自頂向下方法學習筆記：應用層

• 結構體系
  • CS結構
  • P2P
    • 特性
    • 挑戰
• 進程間通訊
  • message
  • socket
  • 進程尋址
  • 運輸服務
  • 傳輸層相關協議
    • TCP和UDP
      • TCP
      • UDP
  • 應用層協議
    • WEB和HTTP
      • 非持續鏈接
      • 持續鏈接
      • 結構
        • 請求報文
      • 響應報文
      • cookie
      • web緩存
        • 條件GET
    • FTP
    • SMTP
      • SMTP報文
    • 郵件訪問協議
    • DNS
      • DNS層次
      • DNS緩存
      • DNS資源記錄RR
      • DNS報文
      • DNS插入數據
    • P2P
      • 文件分發
        • BitTorrent
      • 分佈式散列表
        • 環形DHT
  • UDP/TCP套接字編程
    • UDP
      • DatagramSocket
      • DatagramPacket
    • TCP
      • ServerSocket
      • Socket

1. 結構體系

1.1. CS結構

• 單個數據

• 數據中心

  1.2. P2P

  1.2.1. 特性

• 自擴展性

  1.2.2. 挑戰

• ISP友好（不對等網絡）
• 安全性

• 激勵用戶

  2. 進程間通訊

  2.1. message

  2.2. socket

  進程經過socket軟件接口向網絡發送message。socket被稱爲應用程序編程接口(API)。

  2.3. 進程尋址

• 主機地址（IP+端口號）

• 主機中接收進程的標識符

  2.4. 運輸服務

• 可靠數據傳輸
• 吞吐量：具備吞吐量需求的應用稱爲帶寬敏感的應用，反之爲彈性應用
• 定時：捨棄較長時延

• 安全性：運輸協議對發送的數據進行加密

  2.5. 傳輸層相關協議

  2.5.1. TCP和UDP

  2.5.1.1. TCP

• 面向鏈接，全雙工
• 可靠，無丟失和冗餘

• 不管TCP仍是UDP都沒有提供加密，於是產生了新的層次SSL（Secure Sockets Layer），用SSL增強TCP。

  2.5.1.2. UDP

• 不可靠傳輸

• 無鏈接

  2.6. 應用層協議

• 交換的報文類型
• 各類報文的語法
• 字段的語義

• 進程發送報文的方法，報文響應的規則

  2.6.1. WEB和HTTP

  HTTP是WEB協議的核心

• 無狀態

  2.6.1.3. 非持續鏈接

  每次請求先後建立/關閉TCP鏈接。是一種並行鏈接，能夠提升效率。第一次握手請求發送一小段報文，服務器返回一個狀態（HTTP響應頭的第一行狀態碼），而後第三次握手時發送HTTP請求報文，收到後服務器開始返回資源，資源傳輸完成後，關閉TCP鏈接。非持續鏈接必須爲每個請求維護一個新的鏈接，在客戶和服務器中都須要分配TCP緩衝區和保持TCP變量，增長了Web服務器的負擔。

  2.6.1.4. 持續鏈接

  服務器在發送響應後保持TCP鏈接打開，相同客戶端的後續請求可以經過相同的鏈接進行傳送。若是一段時間一個鏈接沒有被使用則自動關閉。HTTP默認使用帶流水線的持續鏈接。

  2.6.1.5. 結構

  2.6.1.5.1. 請求報文

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

{
    "someParam":"someValue"
}

• 請求行：請求方法，URI，HTTP版本。
• 首部行：能夠添加大量請求信息。如指明Host（這樣URI能夠是相對URI），指定是否持續鏈接，指明客戶端，指明語言等。

• 實體：與首部行以一個空行分割，使用GET方法時沒有實體，使用POST方法時使用實體，GET變量加在URI中。

  2.6.1.6. 響應報文

  和請求報文相似，包括：
• 狀態行：HTTP版本，返回值，返回信息（200 OK，301 Moved Permanently等）
• 首部行

• 實體

  2.6.1.7. cookie

  在客戶端記錄用戶的狀態。
• 響應報文中的cookie首部行。(如Cookie:JSESSIONID)
• 用戶系統中由瀏覽器管理的cookie文件。
• 請求報文中的cookie首部行。

