9 應用層協議

課程內容#

概述#

網絡應用程序的體系結構主要分為CS 結構和P2P 結構。

前者是客戶端（Client）/ 服務端（Server）結構，如微信、QQ、遊戲。
後者是端（Peer）到端結構，又叫對等體系結構，如迅雷、百度網盤。
- 進程通信時，沒有明確的 C/S，發起者即為客戶端，提供服務者即為服務端。

應用程序服務要求包括可靠數據傳輸、吞吐量、定時（時效）和安全性。不同的應用對網絡服務有不同的要求，如數據可否丟失、帶寬需求、時間敏感性等，所以產生了不同的應用層協議和運輸層協議：

應用層協議定義了交換報文類型、報文語法、字段語義以及發送、響應規則，類似網絡協議的三要素（語法、語義、同步）。
運輸層協議
- TCP：面向連接的服務，提供可靠的數據傳輸。
- UDP：不提供必要服務的輕量級運輸服務，不提供可靠的數據傳輸。
PS
- socket 是應用程序與網絡之間的接口，對於運輸層的控制僅限於選擇運輸層協議、設定參數。
- UDP 可以自己實現可靠的數據傳輸。

WEB 與 HTTP 協議#

WEB 術語：對象、超文本標記語言 HTML、統一資源定位符 URL、WEB 頁面、WEB 瀏覽器、WEB 服務器（httpd、apache、tomcat）
HTTP：超文本傳輸協議

HTTP 行為：請求報文、響應報文
HTTP 特點
- 不用擔心數據丟失
- 無狀態協議，服務器不存儲客戶相關狀態信息
- HTTP 服務器總是處於打開狀態，有一個固定的 IP
- 使用 CS 結構
非持續連接和持續連接，又名，短連接和長連接
- HTTP 屬於短連接，服務器響應了請求後會通知 TCP 斷開連接，所以對於多個對象會重複地連接和斷開。
- HTTP 請求過程包含 TCP 三次握手，一般在第 3 次握手包含請求，直到接受對應文件。
請求報文
- 請求方法：
  - GET-- 獲取
  - POST-- 提交表單
  - HEAD-- 測試，看通不通，不需要獲取所有數據
  - PUT-- 傳數據到遠端（PUT 是幂等的，但 POST 不是）
  - DELETE-- 刪除遠端數據
- 首部字段名包含瀏覽器類型等等。
響應報文
- 短語一般是狀態碼的描述。
- 常見狀態碼及短語：
  - 200 OK
  - 301 Moved Permanently
  - 400 Bad Request
  - 404 Not Found
  - 505 HTTP Version Not Supported
用戶與服務器的交互 ——COOKIE
- 請求和相應報文中都添加了 COOKIE 首部行
- 在用戶端由瀏覽器管理相應 COOKIE 文件
- 在服務端維護一個數據庫
- 一個從來沒有請求過 jd 服務器的客戶主機，在發起請求後，服務器會創建其 COOKIE，並返回給客戶；
- 等下次下下次再請求 jd 服務器的時候，服務器會根據 COOKIE 返回特定數據。
- PS：
  - 服務器根據客戶行為會生成一個人物畫像，可以和 COOKIE 綁定。
  - 公司之間可能共享數據庫。
WEB 緩存器🌟
- 又名代理服務器，如 CDN。
- 情景：海量用戶訪問某一個服務器的數據，流量過大肯定會導致服務器崩潰。
- 優化過程：瀏覽器先訪問 WEB 緩存器，如果裡面沒有想要的數據，則再往上游找數據，最後返回數據，並將數據存放在 WEB 緩存器裡。
- 優點：減少對客戶請求的響應時間，減少了數據中心的通信量，改善應用性能。
- PS：WEB 緩存器會定時向上游服務器請求更新數據。

HTTPS 協議#

HTTPS：具有安全性的 SSL 加密傳輸協議

HTTPS 在 HHTP 通信的中間過程添加 SSL/TLS（加密 / 解密）過程。

HTTPS 特點：

它需要到 CA 申請證書，需要交費；
它是具有安全性的 SSL 加密傳輸協議，而 HTTP 超文本傳輸協議，信息是明文傳輸；
它與 HTTP 使用的是完全不同的連接方式，端口也不一樣，前者是 443，後者是 80。

HTTP/2 協議#

新特性：連接復用。沒有同步的限制，一次可以傳輸多條消息，而不用一來一回。

FTP 協議#

FTP：文件傳輸協議

用戶連接遠程服務器，給用戶展示一個遠程桌面文件夾，用戶可以對其進行操作。

雙連接——FTP 的 TCP 連接：

控制連接：21 端口，長連接；
數據連接：20 端口，短連接。
特點：適用於並發量不高的場景，可以簡化業務實現。

PS：個人用戶用的少，一般服務於局域網。

SMTP、POP3、IMAP 協議#

郵件相關，最早期的互聯網業務

先從用戶 A 的代理，通過 SMTP 連接自己的郵箱服務器，再連線用戶 B 的郵件服務器，最後到達用戶 B 的代理。

郵箱服務器會檢查郵件內容是否合規；
SMTP 協議只負責推，最後一步是用戶 B 基於其它協議主動請求拉取

PS：

不是直接與用戶主機通信
底層是基於 TCP

DNS 協議#

將主機名 / 域名轉換為 IP 地址；提供負載均衡服務

解析域名
負載均衡：同一個域名根據流量轉換到不同的合適的 IP 地址，主要是用來分流。

集中式 DNS 存在的問題：

單點故障：一個小問題會影響到全局（現在流行微服務，減少各種服務之間的耦合度）
通信容量大
距離遠會導致時延高
維護不易（目前銀行也有這個問題，系統版本低，想遷移卻難以遷移）

DNS 域名系統

根 DNS 服務器，因特網上有 13 個，都不在中國
頂級域 DNS 服務器，簡稱 TLD，如 com、cn
權威 DNS 服務器，如騰訊等 DNS 服務提供商
本地 DNS 服務器，可能有多個，如局域網、學校

DNS 解析過程：

主機到本地 DNS 屬於遞歸式，主機只發一次請求，只有本地 DNS 得到結果，才會返回。

本地 DNS 發起請求屬於迭代式，返回失敗就再次請求，可看圖感受。

DNS 記錄

Name：名稱 / 主機 / 別名
Value：IP 地址 / 應答地址 / 目標地址
Type：記錄的類型
TTL：域名 - IP 關係的有效時間，即本地緩存的時間

常見的類型有：

可以嘗試去自己的 DNS 服務平台裡添加 DNS 記錄～

PS：規範主機名的可讀性稍弱，可參考DNS records——CloudFlare

附加知識點#

網絡協議的三要素：語法、語義、同步（有跡可循）