9 应用层协议

课程内容#

概述#

网络应用程序的体系结构主要分为CS 结构和P2P 结构。

前者是客户端（Client）/ 服务端（Server）结构，如微信、QQ、游戏。
后者是端（Peer）到端结构，又叫对等体系结构，如迅雷、百度网盘。
- 进程通信时，没有明确的 C/S，发起者即为客户端，提供服务者即为服务端。

应用程序服务要求包括可靠数据传输、吞吐量、定时（时效）和安全性。不同的应用对网络服务有不同的要求，如数据可否丢失、带宽需求、时间敏感性等，所以产生了不同的应用层协议和运输层协议：

应用层协议定义了交换报文类型、报文语法、字段语义以及发送、响应规则，类似网络协议的三要素（语法、语义、同步）。
运输层协议
- TCP：面向连接的服务，提供可靠的数据传输。
- UDP：不提供必要服务的轻量级运输服务，不提供可靠的数据传输。
PS
- socket 是应用程序与网络之间的接口，对于运输层的控制仅限于选择运输层协议、设定参数。
- UDP 可以自己实现可靠的数据传输。

WEB 与 HTTP 协议#

WEB 术语：对象、超文本标记语言 HTML、统一资源定位符 URL、WEB 页面、WEB 浏览器、WEB 服务器（httpd、apache、tomcat）
HTTP：超文本传输协议

HTTP 行为：请求报文、响应报文
HTTP 特点
- 不用担心数据丢失
- 无状态协议，服务器不存储客户相关状态信息
- HTTP 服务器总是处于打开状态，有一个固定的 IP
- 使用 CS 结构
非持续连接和持续连接，又名，短连接和长连接
- HTTP 属于短连接，服务器响应了请求后会通知 TCP 断开连接，所以对于多个对象会重复地连接和断开。
- HTTP 请求过程包含 TCP 三次握手，一般在第 3 次握手包含请求，直到接受对应文件。
请求报文
- 请求方法：
  - GET-- 获取
  - POST-- 提交表单
  - HEAD-- 测试，看通不通，不需要获取所有数据
  - PUT-- 传数据到远端（PUT 是幂等的，但 POST 不是）
  - DELETE-- 删除远端数据
- 首部字段名包含浏览器类型等等。
响应报文
- 短语一般是状态码的描述。
- 常见状态码及短语：
  - 200 OK
  - 301 Moved Permanently
  - 400 Bad Request
  - 404 Not Found
  - 505 HTTP Version Not Supported
用户与服务器的交互 ——COOKIE
- 请求和相应报文中都添加了 COOKIE 首部行
- 在用户端由浏览器管理相应 COOKIE 文件
- 在服务端维护一个数据库
- 一个从来没有请求过 jd 服务器的客户主机，在发起请求后，服务器会创建其 COOKIE，并返回给客户；
- 等下次下下次再请求 jd 服务器的时候，服务器会根据 COOKIE 返回特定数据。
- PS：
  - 服务器根据客户行为会生成一个人物画像，可以和 COOKIE 绑定。
  - 公司之间可能共享数据库。
WEB 缓存器🌟
- 又名代理服务器，如 CDN。
- 情景：海量用户访问某一个服务器的数据，流量过大肯定会导致服务器奔溃。
- 优化过程：浏览器先访问 WEB 缓存器，如果里面没有想要的数据，则再往上游找数据，最后返回数据，并将数据存放在 WEB 缓存器里。
- 优点：减少对客户请求的响应时间，减少了数据中心的通信量，改善应用性能。
- PS：WEB 缓存器会定时向上游服务器请求更新数据。

HTTPS 协议#

HTTPS：具有安全性的 SSL 加密传输协议

HTTPS 在 HHTP 通信的中间过程添加 SSL/TLS（加密 / 解密）过程。

HTTPS 特点：

它需要到 CA 申请证书，需要交费；
它是具有安全性的 SSL 加密传输协议，而 HTTP 超文本传输协议，信息是明文传输；
它与 HTTP 使用的是完全不同的连接方式，端口也不一样，前者是 443，后者是 80。

HTTP/2 协议#

新特性：连接复用。没有同步的限制，一次可以传输多条消息，而不用一来一回。

FTP 协议#

FTP：文件传输协议

用户连接远程服务器，给用户展示一个远程桌面文件夹，用户可以对其进行操作。

双连接——FTP 的 TCP 连接：

控制连接：21 端口，长连接；
数据连接：20 端口，短连接。
特点：适用于并发量不高的场景，可以简化业务实现。

PS：个人用户用的少，一般服务于局域网。

SMTP、POP3、IMAP 协议#

邮件相关，最早期的互联网业务

先从用户 A 的代理，通过 SMTP 连接自己的邮箱服务器，再连线用户 B 的邮件服务器，最后到达用户 B 的代理。

邮箱服务器会检查邮件内容是否合规；
SMTP 协议只负责推，最后一步是用户 B 基于其它协议主动请求拉取

PS：

不是直接与用户主机通信
底层是基于 TCP

DNS 协议#

将主机名 / 域名转换为 IP 地址；提供负载均衡服务

解析域名
负载均衡：同一个域名根据流量转换到不同的合适的 IP 地址，主要是用来分流。

集中式 DNS 存在的问题：

单点故障：一个小问题会影响到全局（现在流行微服务，减少各种服务之间的耦合度）
通信容量大
距离远会导致时延高
维护不易（目前银行也有这个问题，系统版本低，想迁移却难以迁移）

DNS 域名系统

根 DNS 服务器，因特网上有 13 个，都不在中国
顶级域 DNS 服务器，简称 TLD，如 com、cn
权威 DNS 服务器，如腾讯等 DNS 服务提供商
本地 DNS 服务器，可能有多个，如局域网、学校

DNS 解析过程：

主机到本地 DNS 属于递归式，主机只发一次请求，只有本地 DNS 得到结果，才会返回。

本地 DNS 发起请求属于迭代式，返回失败就再次请求，可看图感受。

DNS 记录

Name：名称 / 主机 / 别名
Value：IP 地址 / 应答地址 / 目标地址
Type：记录的类型
TTL：域名 - IP 关系的有效时间，即本地缓存的时间

常见的类型有：

可以尝试去自己的 DNS 服务平台里添加 DNS 记录～

PS：规范主机名的可读性稍弱，可参考DNS records——CloudFlare

附加知识点#

网络协议的三要素：语法、语义、同步（有迹可循）