• Web站點的後端數據庫。（如Session）

  2.6.1.8. web緩存

  也叫代理服務器，可使用戶的全部訪問先指向Web緩存器，如有資源，則直接獲取，若無資源，由Web緩存器發起向目標的TCP鏈接，並在本地存儲獲取到的資源的副本，並向用戶發送這個資源的副本。延伸：CDN（內容分發網絡）
• 目的：高效利用局域網。

• 問題：數據同步問題。

  2.6.1.8.1. 條件GET

  HTTP針對Web緩存器數據同步問題的解決方案，即在用戶訪問時，Web緩存器發送一段沒有實體的GET請求到遠端服務器並在請求報文首部行中加入"If-Modified-Since:"，其內容是上次從互聯網中獲取的響應報文首部行中"Last-Modified:"中的value。若是該值小於遠端服務器的"Last-Modified"時間，則能獲取一個304響應報文。

  2.6.2. FTP

  用戶向遠程主機訪問，創建一個TCP鏈接併發送驗證（口令/SSL），經過後，開啓TCP鏈接。FTP有兩個並行的TCP鏈接：
• 控制鏈接：用戶標識，口令，改變遠程目錄，存放，獲取口令。

• 數據鏈接：實際發送一個文件（隨文件的發送打開鏈接關閉鏈接）。

  2.6.3. SMTP

  比HTTP歷史悠久，SMTP通常不使用中間郵件服務器發送郵件，而是兩個郵件服務器直接創建TCP鏈接。HTTP是一個拉協議，SMTP是一個推協議。SMTP要求報文使用7比特ASCⅡ編碼，並把全部報文對象（圖片等流媒體）放在一個報文中，而HTTP對於每一個報文對象有單獨的響應報文。

  2.6.3.1. SMTP報文

From:xxx@xxx
To:yyy@yyy
Subject:（可選）標題行

ASCⅡ報文體

2.6.4. 郵件訪問協議

SMTP是推協議，不能用於客戶端訪問郵件，此時須要新的協議。

• POP3：極爲簡單，三階段工做：特許，事務處理，更新
• IMAP：將報文與文件夾聯繫，容許文件組命令

• HTTP：略

  2.6.5. DNS

  主機名轉爲IP地址的服務。一般由其餘應用協議所使用。

客戶端->主機名->DNS服務器->ip地址->客戶端->發起TCP鏈接。

2.6.5.1. DNS層次

• 根DNS服務器
• 頂級域DNS服務器
• 權威DNS服務器

• 本地DNS服務器

  2.6.5.2. DNS緩存

  各級DNS服務器在查詢後存儲查詢到的信息。

  2.6.5.3. DNS資源記錄RR

  （Name,Value,Type,TTL）

Type:A,NS,CNAME,MX

2.6.5.4. DNS報文

2.6.5.5. DNS插入數據

2.6.6. P2P

2.6.6.1. 文件分發

2.6.6.1.1. BitTorrent

• 對等方
• 洪流
• 塊

• P2P直播，下載

  2.6.6.2. 分佈式散列表

• key：文件（副本）

• value：對等方

  2.6.6.2.1. 環形DHT

  2.7. UDP/TCP套接字編程

  2.7.1. UDP

  2.7.1.3. DatagramSocket

• DatagramSocket():用於客戶端初始化。
• DatagramSocket(int portNumber):用於服務端初始化。
• send(DatagramPacket sendPacket)：用於發送內容。

• receive(DatagramPacket receivePacket)：用於接收內容。

  2.7.1.4. DatagramPacket

• DatagramPacket(byte[] context,long length,InetAddress hostName,int portNumber)：一般用於send。

• DatagramPacket(byte[] context,long length)：一般用於receive。

  2.7.2. TCP

  2.7.2.1. ServerSocket

• ServerSocket(int portNumber):服務端初始化。
• accept()：獲取和Server鏈接的下一個Socket對象。

• close()：關閉服務器。

  2.7.2.2. Socket

• Socket(String host,int post):新建一個鏈接向服務端的Socket。
• getInputStream():獲取Socket的輸入流，用於讀取。
• getOutputStream()：獲取Socket的輸出流，用於寫入。

• close()：關閉服務器。