自顶向下方法学习笔记：应用层

• 结构体系
  • CS结构
  • P2P
    • 特性
    • 挑战
• 进程间通信
  • message
  • socket
  • 进程寻址
  • 运输服务
  • 传输层相关协议
    • TCP和UDP
      • TCP
      • UDP
  • 应用层协议
    • WEB和HTTP
      • 非持续连接
      • 持续连接
      • 结构
        • 请求报文
      • 响应报文
      • cookie
      • web缓存
        • 条件GET
    • FTP
    • SMTP
      • SMTP报文
    • 邮件访问协议
    • DNS
      • DNS层次
      • DNS缓存
      • DNS资源记录RR
      • DNS报文
      • DNS插入数据
    • P2P
      • 文件分发
        • BitTorrent
      • 分布式散列表
        • 环形DHT
  • UDP/TCP套接字编程
    • UDP
      • DatagramSocket
      • DatagramPacket
    • TCP
      • ServerSocket
      • Socket

1. 结构体系

1.1. CS结构

• 单个数据
• 数据中心

1.2. P2P

1.2.1. 特性

• 自扩展性

1.2.2. 挑战

• ISP友好（不对等网络）
• 安全性
• 激励用户

2. 进程间通信

2.1. message

2.2. socket

进程通过socket软件接口向网络发送message。socket被称为应用程序编程接口(API)。

2.3. 进程寻址

• 主机地址（IP+端口号）
• 主机中接收进程的标识符

2.4. 运输服务

• 可靠数据传输
• 吞吐量：具有吞吐量需求的应用称为带宽敏感的应用，反之为弹性应用
• 定时：舍弃较长时延
• 安全性：运输协议对发送的数据进行加密

2.5. 传输层相关协议

2.5.1. TCP和UDP

2.5.1.1. TCP

• 面向连接，全双工
• 可靠，无丢失和冗余
• 无论TCP还是UDP都没有提供加密，因而产生了新的层次SSL（Secure Sockets Layer），用SSL加强TCP。

2.5.1.2. UDP

• 不可靠传输
• 无连接

2.6. 应用层协议

• 交换的报文类型
• 各种报文的语法
• 字段的语义
• 进程发送报文的方法，报文响应的规则

2.6.1. WEB和HTTP

HTTP是WEB协议的核心

• 无状态

2.6.1.3. 非持续连接

每次请求前后创建/关闭TCP连接。是一种并行连接，可以提高效率。第一次握手请求发送一小段报文，服务器返回一个状态（HTTP响应头的第一行状态码），然后第三次握手时发送HTTP请求报文，收到后服务器开始返回资源，资源传输完成后，关闭TCP连接。非持续连接必须为每一个请求维护一个新的连接，在客户和服务器中都需要分配TCP缓冲区和保持TCP变量，增加了Web服务器的负担。

2.6.1.4. 持续连接

服务器在发送响应后保持TCP连接打开，相同客户端的后续请求能够通过相同的连接进行传送。如果一段时间一个连接没有被使用则自动关闭。HTTP默认使用带流水线的持续连接。

2.6.1.5. 结构

2.6.1.5.1. 请求报文

GET /someUri HTTP/1.1
Host:www.someHost.com
Connection:close
User-agent:Mozilla/5.0
Accept-language:zh

{
    "someParam":"someValue"
}

• 请求行：请求方法，URI，HTTP版本。
• 首部行：可以添加大量请求信息。如指明Host（这样URI可以是相对URI），指定是否持续连接，指明客户端，指明语言等。
• 实体：与首部行以一个空行分割，使用GET方法时没有实体，使用POST方法时使用实体，GET变量加在URI中。

2.6.1.6. 响应报文

和请求报文类似，包括：

• 状态行：HTTP版本，返回值，返回信息（200 OK，301 Moved Permanently等）
• 首部行
• 实体

2.6.1.7. cookie

在客户端记录用户的状态。

• 响应报文中的cookie首部行。(如Cookie:JSESSIONID)
• 用户系统中由浏览器管理的cookie文件。
• 请求报文中的cookie首部行。
• Web站点的后端数据库。（如Session）

