟件部件本身，而是進(jìn)程。運行在不同端系統(tǒng)的進(jìn)程通過網(wǎng)絡(luò)交換消息彼此通信。
1.應(yīng)用層協(xié)議
1.應(yīng)用層協(xié)議僅僅是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一部分。
Web應(yīng)用：一個文檔格式的標(biāo)準(zhǔn)（HTML）/Web瀏覽器軟件（如IE瀏覽器）/Web服務(wù)器軟件（如Microsoft服務(wù)器）/一個應(yīng)用層協(xié)議（HTTP） ?
電子郵件應(yīng)用：郵件服務(wù)器/郵件閱讀器/電子郵件消息結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)/一個應(yīng)用層協(xié)議(SMTP)
應(yīng)用層協(xié)議定義運行在不同端系統(tǒng)上的應(yīng)用程序進(jìn)程如何彼此傳遞消息。
具體定義了：（1）所傳遞消息的類型（請求消息和響應(yīng)消息）；（2）各種消息類型的語法（消息中的各個字段以及如何定界）；（3）各個字段的語義；（4）確定一個進(jìn)程何時以及如何發(fā)出消息或響應(yīng)所收到消息的規(guī)則。
2.客戶和服務(wù)器
一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議通常由客戶端和服務(wù)器端兩個對等的“端”或?qū)嶓w，他們分別對應(yīng)運行客戶程序的客戶進(jìn)程和運行服務(wù)器程序的服務(wù)器進(jìn)程。處于一個端系統(tǒng)中的客戶端和處于另一個端系統(tǒng)中的服務(wù)器端彼此通信。（例如Web瀏覽器實現(xiàn)的是HTTP客戶端，Web服務(wù)器實現(xiàn)的是HTTP服務(wù)器端）我們把發(fā)起會話的主機標(biāo)記為客戶。
3.進(jìn)程間跨網(wǎng)絡(luò)的通信
一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用涉及兩臺不同主機中跨網(wǎng)絡(luò)彼此通信的兩個進(jìn)程，這兩個進(jìn)程通過各自的套接字（socket）發(fā)送和接收消息彼此通信。（可以把套接字看作相應(yīng)進(jìn)程上的“門”）
套接字是單臺主機內(nèi)應(yīng)用層和傳輸層之間的接口。
應(yīng)用程序開發(fā)人員可以完全控制套接字的應(yīng)用層一側(cè)，對于傳輸層一側(cè)卻只能控制：（1）傳輸協(xié)議的選擇；（2）諸如最大緩沖區(qū)大小和最大片段大小等有限幾個傳輸層參數(shù)的調(diào)整。
4.進(jìn)程尋址
為了讓發(fā)送進(jìn)程能夠識別接收進(jìn)程，用于標(biāo)識接收進(jìn)程的消息有兩個：（1）接收主機的主機名或主機地址；（2）在接收主機內(nèi)部識別接收進(jìn)程的標(biāo)識符（接收進(jìn)程的端口號）
5.用戶代理（user agent）
用戶代理是一個位于用戶和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之間的接口。
例如Web應(yīng)用的用戶代理是瀏覽器，瀏覽器使得用戶可以看web頁面，提供表單輸入，與Java小程序交互等等。
2.應(yīng)用所需的服務(wù)
1.可靠性（無數(shù)據(jù)丟失）
2.帶寬（以特定的持續(xù)速率傳送數(shù)據(jù)）
3.實時性
3.由因特網(wǎng)傳輸協(xié)議提供的服務(wù)
1.TCP服務(wù)
TCP服務(wù)模型包括面向連接的服務(wù)和可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。TCP還包括一個擁塞控制機制。
