网络应用原理
网络应用架构
目前有两种主流的网络应用架构：
-
客户-服务器架构（Client-server）
- 服务器（server）:
- 有一台总是在线 的主机，上面运行着服务器程序(server)
- 服务器主机(server machine)具有永久的、众所周知的地址
- 客户（client）
- 用户终端上运行一个客户程序(client)，需要时与服务器程序通信，请求服务
- 客户机（client machine）使用动态地址，通常不会总是在线
客户只与服务器通信，客户之间不通信
- 服务器（server）:
-
对等架构（Peer-to-peer ，P2P)
- 没有总是在线的服务器主机
- 任意一对端系统（对等方）可以直接通信
- 对等方多为用户自己的计算机，使用动态地址
- 每个对等方既可请求服务 ，也可提供服务
- 典型的P2P应用：
- BT、迅雷
- Skype
- PPLive
两种架构的比较
| 客户-服务器架构 | P2P架构 |
|---|---|
| 资源集中：资源(服务)只在某些固定的终端上提供 | 任何终端都可以提供资源(服务) |
| 资源发现简单 | 易于扩展、均衡网络流量 |
| 集中式计算带来的问题：服务端扩容压力、网络流量不均衡、响应延迟长 | 资源发现困难、社会问题（版权、安全性等） |
不同终端上的进程通信
不管采用哪种网络应用架构，都需要解决不同终端上应用程序之间的通信问题。按照操作系统的术语，在端系统上运行的程序称为进程。因此，不同终端上的网络应用程序通信，就是不同终端上的进程进行通信。
- 进程：主机上运行的程序
- 在分布式应用中，不同终端上的进程需要通信
- 进程通信的方法：
- 同一个主机内：进程间通信机制（OS提供)
- 在不同主机上：通过交换报文进行通信
- 一次确定的通信会话中，总能标示一方为客户进程，另一方为服务器进程
- 客户进程：主动发起请求的进程
- 服务器进程：接收请求的进程
进程与网络的接口：套接字（socket）
设想在应用程序和网络之间存在一扇门（套接字）：
- 发送报文：发送进程将报文推到门外
- 门外的运输设施（因特网）将报文送到接收进程的门口
- 接收报文：接收进程打开门，艮即可收到报文
套接字是应用层和传输层的接口，也是应用程序和网络之间的API
进程编址
每个进程都需要一个标识，以便其它进程能够找到它。
在因特网中，主机是使用IP地址标识的，使用IP地址能够标识进程吗？
不能，因为一台主机上通常运行着许多进程。
端口号：用于区分同一个主机上的不同进程。
进程标识包括:
- 主机地址
- 与该进程关联的端口号
端口范围：端口号是一个16位的整数，范围是0-65535。
端口号的例子：HTTP server使用端口80，Mail server使用端口25
端口号与IP地址结合 ：在网络通信中，IP地址 + 端口号 共同组成了一个完整的标识符，这就是所谓的套接字（Socket）地址 。例如，192.168.1.1:80表示IP地址为192.168.1.1的设备上，HTTP服务的端口号为80。
传输服务
在创建一个应用程序时，开发者需要选定一种传输服务
数据完整性 (Data Integrity)
- 要求：确保传输的数据在传输过程中不被损坏或篡改。
- 适用应用 ：许多应用需要完全可靠的数据传输，尤其是涉及重要文件或信息的传输，如文件传输 、邮件传输等。
吞吐量 (Throughput)
- 要求：应用程序需要根据网络带宽的需求来选择适当的吞吐量。某些应用（如文件传输、视频流）可能需要较高的吞吐量。
- 适用应用 ：高吞吐量需求的应用包括文件传输 、大规模数据传输等。
延迟 (Timing)
- 要求：一些应用对传输的延迟非常敏感，需要尽可能减少延迟，确保数据能迅速到达。
- 适用应用 ：延迟敏感的应用包括网络电话 、实时视频会议 、交互式网络游戏等。
安全性 (Security)
- 要求：某些应用对数据的加密性和完整性有很高的要求，防止数据在传输过程中被窃听或篡改。
- 适用应用 ：涉及敏感信息的应用，如银行交易 、在线购物 、电子邮件等，需要提供安全保障。
因特网能够提供的传输服务
因特网提供2种传输服务，分别用TCP和UDP协议实现
TCPservice:
- 面向连接：保证传输顺序
- 可靠传输:不出错
- 流量控制：发送进程不会"压垮"接收进程
- 拥塞控制：网络超载时抑制发送进程
不提供：及时性，最低带宽保证，安全性
UDP service：通过因特网接收和发送报文
不提供：顺序保证，可靠传输，流量控制，拥塞控制，及时性，最低带宽保证，安全性
应用层协议
应用层协议定义了不同应用进程之间交换的报文格式、字段及其语义，同时也规定了发送和接收报文时应遵循的规则。它是应用程序和网络之间的"语言"，通过这种协议，应用进程可以在不同计算机或设备间进行有效的通信。
应用层协议通常包括以下几个组成部分：
- 报文类型：规定了应用程序中不同类型的消息（请求、响应等）。
- 报文语法：定义了消息中各字段的格式和组织方式。例如，在HTTP协议中，报文由请求行、头部、体部分组成。
- 报文语义 ：每个字段或部分的具体含义。例如，HTTP的
User-Agent字段表示客户端使用的浏览器或操作系统信息。 - 交换规则：定义了如何正确地交换报文，包括哪些报文可以顺序发送，哪些应该等待响应等。
协议分类
- 公共域协议：公共域协议通常是由标准组织（如IETF）定义，并且公开可用的协议。这些协议通常具有明确的报文格式和定义，且支持跨平台和跨应用程序的互操作性。
- 专用协议：除了公共域协议，某些应用程序或服务使用专用的协议，这些协议通常为特定应用或服务设计，并且可能不公开或为内部使用。专用协议通常用于公司或组织内部的特殊应用，
小结
为创建一个新的网络应用，需要：
- 选择一种网络应用架构：客户-服务器 or P2P
- 选择一种网络服务：TCP or UDP
- 确定一个端口号
- 定义应用层协议
- 编写客户程序和服务器程序（调用套接字接口）
网络应用和应用层协议：
- 应用层协议只是网络应用的一部分
- 网络应用还包括客户程序、服务器程序等