2.6.1.8. web缓存

也叫代理服务器，可以使用户的所有访问先指向Web缓存器，若有资源，则直接获取，若无资源，由Web缓存器发起向目标的TCP连接，并在本地存储获取到的资源的副本，并向用户发送这个资源的副本。延伸：CDN（内容分发网络）

• 目的：高效利用局域网。
• 问题：数据同步问题。

2.6.1.8.1. 条件GET

HTTP针对Web缓存器数据同步问题的解决方案，即在用户访问时，Web缓存器发送一段没有实体的GET请求到远端服务器并在请求报文首部行中加入"If-Modified-Since:"，其内容是上次从互联网中获取的响应报文首部行中"Last-Modified:"中的value。如果该值小于远端服务器的"Last-Modified"时间，则能获取一个304响应报文。

2.6.2. FTP

用户向远程主机访问，建立一个TCP连接并发送验证（口令/SSL），通过后，开启TCP连接。FTP有两个并行的TCP连接：

• 控制连接：用户标识，口令，改变远程目录，存放，获取口令。
• 数据连接：实际发送一个文件（随文件的发送打开连接关闭连接）。

2.6.3. SMTP

比HTTP历史悠久，SMTP一般不使用中间邮件服务器发送邮件，而是两个邮件服务器直接建立TCP连接。HTTP是一个拉协议，SMTP是一个推协议。SMTP要求报文使用7比特ASCⅡ编码，并把所有报文对象（图片等流媒体）放在一个报文中，而HTTP对于每个报文对象有单独的响应报文。

2.6.3.1. SMTP报文

From:xxx@xxx
To:yyy@yyy
Subject:（可选）标题行

ASCⅡ报文体

2.6.4. 邮件访问协议

SMTP是推协议，不能用于客户端访问邮件，此时需要新的协议。

• POP3：极为简单，三阶段工作：特许，事务处理，更新
• IMAP：将报文与文件夹联系，允许文件组命令
• HTTP：略

2.6.5. DNS

主机名转为IP地址的服务。通常由其他应用协议所使用。

客户端->主机名->DNS服务器->ip地址->客户端->发起TCP连接。

2.6.5.1. DNS层次

• 根DNS服务器
• 顶级域DNS服务器
• 权威DNS服务器
• 本地DNS服务器

2.6.5.2. DNS缓存

各级DNS服务器在查询后存储查询到的信息。

2.6.5.3. DNS资源记录RR

（Name,Value,Type,TTL）

Type:A,NS,CNAME,MX

2.6.5.4. DNS报文

2.6.5.5. DNS插入数据

2.6.6. P2P

2.6.6.1. 文件分发

2.6.6.1.1. BitTorrent

• 对等方
• 洪流
• 块
• P2P直播，下载

2.6.6.2. 分布式散列表

• key：文件（副本）
• value：对等方

2.6.6.2.1. 环形DHT

2.7. UDP/TCP套接字编程

2.7.1. UDP

2.7.1.3. DatagramSocket

• DatagramSocket():用于客户端初始化。
• DatagramSocket(int portNumber):用于服务端初始化。
• send(DatagramPacket sendPacket)：用于发送内容。
• receive(DatagramPacket receivePacket)：用于接收内容。

2.7.1.4. DatagramPacket

• DatagramPacket(byte[] context,long length,InetAddress hostName,int portNumber)：通常用于send。
• DatagramPacket(byte[] context,long length)：通常用于receive。

2.7.2. TCP

2.7.2.1. ServerSocket

• ServerSocket(int portNumber):服务端初始化。
• accept()：获取和Server连接的下一个Socket对象。
• close()：关闭服务器。

2.7.2.2. Socket

• Socket(String host,int post):新建一个连接向服务端的Socket。
• getInputStream():获取Socket的输入流，用于读取。
• getOutputStream()：获取Socket的输出流，用于写入。
• close()：关闭服务器。