面向連接的服務(wù)指客戶端和服務(wù)器端的TCP在開始傳輸應(yīng)用層消息之前，先交換傳輸層控制信息。（TCP連接：全雙工連接/松散方式）
可靠的傳輸服務(wù)指的是彼此通信的進(jìn)程可以依賴TCP無錯地順序遞送所有數(shù)據(jù)。
TCP沒有提供的服務(wù)：（1）不保證最小傳輸率，不允許發(fā)送進(jìn)程以想要的任意速率發(fā)送；（2）不提供任何延遲保證
2.UDP服務(wù)
不提供非必要服務(wù)/輕量級傳輸協(xié)議/無連接的／沒有握手過程／提供不可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)／不保證消息最終到達(dá)接收套接字的順序／不包含擁塞控制機制／不提供定時保證
二、Web：HTTP
1.HTTP概貌
Web頁面由多個對象構(gòu)成，對象是可由單個URL尋址的文件如HTML文件、JPEG圖像等。大多數(shù)Web頁面由單個基本HTML文件和若干個所引用的對象構(gòu)成。基本HTML文件使用相應(yīng)的URL來引用本頁面的其他對象。每個URL由存放該對象的服務(wù)器主機名和該對象的路徑名兩部分構(gòu)成。
HTTP定義Web客戶如何從Web服務(wù)器請求頁面，以及服務(wù)器如何把Web頁面?zhèn)魉徒o客戶。
（1）1997年底，實現(xiàn)了RFC 1945中定義的HTTP/1.0版本
（2）1998年底，實現(xiàn)了RFC 2616中定義的HTTP/1.1版本
HTTP把TCP作為底層傳輸協(xié)議。
HTTP是一個無狀態(tài)的協(xié)議（stateless protocol）,HTTP服務(wù)器不維護客戶的狀態(tài)信息。
2.非持久連接和持久連接
非持久連接：每次服務(wù)器發(fā)出一個對象后，相應(yīng)的TCP連接就被關(guān)閉，也就是說每個連接都沒有持續(xù)到可用于傳送其他對象。每個TCP連接只用于傳輸一個請求消息和一個響應(yīng)消息。
非持久連接每個對象都有2個RTT（round-trip time）的響應(yīng)延長，每個對象都遭受TCP緩啟動（slow start）。
持久連接：服務(wù)器在發(fā)出響應(yīng)后讓TCP連接繼續(xù)打開著，同一對客戶/服務(wù)器之間的后續(xù)請求和響應(yīng)可以通過這個連接發(fā)送。通常，HTTP服務(wù)器在某個連接閑置一段特定時間后關(guān)閉它。（緩啟動延遲比較?。?/p>
不帶流水線（without pipelining）的持久連接：客戶只在收到前一個請求的響應(yīng)后才發(fā)出新的請求。（每個對象都有1個RTT的響應(yīng)延長、空等請求）
帶流水線（with pipelining）的持久連接（HTTP/1.1默認(rèn)）：HTTP客戶每碰見一個引用就立即發(fā)出一個請求。（所有引用對象一共只經(jīng)歷1個RTT的延遲）
3.HTTP消息格式
HTTP請求消息
HTTP響應(yīng)消息
4.用戶-服務(wù)器交互：身份認(rèn)證和cookie
HTTP提供了兩種幫助服務(wù)器標(biāo)識用戶的機制：身份認(rèn)證和cookie。
用戶認(rèn)證：Web站點要求用戶提供一個用戶名-口令對才能訪問存放在其服務(wù)器中的文檔。HTTP提供特殊的狀態(tài)碼和頭部來幫助Web站點執(zhí)行身份認(rèn)證。
cookie：cookies是一種可由Web站點用來跟蹤用戶的候選機制。
一個客戶首次聯(lián)系一個使用cookie的Web站點。服務(wù)器會在其響應(yīng)中吧phan一個Set-Cookie：頭部。客戶收到這個響應(yīng)消息，往存放在客戶主機中的某個特殊的cookie文件中添加一行，這一行一般包含服務(wù)器主機的主機名和這個與用戶關(guān)聯(lián)的標(biāo)識數(shù)。一段時間后請求同一個服務(wù)器時，由同一個用戶啟動的新客戶會在請求消息中包含一個Cookie：頭部，其值為早先由該服務(wù)器產(chǎn)生的標(biāo)識數(shù)。
