应用层协议原理

网络核心设备并不在应用层上起作用，而仅在较低层起作用，特别是位于网络层及下面层次。这种基本设计，也即将应用软件限制在端系统的方法，促进了大量的网络应用程序的迅速研发和部署。

一、网络应用程序的体系结构

1. 客户 - 服务器体系架构 (client-server architecture)
   有一个总是打开的主机称为服务器，服务来自其他许多称为客户的主机的请求；客户相互之间不直接通信。
   常常会出现一台单独的服务器主机跟不上所有客户请求的情况。为此，配备大量主机的数据中心常被用于创建强大的虚拟服务器。
   
2. P2P体系结构 (P2P architecture)
   对位于数据中心的专用服务器有最小的（或着没有）依赖。应用的程序在间断连接的主机对之间使用直接通信，这些主机被称为对等方。
   目前许多流行的、流量密集型的应用都是P2P体系结构的。包括文件共享、因特网电话、IPTV。
   某些应用具有混合的体系结构。对于许多即时讯息应用而言，服务器被用于跟踪用户的IP地址，但用户到用户的报文在用户主机之间直接发送。
   P2P应用具有自扩展性 (self-scalability)，也是成本有效的。但未来P2P应用面临三个挑战：
   
   1. ISP友好。ISP受制于“非对称”带宽应用，下载要比上载多得多。
      
   2. 安全性。 P2P是高度开放和分布的。
   3. 激励。 需要说服用户自愿向应用提供带宽、存储和计算资源。
      

二、进程通信

在操作系统术语中，进行通信实际上是进程 (process)。

1. 客户和服务器进程
   网络应用程序由成对的进程组成，这些进程通过网络互相发送报文。
2. 进程和计算机网络之间的接口
   进程通过一个称为套接字 (socket) 的软件接口向网络发送报文和从网络接收报文。
   
   套接字是同一台主机内应用层与运输层之间的接口。由于套接字是建立网络应用程序的可编程接口，因此套接字也被称为应用程序和网络之间的应用程序编程接口。
   应用程序开发者可以控制套接字在网络层的一切，但对该套接字的运输层端几乎没有控制权。
3. 进程寻址
   为了标识进程的地址，需要两个信息：
   
   1. 主机的地址，即IP地址
      
   2. 主机中进程的标识符，即端口号
      

三、运输层服务

可以从四个方面来考察运输层协议对应用层程序提供的服务。

1. 可靠数据传输
   如果一个协议提供了确保数据交付服务，就认为提供了可靠数据传输 (reliable data transfer)。
   当一个运输层协议不提供可靠数据传输时，由发送进程发送的某些数据可能不能够到达接收进程。这可能能被容忍丢失的应用 (loss-tolerant application) 所接受，最值得注意的是多媒体应用。
2. 吞吐量
   可用吞吐量就是发送进程能够向接收进程交付比特的速率，该可用吞吐量将随时间波动。这导致另一种自然的服务，即运输层协议能够以某种特定的速率提供确保的可用吞吐量，该协议能够确保可用吞吐量总是至少r比特/秒。
   具有吞吐量要求的应用程序被称为带宽敏感的应用 (bandwidth-sensitive application)，许多当前的多媒体应用是带宽敏感度。
   弹性应用 (elastic application) 能够根据情况或多或少地利用可供使用的吞吐量。电子邮件、文件传输以及Web传送都属于弹性应用。
3. 定时
   一个保证的例子如：发送方注入进套接字中的每个比特到达接收方的套接字不迟于100ms。这些服务对交互式实时应用程序有吸引力。
   因特网电话中，较长的时延会导致会话出现不自然的停顿；在游戏中，较长的时延使得它失去真实感。

4. 安全性
   运输协议可以提供一种或多种安全性服务。

   SSL不是与TCP和UDP在相同层次上的第三种因特网运输协议，它是对TCP的加强，这种强化是在**应用层**上实现的。