Internet的整个体系结构，符合TCP/IP协议栈，应用层在协议栈的最上层。
本节主要知识点为：
- 网络应用的体系结构：网络应用有哪几种体系结构？(客户机/服务器、
P2P、混合结构)和单机应用有哪些不一样的地方？ - 网络应用对底层，传输层、网络层、链路层以及物理层构成的网络基础设施有哪些服务方面的需求？(可靠性、带宽、时延等方面)。
Internet传输层服务模型提供了什么样的传输服务模型？(TCP/UDP)。- 具体地介绍几个网络应用及协议(
HTTP、SMTP、POP、IMAP、DNS、P2P)。 - 如何来开发网络应用？(
Socket编程、TCP、UDP)。
网络应用的基本原理
网络应用体系结构
- 网络应用和单机应用相比有哪些本质性区别？
网络应用需要有网络的基础环境，有一部分软件跑在我们自己的计算机上，还有一部分软件和数据信息运行在互联网的某一个地方，这两部分软件又互相交互，才共同构成了一个网络应用。
- 既然网络应用由不同的部分构成的，那它应该采取什么样的体系结构呢？
网络应用经过这么多年的发展，基本形成以下三种体系结构：1. 客户机/服务器结构；2. 点对点结构；3. 混合结构
- 客户机服务器结构：称之为客户机服务器的原因在于功能决策上的划分，服务器对外提供服务，客户机使用服务器所提供的服务。
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。服务器往往要为成百上千万的客户机提供服务，并发用户数同时请求服务的可以达到几万，几十万，这往往需要大量的服务器，分布式的技术来实现。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；不会与其它客户机直接通信。
最直观的就是
Web应用，服务器端使用Web软件，客户机使用浏览器。客户端向Web服务器发出请求，服务器将页面和对象封装成http响应发回客户端。
- P2P：
P2P的特点是：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。P2P这种结构平时接触最多的就是文件共享BT。
P2P与Web相比有哪些优点和缺点？：P2P的最大的优点是高度可伸缩可扩展；缺点是难于实现和管理。
- 混合结构：能否将
P2P和CS混合起来使用，使其能够结合两者的优点的同时规避两者的缺点？
在Napster中文件的传输使用P2P结构，而文件的搜索采用C/S结构，集中式。每个节点向中央服务器登记自己的内容，每个节点向中央服务器提交查询请求，查找感兴趣的内容。
网络应用进程通信
上一小节从宏观，体系结构上认识了网络应用。这一小节深入了解网络应用的构成。网络应用由不同的部分构成，有些运行在PC机上，有的运行在远端的服务器上。而两者显然需要正确的协作，才能够完成其功能，保证网络性能。这就需要本机的网络进程和服务器端的网络进程之间需要通信。这就是网络应用的核心，本质上是网络进程之间正确的通信，然后完成功能。
进程为主机上运行的程序。同一主机上运行的进程之间如何进行通信？这一块由操作系统进程间的通信机制提供。不同主机上运行的进程如何通信？这个依靠的是消息交换，或者称之为报文交换。在消息交换或报文交换中我们有客户机进程(发起通信的进程)、服务器进程(等待通信请求的进程)。那么在P2P架构的应用中是否存在客户机进程和服务器进程之分？也是有的，P2P中也会有消息交换，所以也会有发起通信的进程和等待通信请求的进程。不同的进程之间的通信实际上是依靠的一个叫套接字的机制(Socket)。这是操作系统提供的一种抽象，他把网络的硬件基础设施和网络协议栈(链路层、网络层、传输层)抽象为Socket。
进程通过套接字来使用下层协议栈所提供的服务，比如TCP。这样进程间的通信就通过Socket发送/接收消息。将其类比于寄信Socket就像是门一样，发送方将消息送到门外的某个信箱里面去，然后依赖于(门外的)传输基础设施，将消息传到接收方所在主机，并送到接收方门外，接收方从门外获取消息。
