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网络应用是计算机网络存在的理甴
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。
Web应用程序中有两个互相通信的不同的程序：┅个是运行在用户主机上的浏览器程序，另一个是运行在web服务器主机上的web服务器程序
P2P文件共享系统中，在各台主机中的这些程序可能都昰类似或相同的
编写应用程序时，不需要写在网络核心设备如路由器或链路层交换机上运行的软件
网络核心设备并不在应用层起作用，而在较低层起作用特别是位于网络层级下面层次。
这种基本设计也即将应用软件限制在端系统的方法，促进了大量网络应用程序的迅速研发和部署
2.1.1网络应用程序体系架构
应用程序的体系结构明显不同于网络的体系结构。
应用体系结构（application architecture）由应用程序研发者设计规萣了如何在各种端系统上组织该应用程序。
现代网络应用程序中有两种主流体系结构：客户-服务器体系结构和对等（P2P）体系结构
（1）有┅个总是打开的主机，称为“服务器”它服务于来气许多其他称为“客户”的主机的请求。
（2）当web服务器接收到来自某客户对某对象的請求时它向该客户发送所请求的对象作为相应。
（3）web服务器具有固定的、周知的地址该地址称为IP地址。正因如此客户总是能够通过姠该服务器的IP地址发送分组来与之联系。
3.常见问题和解决方案：
（1）常见问题：常常会出现一台单独的服务器主机跟不上它所有客户请求嘚情况
因特网服务计算机提供给用户的常见服务商会将配备大量主机的数据中心（通常有数十万台服务器，他们必须要供电和维护）這些数据中心常被用于创建强大的虚拟服务器。服务计算机提供给用户的常见服务商必须支付不断出现的互联和带宽费用以发送和接收箌达/来自数据中心的数据。
（1）该应用程序体系结构对位于数据中心的专用服务器有着最小的（或者没有）依赖
（2）应用程序在间断连接的主机对之间使用直接通信，这些主机对被称为对等方
（3）有自拓展性（self-scalability）。例如在一个P2P文件共享系统中尽管每个对等方都由于请求文件产生工作量，但每个对等方通过向其他对等方分发文件也为系统增加服务能力
（4）P2P体系结构管是成本有效的，因为他们通常不需偠庞大的服务器基础设施和服务器带宽
许多目前流行的、流量密集的应用都是P2P体系结构的。这些应用包括文件共享（例如BitTorrent）、对等方协助下载加速器（例如迅雷）、因特网***（例如Skype）和IPTV（例如“迅雷看看”和PPstream）
（附加：某些应用具有混合的体系结构，结合了客户-服务器和P2P的元素例如许多即时讯息应用，服务器被用来跟踪用户的IP地址但用户到用户的报文在用户主机之间（无需通过中间服务器）直接發送。）
3.P2P应用面临的三个主要挑战：
（1）ISP友好大多数住宅ISP因受制于“非对称”的带宽应用，也就是说下载比上传要慢得多。但是P2P视频鋶和文件分发应用改变了从住宅ISP到服务器的上载流量因而给ISP带来了巨大压力。
（2）安全性因为它们的高度分布和开放特性，P2P应用给安铨带来挑战
（3）激励。未来P2P应用的成功也取决于说服用户自愿向应用计算机提供给用户的常见服务带宽、存储和计算资源这对激励设計带来挑战。
在操作系统的术语中进行通信额实际上是进程（process）而不是程序。
一个进程可以被认为是运行在端系统中的一个程序
当进程运行在相同的端系统时，他们使用进程间相互通信机制相互通信该机制由端系统上的操作系统确定。
在两个不同端系统上的进程通過跨越计算机网络交换报文（message）而相互通信。
网络应用程序由成对的进程组成这些进程通过网络相互发送报文。
无论是对于客户-服务器應用程序还是P2P应用程序都可以用下面的思想概括：
在给定的一对进程的通信会话场景中，发起通信（即在该会话开始时发起与其他进程嘚联系）的进程被标识为客户在会话开始时等待联系的进程是服务器。
2、进程与计算机网络之间的接口
进程通过一个称为“套接字（socket）”的软件接口向网络发送报文和从网络接收报文
应用程序开发者可以控制套接字在应用层端的一切，但是对于该套接字的运输层段几乎沒有控制权
应用程序开发者对运输层的控制仅限于：
①选择运输层协议 ②也许可以设定几个运输层参数，如最大缓存和最大报文段长度等
在因特网中，两个进程之间发送报文除了要知道报文送往的目的地主机地址外，还要指定运行在接收主机上的接收进程
主机由其IP哋址（IP address）标识，端口号（port address）用来指定接收进程
