网络应用体系结构

1. 客户机/服务器结构（Client-Server, C/S）
2. 点对点结构（Peer-to-peer, P2P）
3. 混合结构（Hybrid）

客户机/服务器结构

客户机/服务器结构.png

服务器

• 7×24小时提供服务
• 永久性访问地址/域名
• 利用大量服务器实现可扩展性

客户机

• 与服务器通信，使用服务器提供的服务
• 间歇性接入网络
• 可能使用动态IP地址

• 不会与其他客户机直接通信
  例子：Web

  
  web.png

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纯P2P结构

P2P结构.png

• 没有永远在线的服务器
• 任意端系统/节点之间可以直接通讯
• 节点间歇性接入网络
• 节点可能改变IP地址

优点：高度可伸缩
缺点：难于管理

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混合结构

两种结构混合在一起使用，兼具两者的优点，规避两者的缺点
Napster

• 文件传输使用 P2P结构
• 文件的搜索采用C/S结构——集中式

1. 每个节点向中央服务器登记自己的内容 2. 每个节点向中央服务器提交查询请求，查找感兴趣的内容

   
   napster.png

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网络应用的基础：进程间通信

进程：主机上运行的程序
同一主机上运行的进程之间的通信：操作系统提供，进程间通信机制
不同主机上运行的进程间通信：消息交换！

• 客户机进程：发起通信的进程
• 服务器进程：等待通信请求的进程

套接字：socket

• 进程间通信利用socket发送/接收消息实现

  
  socket.png
  

  网络的传输基础设施向进程提供API：

• 传输协议的选择
• 参数的设置

如何寻址进程：

不同主机上的进程间通信，那么每个进程必须用于标识符。

1. IP地址——IP地址能够唯一的表示Internet上的一台主机
2. 端口号/Port number：为主机上每个需要通信的进程分配一个端口号， HTTP server：80, Mail Server：25

故进程的标识符：IP地址+端口号

进程寻址.png

应用层协议：

网络应用需遵循应用层协议。
公开协议：

• 由RFC(request for comments)定义
• 允许互操作
• HTTP， SMTP ....

私有协议：

• 多数P2P文件共享应用

应用层协议的内容：

消息的类型：

• 请求消息
• 响应消息

消息的语法(syntax)/格式

• 消息中有哪些字段
• 每个字段如何描述

字段的语义：

• 字段中信息的含义

规则：

• 进程核实发送/响应消息
• 进程如何发送/相应消息

网络应用的需求与传输层服务

1. 数据丢失/可靠性

• 某些网络应用能够容忍一定的数据丢失：网络电话
• 某些网络应用要求100%可靠的数据传输：文件传输，telnet

2. 时间/延迟

• 有些应用只有在延迟足够低时才有效
• 网络电话/网络游戏

3. 带宽

• 某些应用只有在带宽达到最低要求时才有效：网络视频
• 某些应用能够适应任何带宽——弹性应用：email

Internet提供的传输服务

TCP服务：

• 面向连接：客户机/服务器进程间需要建立连接
• 可靠的传输（不丢包，不乱序）
• 流量控制：发送方不会发送速度过快，超过接收方的处理能力
• 拥塞控制：当网络负载过重时能够限制发送方的发送速度
• 不提供时间/延迟保障
• 不提供最小带宽保障

UDP服务：

• 无连接
• 不可靠的数据传输
• 不提供：1.可靠性保障 2.流量控制 3.拥塞控制 4.延迟保障 5.带宽保障

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Web应用

World Wide Web.

• 网页
• 网页互相链接

网页（web page）包含多个对象（objects）

• 对象：HTML文件、JPEG图片、视频文件、动态脚本等
• 基本HTML文件：包含对其他对象引用的链接

对象的寻址（addressing）

• URL（uniform resource locator）:统一资源定位器
• Scheme://host.port/path
  对象的寻址.png

HTTP协议概述

万维网应该遵循HTTP协议
HTTP：HyperText Transfer Protocol 超文本传输协议
C/S结构：

• 客户——Browser：请求、接收、展示Web对象
• 服务器——Web Server：响应客户的请求，发送对象

使用TCP传输服务：

• 服务器在80端口等待客户的请求
• 浏览器发起服务器的TCP连接（创建套接字socket）
• 服务器接受来自浏览器的TCP连接
• 浏览器（HTTP客户端）与Web服务器（HTTP服务器）交换HTTP消息
• 关闭TCP连接

无状态：

• 服务器不维护任何有关客户端过去所发请求的信息

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HTTP连接

1. 非持久性连接

• 每个TCP连接最多允许传输一个对象
• HTTP1.0版本使用非持久性连接

2. 持久性连接

• 每个TCP连接允许传输多个对象
• HTTP1.1版本默认使用持久性连接

非持久性连接-1.png
非持久性连接-2.png 非持久性连接响应时间.png

持久性HTTP.png

DNS概述

DNS：Domain Name System 域名系统
解决的是互联网上主机/路由器的识别问题

• IP地址
• 域名：www.baidu.com

解决域名和IP地址之间的映射问题
域名解析系统DNS：将域名翻译为IP地址

• 多层命名服务器构成的分布式数据库
• 应用层协议：完成名字的解析：1. 互联网的核心功能，用应用层协议实现 2.网络边界复杂

DNS：

• 域名向IP地址的翻译
• 主机别名
• 邮件服务器别名
• 负载均衡：Web服务器

DNS采用分布式层次式数据库：

分布式层次式数据库.png
最顶级被称为根域名服务器.
本地域名解析服务器无法解析域名时，访问根域名服务器
根域名服务器：

• 如果不知道映射，访问权威域名服务器
• 获得映射
• 向本地域名服务器返回映射

第二层称为：顶级域名服务器（TLD，top-level domain）：负责com, org, net, edu等顶级域名和国家顶级域名，例如cn, uk, fr等

第三层成为：权威域名服务器：组织的域名解析服务器，提供组织内部服务器的解析服务

• 组织负责维护
• 服务提供商负责维护

本地域名解析服务器：

• 不严格属于层级体系
• 每个ISP有一个本地域名服务器： 默认域名解析服务器
• 当主机进行DNS查询时，查询被发送到本地域名服务器： 作为代理（proxy），将查询转发给（层级式）域名解析服务器系统

DNS记录和消息格式

DNS记录，又称资源记录（RR，resource records）

DNS记录.png

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P2P应用：原理与文件分发

web email dns都是C/S架构

纯P2P架构

纯P2P架构.png

在文件分发的情况下，P2P架构有很好的扩展性，当节点数增加时，文件传输速率几乎是不变的

文件分发：BitTorrent （P2P的网络应用）

BitTorrent.png

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P2P应用：索引技术

P2P系统的索引：信息到节点位置（IP地址+端口号）的映射
文件共享（电驴）

• 利用索引动态跟踪节点所共享的文件的位置
• 节点需要告诉索引它拥有哪些文件
• 节点搜索索引，从而获知能够得到哪些文件

即时消息（QQ）

• 索引负责将用户名映射到位置
• 当用户开启IM应用时，需要通知索引它的位置
• 节点检索索引，确定用户的IP地址

三种索引的方案：1. 集中式 2. 洪泛式查询 3. 层次式覆盖网络（案例应用：skype）