所以说传输基础设施是进程间通信所依赖的东西。它由网络协议栈构成，由操作系统提供，相当于是操作系统提供的网络编程API。如果我们要开发网络应用，我们就需要调用这些API，网络应用的开发也被称作Socket编程。Socket处理传输一些消息，还可以对底层网络协议进行一些选择和设置。
网络应用之间依靠的是消息传输。那消息发出去之后，底层的传输基础设施如何正确无误的送到目标进程？这里就会有一个进程的标识问题，可以称为寻址。
寻址问题：不同主机上的进程通信，那么每个进程必须拥有标识符。因为其是不同主机上的，所以第一步是标识主机，标识主机就是依靠一个叫IP地址的东西。因为主机上会跑很多网络应用，所以只依靠IP地址是不够的，我们还需要端口号，我们为主机上每一个需要通信的进程分配一个端口号。有一些端口号是被约定的，不能够随便用，比如说80端口被HTTP Server占用，Mail Server占用25号端口。所以IP地址+端口号唯一标识网络上的进程。
- 应用层协议
具体的消息交换的格式，什么样的顺序等等依靠的是应用层协议。网络应用都应该遵循应用层协议，但是并不是说网络应用只有应用层协议。比如说Web应用包括浏览器软件，包括服务器软件，还包括html文件等等，不止是一个http协议。但是这些软件是要符合http协议的。所以说网络应用需要符合应用层协议。
应用层协议有公开的协议RFC(Request For Comments)定义，用公开的协议目的是为了互操作。如果需要知道某个协议的所有信息就需要去都RFC文档。
除了公开的协议外还有些私有的协议，多数P2P文件共享应用考虑商业上的竞争就会采用私有协议。
- 内容
一个应用层协议会规定有几种消息，所以会规定消息的类型，比如有请求消息，有响应消息。他也会规定消息的语法(syntax)格式，比如消息当中有哪些字段(field)，每个字段是如何描述的。下图是HTTP请求消息的格式：
我们也可以规定字段的语意(semantics，字段中信息的含义)，也会做出关于规则的描述，比如进程应该何时发送/响应消息？又比如进程应该如何发送/响应消息？等等这些规定。
网络应用的需求与传输层服务
计算机网络应用依靠的是不同进程之间的消息交换，依靠的是遵循相同的应用层协议，然后正确进行消息交换，消息交换并不是应用层自己做的，按照TCP/IP的分层，它是由传输层、网络层、链路层等等共同来提供的传输的基础服务。
所以这里就会引出两个问题：1. 网络应用有这么多种，不同的应用显然对于消息传输的需求不一样，这种不一样如何衡量？2. 底层传输层到底为应用层提供了什么样的服务？
- 网络应用对传输服务的需求
- 第一个方面是关于数据丢失(
data loss)和可靠性(reliability)方面的需求。
有一些网络应用是能够容忍一定的数据丢失，比如网络电话，又比如说在线看视频等等。但是有些网络应用要求100%可靠的数据传输，包括文件传输。
- 另外一个是关于时间方面的要求，有些应用只有在时延足够低的时候才有效，典型的就是网络电话/网络游戏。
- 第三个方面是关于带宽的要求，某些应用只有在带宽达到最低要求时才有效，比如网络视频，如果带宽比较低的话，就是卡的没法看。而某些应用能够适应任何带宽-弹性应用，像
email。
- Internet提供的传输服务
当我们知道了如何刻画网络应用的需求的时候，我们就可以来看internet提供了什么样的传输服务？Internet提供两类传输服务，TCP服务/UDP服务。
- TCP服务
TCP是一种面向连接的服务，也就是说客户机和服务器两者在进行消息交换之前要建立一个连接，这个连接一旦建立起来就是一个全双工的。TCP是提供可靠的数据传输，它可以把底层的不可靠转变为可靠，能够把数据不丢包、不乱序地传输。TCP还提供了流量控制功能，能够控制发送方不会发送速度过快，超过接收方的处理能力。TCP还提供了拥塞控制，当网络负载过重时，能够限制发送方的发送速度。但是TCP并不提供誓言方面的保障/不提供最小带宽保障。
- UDP服务