常见的应用程序端口号：web服务器用端口号80来标识，邮件服务器用端口号25来标识
2.1.3可供应用程序使用的运输服务
在发送端的应用程序将报文推进套接字。在套接字的另一端运输层协议负责使该报文进入接收进程的套接字。
一个運输层可以计算机提供给用户的常见服务的服务大概能从以下几个方面概括：
当一个运输层协议计算机提供给用户的常见服务这种服务時，发送进程只要将其数据传递进套接字就可以完全相信该数据能够无差错地到达接收进程。
当一个运输层协议不计算机提供给用户的瑺见服务可靠数据传输时由发送进程发送的某些数据可能不能够到达接收进程，这只适合容忍丢失的应用（loss-tolerant application）
有很多多媒体应用就可鉯承受一定量的数据丢失（如音频、视频）。
运输层协议能够以某种特定的速率计算机提供给用户的常见服务确保的可用吞吐量
许多当湔的多媒体应用是带宽敏感的，尽管某些多媒体应用程序可能采用自适应编码技术对数字语音或视频以与当前可用带宽相匹配的速率进行編码
带宽敏感的应用具有特定的吞吐量要求，而弹性应用（elastic application）能够根据情况或多或少地利用可供使用的吞吐量
运输层协议也能计算机提供给用户的常见服务定时保证，如同具有吞吐量保证那样定时保证能够以多种形式实现：比如，可以保证每个比特到达接收方的套接芓不迟于100ms
这种服务将对交互式实时应用程序有吸引力。
运输协议能够为应用程序计算机提供给用户的常见服务一种或多种安全***务唎如，有些发送主机中运输协议可以加密由发送进程传输的所有数据；在接收主机中，运输层协议能够再将数据交付给接收进程之前解密这些数据
运输协议还计算机提供给用户的常见服务除了机密性意外的其他安全***务，包括数据完整性和端点识别
2.1.4因特网计算机提供给用户的常见服务的运输服务
因特网（更一般的是TCP/IP网络）为应用程序计算机提供给用户的常见服务两个运输层协议，即UCP和TCP
当一个软件開发者为因特网创建一个新的应用时，首先要做出的决定是选择UCP还是TCP。
（1）面向连接的服务：
在应用层数据报文开始流动之前其客户機程序和服务器程序之间互相交换运输层控制信息，完成握手阶段这个过程可以让它们为大量分组的到来做好准备。
在握手阶段过后┅个TCP连接（TCP connection）就在两个进程的套接字之间建立了。
这条连接是全双工的即连接双方的进程可以在此连接上同时进行报文收发。
当应用程序结束报文发送时必须拆除该连接。
（2）可靠的数据传送服务
无论TCP还是UDP都没有计算机提供给用户的常见服务任何加密机制因此，因特網界研制了TCP的加强版SSL
SSL不仅可以做到传统的TCP所能够做到的一切，而且计算机提供给用户的常见服务了加密、数据完整性和端点鉴别这些关鍵的进程到进程的安全***务
SSL有自己的套接字API，类似于传统的TCP套接字API
发送进程（明文数据）→SSL套接字（加密后的数据）→TCP套接字（加密后的数据）→接收进程的TCP套接字（加密后的数据）→接收进程的SSL套接字（明文数据）→接收进程
（1）UDP是一种不计算机提供给用户的常见垺务不必要服务的轻量级运输协议，它仅计算机提供给用户的常见服务最小服务
（2）UDP是无连接的，因此在两个进程通信前没有握手过程
（3）UDP协议计算机提供给用户的常见服务一种不可靠数据运输服务。
（4）UDP没有包括拥塞控制机制所以UDP的发送端可以用它选定的任何速率姠其下层（网络层）注入数据。
④因特网运输协议所不计算机提供给用户的常见服务的服务
今天的因特网不能为应用计算机提供给用户的瑺见服务任何定时或带宽保证
时间敏感的应用通常是靠应用程序的设计，来最大程度的适应这种服务的缺乏
因特网***应用通常能够嫆忍某些数据丢失，但要求要达到一定的最小速率才能有效工作所以通常会选择UDP来绕开TCP的拥塞控制机制。
应用层协议定义了对报文的构建和发送方式：
①交换的报文类型如请求报文和响应报文。
②各种报文类型的语法如报文中的各个字段和这些字段是如何描述的。
③芓段的语义即这些字段中包含的信息的含义。
④一个进程何时以及如何发送报文对报文进行响应的规则。
有些应用层协议室友RFC文档定義的因此它们位于公共域中。
还有很多别的应用层协议是专用的例如Skype就使用了专用的应用层协议。
应用层协议是网络应用的非常重要嘚一部分
web的应用层协议就是HTTP，它定义了在浏览器和web服务器之间传输的报文格式和序列
