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应用层 Application Layer

应用层复习框架

1. 网络应用模型

  • 客户/服务器模型

    • 定义：固定服务器和多个客户机之间的交互。

    • 特点：集中化管理，资源固定在服务器上。

    • 示例：Web 服务、FTP。

  • P2P模型

    • Peer to Peer

    • 定义：对等端之间直接通信，资源分布在各个节点。

    • 特点：分布式结构，高扩展性。

    • 示例：BitTorrent、Skype。

2. DNS系统

  • 层次域名空间

    • 域名结构：根域名、顶级域名（TLD）、二级域名等。
    • 例子：www.example.com。

  • 域名服务器

    • 根域名服务器
      • 保存了顶级域名的信息，如 .com, .org, .net, .edu
    • 顶级域名服务器（TLD服务器）
      • 负责管理顶级域名
    • 权威域名服务器
      • 在因特网具有公共可访问主机。
      • 属于组织或机构。供对特定的域名到 IP 地址的授权映射。
    • 本地域名服务器
      • 不严格属于 DNS 层次结构
      • 每个住宅 ISP，大学，公司都维护着自己的本地域名服务器。
      • 主机发起 DNS 查询时候，查询发送到本地 DNS 服务器
  • 域名解析过程
    • 递归查询与迭代查询
    • 流程：客户端 → 本地域名服务器 → 各级域名服务器 → 解析出 IP 地址。 image.png|500

3. FTP（文件传输协议）

  • File Transfer Protocol
  • 基于 TCP

  • Client/Server 模型。Client 初始化文件来发送

  • FTP协议的工作原理

    • 双通道模式：控制连接（21端口）与数据连接（20端口）。

    • image.png|500

    • 流程：

      • FTP client 通过 port 21 连接 FTP server，打开一条控制链接
      • Client 认证，通过发送指令打开远程目录
      • Server 收到传输指令，server 打开 2nd TCP 数据连接，用于文件传输
        • One connection for each file transferred
    • 数据传输模式：主动模式与被动模式。
    • 控制连接与数据连接
    • 控制连接：管理命令和状态信息。
    • 数据连接：传输文件内容。

4. 电子邮件

  • 电子邮件系统的组成结构
    • 用户代理（UA）：发送和接收邮件的用户界面。
    • 邮件服务器：存储和转发邮件的服务器。
    • 邮件传输代理（MTA）：邮件的传输机制。

  • 电子邮件格式与 MIME

    • 邮件头部：发件人、收件人、主题等信息。
    • 邮件正文：文本内容、附件。
    • MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）：扩展支持多媒体附件。

  • SMTP协议与 POP3协议

    • SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：邮件发送协议。
    • POP3（Post Office Protocol 3）：邮件接收协议。

  • SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）

    • 传输简单文字信息
    • 基于 TCP，端口 25 port
    • 直接传输
      • 从客户端向服务器传输 email 信息
    • SMTP Transaction
      • 三个阶段
      • 握手
      • 传输 1 个或多个邮件信息
      • 关闭连接
    • Only ASCII text

  • POP3

    • Authorization（agent<-> server） and download
    • image.png|500
    • 客户端会输入指令
      • user
      • pass
    • 服务器回复
      • OK
      • ERR
    • 传输，客户端为给出
      • list：列出邮件号
      • retr：提取邮件，通过 number
      • dele：删除
      • quit
  • 邮件报文首部
    • From (must)
    • To (must)
    • Subject (optional)
  • IMAP(Internet Mail Access Protocol)
    • Manipulation of stored msgs on server
  • 邮件系统的组成部分
    • User Agent
      • 组成、编辑、读电子邮件
      • e.g. Eudora, Outlook, Foxmail, Netscape Messenger
    • Outgoing, incoming mail messages stored on server

5. WWW（万维网）

  • WWW的概念与组成结构
    • 概念：通过超文本传输协议（HTTP）访问的分布式信息系统。
    • 组成：Web客户端、Web服务器、Web浏览器。
    • WWW本质
      • 由许多互连的文档（称为“页面”）组成的 分布式数据库，每一个事物都是一个资源，通过 URL 进行获取和访问
  • HTTP协议
    • 特点：无状态协议
      • 所谓 stateless，就是每个客户端请求和服务器的响应都被 独立的处理，服务器不保存先前请求的状态
      • 优点：故障处理更容易；服务器能够处理更高速率的请求；请求的顺序对服务器来说不重要
      • 缺点：某些应用程序需要保持持久状态
    • 支持 GET、POST 等方法。
    • HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3 的主要改进。
  • Web缓存（Cookie）
    • 定义：在客户端或代理服务器上缓存 Web 资源以提高访问速度。
    • 机制：缓存控制、过期时间等。
    • 问题：隐私泄露
  • CDN（内容分发网络）
    • 定义：通过分布式服务器网络优化内容交付。
    • 优势：降低延迟、提高访问速度。
  • 效率
    • 网页上有很多 object，图片等各种信息，早期 http一次一个，效率很低
    • 办法：同时发送多个请求；一个 TCP传输更多信息
    • 小文件延时（传输时间忽略）Tip 一个 RTT 是一个来回
    • 逐个获取 2 nRTT
    • 并发获取（m 个并发连接）2[n/m]RTT
    • 持久连接（一个 TCP 一次获取一个，HTTP 1.1 引入）(n+1) RTT
    • 流水线传输（一个连接，一次全部获取） 2 RTT
    • 流水线传输与持久连接：首次 2 RTT，之后 RTT
    • 大文件延时（忽略 RTT）
    • 逐个获取nF/B
    • 并发获取 [n/m]F/B（前提是多个 TCP 时总带宽增加）
    • 流水线传输和/或持久连接nF/B