目的：用戶認(rèn)證時不用每次都輸入用戶名和口令/記住用戶偏好以便投放廣告/建立虛擬購物車
5.帶條件的GET
在允許客戶進(jìn)行高速緩存的同時，仍確保傳遞給瀏覽器的所有對象都是最新的。
滿足（1）使用GET方法（2）包含If-Modified-Since:頭部的HTTP請求消息就是所謂的帶條件的GET消息。
6.Web高速緩存服務(wù)器
Web高速緩存服務(wù)器是具有高速緩存功能的Web代理服務(wù)器，它們在代表客戶執(zhí)行HTTP請求的同時，在自己的硬盤空間中保存進(jìn)來請求到的對象的一個拷貝。
優(yōu)勢：（1）可以充分縮短客戶請求的響應(yīng)時間（特別是在客戶與目標(biāo)服務(wù)器之間的瓶頸帶寬比它與高速緩存服務(wù)器之間的瓶頸帶寬小得多時）；（2）顯著降低因特網(wǎng)得總體Web流量；（3）可提供一個用于迅速散布內(nèi)容得基礎(chǔ)設(shè)施。
三、文件傳送：FTP
FTP也運行在TCP之上。FTP使用兩個并行得TCP連接來傳送文件，（1）控制連接，用于在客戶主機和服務(wù)器主機之間發(fā)送控制信息，如用戶名和口令、改變遠(yuǎn)程目錄得命令、取或放文件的命令；（2）數(shù)據(jù)連接用于真正發(fā)送文件。
帶外（out-of-band）發(fā)送控制信息：FTP/RTSP
帶內(nèi)（in-band）發(fā)送控制信息：HTTP/SMTP
在整個會話期間，控制連接一直打開著，F(xiàn)TP服務(wù)器必須維護關(guān)于用戶的狀態(tài)，必須把控制連接與特定的用戶關(guān)聯(lián)起來，必須隨用戶在遠(yuǎn)程目錄樹中的游動跟蹤其當(dāng)前目錄。而數(shù)據(jù)連接則有可能為每次文件傳送請求重新打開一次。
FTP命令：由4個大寫的ASCII字符構(gòu)成（如USER/PASS/LIST/RETR/STOR）
FTP應(yīng)答：一個3位數(shù)值（如331/125/425/452）
4.電子郵件
1.SMTP
郵件服務(wù)器構(gòu)成了電子郵件系統(tǒng)的核心。每個收信人都有一個位于某個郵件服務(wù)器上的郵箱，用于管理和維護已經(jīng)發(fā)送給他的郵件消息。
SMTP通常不使用中間的郵件服務(wù)器主機中轉(zhuǎn)郵件，即便源端和目的端郵件服務(wù)器主機位于地球上相反的位置也一樣。
SMTP命令：HELO ， ? ? ?MAIL FROM ?， ?RCPT TO ?， ?DATA ， ?QUIT
2.與HTTP的比較
相同：（1）都用于一臺主機向另一臺主機傳送文件（2）都使用持久連接
不同：（1）HTTP是內(nèi)拉式協(xié)議（pull protocol）---TCP連接是想接收文件的主機發(fā)起的（拉過來）；SMTP是外推式協(xié)議（push protocol）---TCP連接是想發(fā)送文件的主機發(fā)起的（推出去）（2）SMTP要求包括信體部分在內(nèi)的每個郵件信息都是7位ASCII文本格式（二進(jìn)制數(shù)據(jù)應(yīng)以一定的方式先編碼成ASCII文本）（3）處理包含文本和圖像或其他媒體類型的文檔：HTTP是把每個對象封裝在各自的HTTP響應(yīng)消息中，SMTP則是把同一個郵件內(nèi)的各個對象置于同一個郵件消息中。
3.郵件消息格式和MIME
郵件消息的每個信頭必須有一個From：頭部和一個To：頭部，還可以有一個Subject：頭部和其他頭部。
SMTP命令是SMTP握手協(xié)議的一部分，郵件消息頭部則屬于郵件消息的一部分。