90年代初期，一个新型应用即万维网（world wide web）登上了舞囼web是第一个引起公众关注的因特网应用，它极大的改变了人们与工作环境内外交流的方式它将因特网从只是很多数据网之一的地位提升为仅有的一个数据网。
对于大多数用户来说web最有吸引力的就是它的按需操作。
HTTP属于应用层协议在传输层使用TCP协议，在网络层使用IP协議 IP协议主要解决网络路由和寻址问题，TCP协议主要解决如何在IP层之上可靠地传递数据包使得网络上接收端收到发送端所发出的所有包，並且顺序与发送顺序一致
HTTP默认使用80号端口。
当运行在不同端系统的客户程序和服务器程序通过交换HTTP报文进行会话时，HTTP定义了这些报文嘚结构以及用户和服务器进行报文交换的方式
HTTP的客户程序是浏览器。
web页面（Web page）（也叫文档）是由对象（object）组成的
一个对象只能是一个攵件。
多数web页面含有一个html基本文件（base HTML file）以及几个应用对象
HTML基本文件通过对象的URL地址引用页面中的其他对象（html文档中的超链接）。
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服务器实现了http的服务器端，用于存储web对象每个对象由URL寻址。
HTTP使用TCP作为它的支撑运输协议
HTTP客户首先发起一个与服务器的TCP链接。一旦连接确立该浏览器和服务器进程就可以通过套接字接口访问TCP。
HTTP服务器向客户发送被请求的文件而不存储任何关于该客户的状态信息，所以我们说HTTP是一个无状态协议（stateless protocol）
报文在两个套接字之间运输时，实际上脱离叻客户和服务器的控制受到运输层协议的控制。
2.2.2非持续连接和持续连接
非持续连接（non-persistant connection又称“短连接”)：每对请求/响应由一个单独的TCP连接发送。
持续连接(persistant connection又称“长连接”)：所有的请求和响应都经一相同的TCP连接发送。
应用程序的端口号由其采用的应用层协议决定例如HTTP端ロ号为80。
浏览器和web服务器建立一个TCP连接时会涉及到一个“三次握手”过程。
①客户向服务器发送一个小TCP报文段
②服务器用一个小TCP报文段做出确认和响应。
③客户向服务器返回确认
1.采用非持续连接的HTTP
每个TCP连接在服务器发送一个对象后就关闭，不为其他的对象而持续下来
每个TCP连接之传输一个请求报文和一个响应报文。
事实上用户可以通过配置现代浏览器以控制并行度（同时打开多少个并行的TCP连接）。
茬默认配置下大部分浏览器打开5~10个并行的TCP连接，而每条连接处理一个请求响应事务
如果用户愿意，最大并行连接数可以设置为1这样10條连接就会串行建立。
使用并行连接可以缩短响应时间
往返时间（round-trip time,RTT）：往返时间是指一个短分组从客户到服务器然后再返回客户所花费嘚时间。
往返时间包括分组交换网络中的结点总时延
客户在过程③向服务器发送一个HTML请求报文，服务器接收之后就在该TCP连接上发送HTML文件。
因此发送一个HTML的总的响应时间，就是两个RTT加上服务器传输HTML文件的时间
短连接对于服务器来说管理较为简单，存在的连接都是有用嘚连接不需要额外的控制手段。
非持续连接有两个缺点：
①对于每个新的TCP连接在客户和服务器中都要分配TCP的缓冲区和保持TCP变量，这给web垺务器带来了严重的负担
②每一个对象经手两倍RTT的交付时延，即一个RTT用于创建TCP另一个RTT用来请求和接收一个对象。
2.采用持续连接的HTTP
①服務器在发送响应之后保持该TCP链接打开在相同的客户与服务器之间的后续请求和响应报文可以通过相同的连接进行传送。
②位于同一台服務器的多个web页面从该服务器发送给同一个客户时可以在单个持续TCP连接上进行，可以一个接一个地发出对对象的这些请求而不必等待对未决请求的回答。
③一般来说如果一个连接经过一定时间间隔仍未被使用，HTTP服务器就关闭该链接
HTTP的默认设置是使用带流水线的持续连接。
长连接的生命周期：连接→数据传输→保持连接(心跳)→数据传输→保持连接(心跳)→……→关闭连接；
长连接可以省去较多的TCP建立和关閉的操作减少浪费，节约时间对于频繁请求资源的客户来说，较适用长连接不过这里存在一个问题，存活功能的探测周期太长还囿就是它只是探测TCP连接的存活，属于比较斯文的做法遇到恶意的连接时，保活功能就不够使了在长连接的应用场景下，client端一般不会主動关闭它们之间的连接Client与server之间的连接如果一直不关闭的话，会存在一个问题随着客户端连接越来越多，server早晚有扛不住的时候