UDP服务是无连接的，也不提供可靠的数据传输，也不提供可靠性保障、流量控制、拥塞控制、延迟保障、带宽保障统统都不保证。这种方式给了应用层极大的发挥空间，给力我们掌控数据传输的一种能力。
Web应用
Web最基础的构成是网页，但是只有Web并不会有今天的互联网，另外一个重要的要素是网页之间的互相链接。网页(Web Page)包含多个对象(objects)，对象是HTML文件、JPEG图片、视频文件、动态脚本等。每个网页会有一个基本的HTML文件，在这个文件当中，会包含对其他对象引用的链接。有了这样一个机制，才有了今天的万维网。
在计算机里面，每一个文件都会有一个唯一的路径来区分，互联网上的文件我们也需要对其进行区分，这里就会涉及到对象的寻址(addressing)，也就是Web对象如何来寻址？如何来标识？依靠的是URL(Uniform Resoure Locator，统一资源定位器)。它有一个基本的格式：Scheme://host:port/path。协议+主机+端口号+路径。这样就能够使得所有的资源都有了唯一的标识符。
HTTP协议
Web应用所遵循的协议就是http协议，也叫超文本传输协议(hypertext transfer protocol)。这个协议采用的是客户机服务器架构。客户是浏览器，主要是请求Web对象，接收Web对象，解析Web对象，展示Web对象。另外一端就是服务器，也叫Web Server，能够响应客户的请求，生成响应消息，然后把对象发给客户。
最典型的Web服务器软件就是Apache软件。Http协议也有不同的版本。Http协议所使用的传输层协议是TCP传输协议。
使用TCP传输服务的流程如下：
- 服务器在
80端口等待客户的请求； - 浏览器发起到服务器的
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；
这里要注意：HTTP协议是一个无状态协议，
服务器不维护任何有关客户端过去所发请求的消息。大体上都是使用无状态的协议，有状态的协议往往更复杂，需要维护状态(历史信息)；如果客户或服务器失效，会产生状态的不一致，解决这种不一致代价高。
HTTP连接
Web应用依靠Http协议，Http协议又依赖传输层的TCP协议。在TCP的使用上是有两种不同的使用方法的，我们将其称为不同的HTTP连接类型。1. 非持久性连接(Nonpersistent HTTP)：每个TCP连接最多允许传输一个对象。HTTP早起版本使用的方法。2. 持久性连接(Persistent HTTP)：每个TCP连接允许传输多个对象。
他们之间的区别是什么？二者的工作方式如下图所示：
如果网速比较慢的时候，就会出现先有了网页，然后再加载图片的过程。如果想要对其时间性能进行分析，建立一个简单的时间响应模型来衡量其性能，我们可以对其进行响应时间分析与建模。
开始分析之前先定义一个词，RTT(Round Trip Time)：从客户端发送一个很小的数据包到服务器并返回所经历的时间。那从浏览器开始，一直到最后得到文件，响应时间可以分解为：1. 发起、建立TCP连接：1个RTT；2. 发送HTTP请求消息到HTTP响应消息的前几个字节到达：1个RTT；3. 响应消息中所含的文件/对象传输时间；所以获得一个对象的时间是两倍的RTT+文件发送时间：
上述这种非持久性连接的问题：1. 每个对象需要两个RTT；2. 操作系统需要为每个TCP连接开销资源(overhead)，这对服务器来说是一个很大的负担；3.浏览器会打开多个并行的TCP连接以获取网页所需对象，这个时候给服务器端会造成很大的负担。
改进的办法就是将其改为持久性连接，思路就是发送响应后，服务器保持TCP连接的打开。细分的话又可以分为：1. 无流水(pipelining)的持久性连接：客户端只有收到前一个响应后才发送新的请求。每个被引用的对象耗时1个RTT。2. 有流水机制的持久性连接：HTTP1.1的默认选择，客户端只要遇到一个引用对象就尽快发出请求；理想情况下，收到所有的引用对象只需耗时约一个RTT；
