研发网络应用程序的核心是写出能够运行在不同的端系统和通过网络彼此通信的程序。
例如,在Web应用程序中,有两个互相通信的不同的程序:一个是运行在用户主机(桌面机、膝上机、PDA、蜂窝电话等)上的浏览器程序;另一个是运行在Web服务器主机上的Web服务器程序。又比如P2P文件共享系统,在参与文件共享的每台主机中都有一个程序。在这种情况下,每台主机中的这些程序可能都是类似的或相同的。
各种端系统上组织该应用程序。在选择应用程序体系结构时,应用程序研发者很可能利用现代网络应用程序中所使用的两种主流体系结构之一:客户机/服务器体系结构或对等(P2P) 体系结构。
在客户机服务器体系结构( client-server architecture)中,有一个总是打开的主机称为服务器,它服务于来自许多其他称为客户机的主机请求。客户机主机既可能有时打开,也可能总是打开。一个典型的例子是Web应用程序,其中总是打开的Web服务器服务于运行在客户机主机上的浏览器的请求。当Web服务器接收到来自某客户机对某对象的请求时,它向该客户机发送所请求的对象作为响应。注意到客户机/服务器体系结构中,客户机相互之间不直接通信,例如,在Web应用中两个浏览器并不直接通信。客户机/服务器体系结构的另一个特征是在客户机/服务器应用中,常会出现一台服务器主机跟不上其所有客户机请求的情况。例如,一个流行的社会联网站点如果仅有一台服务器来处理所有请求,将很快变得不堪重负为此,在客户机服务器体系结构中,常用主机群集(有时称为服务器场( server farm))创建强大的虚拟服务器。基于客户机/服务器体系结构的应用服务通常是基础设施密集的( infrastructure intensive),因为它们要求服务提供商购买、安装和维护服务器场。
在P2P体系结构(P2 P architecture)中,对总是打开的基础设施服务器有最小的(或者没有)依赖。相反,任意间断连接的主机对一一称为对等方,直接相互通信。对等方并不为服务提供商所有,而是为用户控制的桌面机和膝上机所有,大多数对等方驻留在家庭、大学和办公室。因为这种对等方通信不必通过专门的服务器,所以该体系结构被称为对等方到对等方(简称为对等)。目前,大多数流行的流量密集型应用程序都是P2P体系结构的,包括文件分发。
在操作系统的术语中,进行通信的实际上是进程( process)而不是程序。
因特网提供的运输服务至此,我们已经讨论了计算机网络能够提供的一般运输服务。下面要更为具体地考察因58 第2章特网上的应用程序支持的类型。因特网(更一般地说是TCP/P网络)上的应用使用了两个运输层协议:UDP和TCP。当你(作为ー个软件开发者)创建一个新的因特网应用时,首先要做出的决定是,选择UDP还是选择TCP。每个协议为调用它们的应用程序提供了不同的服务集合。
TCP服务模型包括面向连接服务和可靠数据传输服务。
所谓的三次握手即TCP连接的建立。这个连接必须是一方主动打开，另一方被动打开的。以下为客户端主动发起连接的图解：
握手之前主动打开连接的客户端结束CLOSED阶段，被动打开的服务器端也结束CLOSED阶段，并进入LISTEN阶段。随后开始“三次握手”：
（1）首先客户端向服务器端发送一段TCP报文，其中：
标记位为SYN，表示“请求建立新连接”;序号为Seq=X（X一般为1）；随后客户端进入SYN-SENT阶段。（2）服务器端接收到来自客户端的TCP报文之后，结束LISTEN阶段。并返回一段TCP报文，其中：
标志位为SYN和ACK，表示“确认客户端的报文Seq序号有效，服务器能正常接收客户端发送的数据，并同意创建新连接”（即告诉客户端，服务器收到了你的数据）；序号为Seq=y；确认号为Ack=x+1，表示收到客户端的序号Seq并将其值加1作为自己确认号Ack的值；随后服务器端进入SYN-RCVD阶段。（3）客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的TCP报文之后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，结束SYN-SENT阶段。并返回最后一段TCP报文。其中：
标志位为ACK，表示“确认收到服务器端同意连接的信号”（即告诉服务器，我知道你收到我发的数据了）；序号为Seq=x+1，表示收到服务器端的确认号Ack，并将其值作为自己的序号值；确认号为Ack=y+1，表示收到服务器端序号Seq，并将其值加1作为自己的确认号Ack的值；随后客户端进入ESTABLISHED阶段。服务器收到来自客户端的“确认收到服务器数据”的TCP报文之后，明确了从服务器到客户端的数据传输是正常的。结束SYN-SENT阶段，进入ESTABLISHED阶段。