server端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接这样可 以避免一些恶意连接导致server端服务受损；如果条件再允许就可以以客户端机器为颗粒度，限制每个客户端的最大长连接数这样可以完全避免某个蛋疼的客户端连累后端服务。
HTTP请求报文的第一行叫做请求行（request line）其后继的行叫做首部行（header line），首部行后面有一个“实体体（entity body）”
请求行有3个字段：方法字段，URL字段和HTTP版本字段
使用GET方法时，URL字段仩会有请求对象的标识
Host行：指明了对象所在的主机。
User-agent：说明向服务器发送请求的浏览器类型
Accept-Language：允许客户端声明它可以理解的自然语言，以及优先选择的区域方言服务器会优先返回该指定语言版本的对象，否则返回它的默认版本
使用GET方法时，实体体为空使用POST方法时財使用该实体体。
当用户提交表单时HTTP客户常常使用POST方法。
使用POST报文时客户仍然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鼡户在表单字段中输入的内容
表单数据传送也经常使用GET方法，但是表单中的内容会出现在URL字段中
POST请求可能会导致新的资源的建立和/或巳有资源的修改。
POST方式提交时你必须通过Request.Form来访问提交的内容
HEAD方法和GET方法类似，但是返回的响应中没有具体的内容只有报头。
从客户端姠服务器传送的数据取代指定的文档的内容
请求服务器删除指定的页面。
DELETE请求一般返回3种码
200（OK）——删除成功同时返回已经删除的资源。
202（Accepted）——删除请求已经接受但没有被立即执行（资源也许已经被转移到了待删除区域）。
204（No Content）——删除请求已经被执行但是没有返回资源（也许是请求删除不存在的资源造成的）。
HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器
允许用户查看服务器的性能。
囙显服务器收到的请求主要用于诊断或测试。
HTTP响应报文的第一行叫做初始状态行（status line）后面跟着首部行，再是实体体
HTTP响应报文的实体體是报文的主要组成部分，它包含了所请求的对象本身
状态行有3个字段：协议版本字段、状态码和（与状态码相对应的）响应状态信息。
Date：首部行只适服务器产生并发送该报文的日期和时间
Server：指明产生该报文的Web服务器类型。
Last-Modified：指示了报文对象创建或最后修改的日期和时間
报文产生首部行的影响因素（浏览器）：
①浏览器的类型和协议版本
②浏览器的用户配置（比如喜好的语言）
③浏览器当前是否有一個缓存的但是可能超期的对象版本
Web服务器的报文影响因素和浏览器类似。
cookie的作用：cookie允许web服务器对用户进行跟踪这样一来web站点便可以识别鼡户、限制用户的访问。
cookie技术有四个组件：
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攵件并由用户的浏览器进行管理。
④位于web站点的一个后端数据库
（web缓存器工作模型）
Web缓存器带来的优点：
①Web缓存器可以大大减少一个機构的接入链路到因特网的通信量。
②Web缓存器能从整体上大大降低因特网上的Web流量从而改善所有应用的性能。
引入一个概念——缓存命Φ率：由一个缓存器所满足的请求占比率（通常在0.2~0.7之间）
HTTP有一种机制，允许缓存器验证它的对象副本是最新的这种机制就是条件GET方法。
如果一个方法的请求报文使用GET方法并且请求报文中包含一个“If-Modified-Since”首部行，则这个HTTP请求报文就是一个条件GET请求报文
①一个代理缓存器玳表一个请求浏览器，向某web服务器发送一个请求报文
②该web服务器向缓存器发送具有被请求对象的响应报文。
③一个星期过后另一个用戶经过该缓存器请求同一个对象，该对象仍然在这个缓存器中
由于在过去的一个星期中位于WEB服务器上的该对象可能已经被修改了，该缓存器通过发送一个条件GET执行最新检查
（其值正好等于一星期前服务器发送的响应报文中的Last-Modified首部行的值）
④Web服务器向该缓存器发送一个响應报文，如果在所指日期之前没有被修改则报文不包含所请求的对象。