应用层的目标：

网络应用的原理：网络应用协议的概念和实现方面

• 传输层的服务模型
• 客户-服务器模式
• 对等模式(peer-to-peer)
• 内容分发网络

网络应用的实例：互联网流行的应用层协议

• HTTP
• FTP
• SMTP / POP3 / IMAP
• DNS

编程：网络应用程序

• Socket API

一些网络应用的例子：

E-mail、Web、文本消息、远程登录、P2P文件共享、即时通信、多用户网络游戏、流媒体(YouTube, Hulu, Netflix) 、Internet 电话、实时电视会议、社交网络、搜索 ……

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体系架构

• C/S(客户器-服务器模式)：资源全在服务端、可扩展性强、随着访问的用户增加服务器性能断崖式下降
• P2P(对等模式)：每个节点既是客户端也是服务器，性能平滑下降，管理困难，在每个会话上也有客户端与服务端之分
• 混合体(客户端-服务端和对等体系结构)：每个客户端向服务器请求链接时，提供自己所拥有的资源

C/S 体系架构

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P2P 体系结构

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C/S 和 P2P 体系结构的混合体

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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

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（Message） 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)

分布式进程通信需要解决的问题

标识：标识自己是唯一的，与别人不同

寻址：让别人能找到自己

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# 问题1：对进程进行编址（addressing）

任何应用进程间的通信都可以使用两个端节点（end point）来标识

传输层如何区分不同的应用程序：

• 第1个：你在哪，即你的 ip
• 第2个：你在哪跑，即 tcp 还是 udp（都有提供端口号，16个比特，65536个）
• 第3个：你在哪个端口上 port

例如：常用的 web 应用跑在 80 端口上，FTP 跑在21号端口，tomcat 跑在23号端口

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# 问题2：传输层提供的服务-需要穿过层间的信息

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缺点：每次传输都需要提供ip和端口，比较麻烦，使用 Socket API

# 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

类比：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 Scoket

一个本地标识（只有本操作系统知道）；应用层和传输层的一个约定，方便管理，使用的时候会返回一个整数，代表我的 ip/端口号，以及对方的 ip/端口号。

从物理层面上看代表的是一个整数，实际上是代表会话关系的一个本地关系，四元组

传输层知道本地的ip和端口号，当拿到对方的ip和端口号的时候，就可以从应用层创建Socket的时候生成的一张表中，根据两方ip/端口信息，找到那个整数

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与不同的应用进程之间通信：

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UDP Socket

使用 Socket API ，即一个整数来代表本地的 ip 和端口（本地标识），不代表会话关系。2元组

所以应用层在进行传输的时候必须要交给传输层3样东西：

• UDP Socket
• 传输的数据
• 传输给谁（对方的ip和端口号）

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# Q: 具体 Socket 是如何实现的呢 ？ （后面会讲到）

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在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）

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# 问题3：如何使用传输层提供的服务实现应用?

协议：在对等层的应用进程进行通信的过程中应该遵循的规则集合

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，一个应用除了协议（应用实体）之外，还有用户界面、IO、内部的处理逻辑等等，例如：

• Web应用：HTTP协议 + web客户端 + web服务器 + HTML

协议分类：

• 公开协议：由 RFC 文档定义，允许互操作，如 HTTP, SMTP
• 专用（私有）协议：协议不公开，如：Skype

# 如何描述传输层的服务？（几个侧面指标）

常见应用对传输服务的要求：

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Internet 传输层提供的服务

# Q 为什么要有 UDP? UDP存在的必要性?

# Q: 常见 Internet 应用 及 其应用层协议和传输协议 ？

# Q: 要实现安全的 TCP，可以怎么做？

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