在客户端与服务器端传输的TCP报文中，双方的确认号Ack和序号Seq的值，都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的，这样做保证了TCP报文传输的连贯性。一旦出现某一方发出的TCP报文丢失，便无法继续"握手"，以此确保了"三次握手"的顺利完成。
此后客户端和服务器端进行正常的数据传输。这就是“三次握手”的过程。
所谓的四次挥手即TCP连接的释放(解除)。连接的释放必须是一方主动释放，另一方被动释放。以下为客户端主动发起释放连接的图解：
首先客户端想要释放连接，向服务器端发送一段TCP报文，其中：标记位为FIN，表示“请求释放连接“；序号为Seq=U；随后客户端进入FIN-WAIT-1阶段，即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据，但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。注意：这里不发送的是正常连接时传输的数据(非确认报文)，而不是一切数据，所以客户端仍然能发送ACK确认报文。
服务器端接收到从客户端发出的TCP报文之后，确认了客户端想要释放连接，随后服务器端结束ESTABLISHED阶段，进入CLOSE-WAIT阶段（半关闭状态）并返回一段TCP报文，其中：标记位为ACK，表示“接收到客户端发送的释放连接的请求”；序号为Seq=V；确认号为Ack=U+1，表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值；随后服务器端开始准备释放服务器端到客户端方向上的连接。客户端收到从服务器端发出的TCP报文之后，确认了服务器收到了客户端发出的释放连接请求，随后客户端结束FIN-WAIT-1阶段，进入FIN-WAIT-2阶段前"两次挥手"既让服务器端知道了客户端想要释放连接，也让客户端知道了服务器端了解了自己想要释放连接的请求。于是，可以确认关闭客户端到服务器端方向上的连接了
服务器端自从发出ACK确认报文之后，经过CLOSED-WAIT阶段，做好了释放服务器端到客户端方向上的连接准备，再次向客户端发出一段TCP报文，其中：标记位为FIN，ACK，表示“已经准备好释放连接了”。注意：这里的ACK并不是确认收到服务器端报文的确认报文。序号为Seq=W；确认号为Ack=U+1；表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号Seq值加1作为本段报文确认号Ack的值。随后服务器端结束CLOSE-WAIT阶段，进入LAST-ACK阶段。并且停止在服务器端到客户端的方向上发送数据，但是服务器端仍然能够接收从客户端传输过来的数据。
客户端收到从服务器端发出的TCP报文，确认了服务器端已做好释放连接的准备，结束FIN-WAIT-2阶段，进入TIME-WAIT阶段，并向服务器端发送一段报文，其中：标记位为ACK，表示“接收到服务器准备好释放连接的信号”。序号为Seq=U+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其确认号Ack值作为本段报文序号的值。确认号为Ack=W+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其序号Seq值作为本段报文确认号的值。随后客户端开始在TIME-WAIT阶段等待2MSL
服务器端收到从客户端发出的TCP报文之后结束LAST-ACK阶段，进入CLOSED阶段。由此正式确认关闭服务器端到客户端方向上的连接。客户端等待完2MSL之后，结束TIME-WAIT阶段，进入CLOSED阶段，由此完成“四次挥手”。后“两次挥手”既让客户端知道了服务器端准备好释放连接了，也让服务器端知道了客户端了解了自己准备好释放连接了。于是，可以确认关闭服务器端到客户端方向上的连接了，由此完成“四次挥手”。与“三次挥手”一样，在客户端与服务器端传输的TCP报文中，双方的确认号Ack和序号Seq的值，都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的，这样做保证了TCP报文传输的连贯性，一旦出现某一方发出的TCP报文丢失，便无法继续"挥手"，以此确保了"四次挥手"的顺利完成。
应用层协议( application-layer protocol)定义了运行在不同端系统上的应用程序进程如何相互传递报文。特别是应用层协议定义了:
交换的报文类型,如请求报文和响应报文.