非ASCII數(shù)據(jù)的MIME擴展（Multipurpose Internet Mail Extensions）
支持多媒體的兩個關(guān)鍵MIME頭部是Content－Type：和Content-Transfer-Encoding：。
Received：頭部（由SMTP接收服務(wù)器插到每個郵件消息的頂端），給出了發(fā)出本消息的SMTP服務(wù)器的主機名（“from”）、收取本消息的SMTP服務(wù)器的主機名（“by”）以及接收服務(wù)器收取本消息的時間。
4.郵件訪問協(xié)議
用戶代理不可能使用SMTP從郵件服務(wù)器獲取郵件消息，因為郵件消息的獲取是一個內(nèi)拉操作，SMTP是一個外推協(xié)議。
POP3
POP3服務(wù)器與郵件服務(wù)器運行在相同的服務(wù)器主機上，前者從用戶的郵箱中讀取并可能刪除郵件消息，后者往用戶的郵箱中寫入郵件消息。
TCP連接建立好之后,POP3依次經(jīng)歷授權(quán)認(rèn)證、處理和更新3個階段。
授權(quán)階段兩個基本命令：user <用戶名> 和 pass<口令>
處理階段有兩種模式：(1)下載并刪除（2）下載并保留 ? list,retr，dele,quit 命令
在POP3會話期間，用戶代理發(fā)出命令，POP3服務(wù)器則對每個命令響應(yīng)一個應(yīng)答。
在用戶代理和郵件服務(wù)器之間的POP3會話期間，POP3服務(wù)器維護一定的狀態(tài)信息，不過POP3服務(wù)器不會跨會話保存狀態(tài)信息。
IMAP
為用戶提供了在自己的郵件服務(wù)器主機中創(chuàng)建文件夾以及將郵件從一個文件夾移動到另一個文件夾的命令
為用戶提供了在遠(yuǎn)程文件夾中查詢郵件的命令，按指定條件去查詢匹配的郵件
維護了會話的用戶狀態(tài)信息
允許用戶代理獲取郵件消息部件
基于Web的電子郵件
通過HTTP傳輸郵件
五、DNS--因特網(wǎng)的目錄服務(wù)
1.DNS提供的服務(wù)
DNS既是一個在由名稱服務(wù)器主機構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)的分布式數(shù)據(jù)庫，又是一個允許客戶主機和名稱服務(wù)器主機通信以使用域名轉(zhuǎn)換服務(wù)的應(yīng)用層協(xié)議。
DNS協(xié)議是應(yīng)用層協(xié)議，由其他應(yīng)用層協(xié)議（HTTP、SMTP、FTP）所使用，運行在UDP上。
DNS提供的服務(wù)：（1）主機名到IP地址的轉(zhuǎn)換（2）主機別名（3）郵件服務(wù)器別名（4）負(fù)載分擔(dān)
2.DNS工作機理
集中式設(shè)計的問題：單點故障/巨大訪問量/遠(yuǎn)距離集中式數(shù)據(jù)庫/維護
DNS是一個在因特網(wǎng)中實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫的范例。
為了處理擴展性的問題，DNS使用了大量的以層次方式組織的DNS服務(wù)器。沒有一臺DNS服務(wù)器擁有Internet中所有主機的映射。層級結(jié)構(gòu)中有3種DNS服務(wù)器：根DNS服務(wù)器、頂級域DNS服務(wù)器、權(quán)威DNS服務(wù)器
遞歸查詢和迭代查詢
DNS caching：本地DNS服務(wù)器緩存了主機/IP地址對，當(dāng)再次接受相同請求時可以直接返回請求結(jié)果
3.DNS記錄
共同實現(xiàn)了DNS分布式數(shù)據(jù)庫的所有DNS服務(wù)器存儲了資源記錄（Resource Record，RR），每個DNS應(yīng)答消息攜帶一個或多個資源記錄
資源記錄包含了下列字段：（Name，Value，Type，TTL）
4.DNS消息