各种报文类型的语法,如报文中的各个字段及其详细描述。
字段的语义,即包含在字段中的信息的含义。
为的要函时带练进程何时、如何发送报文及对报文进行响应的规则。体游
区分网络应用和应用层协议是很重要的。应用层协议只是网络应用的一部分。我们来看一些例子。Web应用是一种客户机/服务器应用程序,它允许客户机按照需求从Web服务器获得文档。Web应用有很多组成部分,包括文档格式的标准(即HTML)、Web浏览器(如Firefox和 Microsoft Internet Explorer)、Web服务器(如 Apache、 Microsoft服务器程序),以及一个应用层协议。Web的应用层协议是HTTP
Web的应用层协议是超文本传输协议,它是Web的核心,在[RFC1945]和IRFC261이中进行了定义。HTTP协议由两部分程序实现:一个客户机程序和一个服务器程序,它们运行在不同的端系统中,通过交换HTTP报文进行会话。HTTP 定义了这些报文的格式以及客户机和服务器是如何进行报文交换的。
Web页面( Web page,也叫文档)是由对象组成的。对象( object)简单来说就是文件, 如HTML文件、JPEG图形文件、Java小程序或视频片段文件,这些文件可通过一个URL地址寻址。多数Web页面含有一个基本HTML文件( base HTML file)以及几个引用对象。
在基本HTML文件中通过对象的URL地址对对象进行引用。每个URL地址由两部分组成:存放对象的服务器主机名和对象的路径名。
Web服务器( Web server)用于存储Web对象,每个对象由URL寻址。Web服务器实现了HTTP的服务器端,流行的Web服务器程序有Apache和MicrosoftInternetInformation Server
当用户请求一个Web页面(如点击一个超链接)时,浏览器向服务器发出对该页面中所包含对象的HTTP请求报文,服务器接受请求并用包含这些对象的HTTP 响应报文进行响应。
HTTP使用TCP(而不是UDP)作为它的支撑运、运行Internet Explorerf的PC王本运行 Firefox 的 Linux 运行 Apache Web 服务器的服务器图2-6HTTPE的请求一响应行为输层协议。HTTP客户机发起一个与服务器的TCP连接,一且连接建立,浏览器和服务器进程就可以通过套接字接口访向TCP。
服务器向客户机发送被请求的文件时,并不存储任何关于该客户机的状态信息。假如某个特定的客户机在短短的几秒钟内两次请求同一个对象,服务器并不会因为刚刚为该用户提供了该对象就不再做出反应,而是重新发送该对象,就像该服务器已经完全忘记不久之前所做过的事一样。因为一个HTTP服务器并不保存关于客户机的任何信息,所以我们说HTTP是一个无状态协议(statelessprotocol)
HTTP请求报文的第一行叫做请求行(requestline), 其后继的行叫做首部行( header line)。请求行有3个字段:方法字段、URL字段和HTP协议版本字段。
首部行Host:www.someschoo1.edu定义了目标所在的主机。
通过包含connection:c1ose首部行,浏览器告诉服务器不希望麻烦地使用持久连接,它要求服务器在发送完被请求的对象后就关闭连接。User- agent:首部行用来定义用户代理,即向服务器发送请求的浏览器的类型。这里浏览器的类型是Mozi11a/4.0,即 Netscape浏览器。
首部行(和附加的回车换行符)后有一个“实体主体”( entity body)。使用GET方法时实体主体为空,而使用POS方法时才使用。
HTTP客户机常常在用户提交表单时使用POST方法,例如,用户向搜索引提供搜索关键词在使用POST方法的报文中,用户仍可以向服务器请求一个Web页面,但Web页面的特定内容依赖于用户在表单字段中输入的内容。当方法字段的值为POST时,实体主体中包含的就是用户在表单字段中输入的值
然而一个Web站点通常希望能够识别用户,既可能是因为服务器想限制用户的访问,又可能是因为它想把内容与用户身份关联起来。
cookie技术有4个组成部分:①在HTTP响应报文中有一个cookie首部行; ②在HTTP请求报文中有一个cookie首部行③在用户端系统中保留有一个cookie"文件,由用户的浏览器管理;④在Web站点有一个后端数据库。
用户通过一个FTP用户代理与FTP交互。该用户首先提供远程主机的主机名,使本地主机的FTP客户机进程建立一个到远程主机FTP服务器进程的TCP连接。然后,该用户提供用户标识和口令,作为FIP命令的一部分在该TCP连接上传送。一旦该服务器向该用户授权, 用户就可以向远程文件系统拷贝存放在本地文件系统中的一个或者多个文件(反之亦然)。
用户坐在一台主机(本地主机)前面,向一台远程主机上传文件或从远程主机下载文件。为使用户能访问远程主机的账户,用户必须提供一个用户标识和口令在提供了授权信息后,用户就能从本地文件系统向远程主机文件系统传送文件,反之亦然。
当用户主机与远程主机开始一个FTP会话前,FTP的客户机(用户)首先在21号端口上发起一个用于控制的与服务器(远程主机)的TCP连接。FTP的客户机通过该控制连接发送用户的标识和口令,也发送改变远程目录的命令。当FTP的服务器端从该连接上收到一个文件传输的命令后(无论是到远程主机还是从远程主机),就发起一个到客户机的数据连接。FTP在该数据连接上准确地传送一个文件并关闭该连接。如果在同一个会话期间,用户还需要传输另一个文件,FTP则打开另一个数据连接。因而对FTP传输而言,控制连接贯穿了整个用户会话期间,但是针对会话中的每一次文件传输都需要建立一个新的数据连接(即数据连接是非持久的)。
FTP服务器必须在整个会话期间保留用户的状态( state)信息。
FTP使用两个并行的TCP连接来传输文件,一个是控制连接( control connection),一个是数据连接( data connection)。
控制连接用于在两个主机之间传输控制信息,如用户标识、口令、改变远程目录的命令以及put”和“get”文件的命令。
数据连接用于实际传输一个文件。因为FTP协议使用一个分离的控制连接,所以我们也称FTP的控制信息是带外(out-of-band)传送的。
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ata connection)。
控制连接用于在两个主机之间传输控制信息,如用户标识、口令、改变远程目录的命令以及put”和“get”文件的命令。
数据连接用于实际传输一个文件。因为FTP协议使用一个分离的控制连接,所以我们也称FTP的控制信息是带外(out-of-band)传送的。
