2. Application Layer

可供使用的运输服务

可靠数据传输/容忍丢失
吞吐量
定时
安全性

HTTP

HyperText Transfer Protocol

端口 80/8080/3128/8081/9080, TCP

术语
无状态	每个事务都独立进行
用户代理进程	发起请求的客户进程
源服务器	期望得到资源的所在服务器（如Web服务器）
代理服务器（Web 缓存）	转发的代理：安全中介，不同版本的HTTP
网关	安全中介，非HTTP服务器
隧道
非持续连接	每个请求/响应单独发送
持续连接	单独 TCP 连接

请求报文

GET /somedir/page.html HTTP/1.1
Host: www.someschool.edu
Connection: close
User-agent: Mozilla/5.0
Accept-language: fr

[Entity-Body]

请求行(get, head, post, delete, put)
通用首部
请求首部
实体首部
实体主体 = Transfer-Encoding(Content-Encoding(Content-Type(Data)))

条件 GET：更新 Web 缓存

响应报文

HTTP/1.1 200 OK
Connection: close
Date: Tue, 24 Dec 2019 18:10:05 CST
Server: Apache/2.2.3 (CentOS)
Last-Modified: Tue, 24 Dec 2019 18:05:05 CST
Content-Length: 6821
Content-Type: text/html

[Entity-Body]

状态行
通用首部
响应首部
实体首部
实体主体

状态码分类
Informational	请求已被接受，响应无伴随实体
Successful	请求成功接受，有实体 (300)
Redirection	要完成这个请求，需要执行进一步动作 (301)
Client Error	请求无法被实现或有语法错误 (400,404)
Server Error	(505)

通用首部

Cache-Control：缓存机制
Connection
Date: 数据生成的日期和时间
Forworded
Keep-alive
MIME-version
Pragma
Upgrade

RFC 6265

响应报文中 cookie 首部行
请求报文中 cookie 首部行
用户端系统 cookie 文件
Web 站点的后端数据库

电子邮件

因特网邮件体系结构(RFC 5598)

MUA(Message User Agents)
- Alice 调用邮件代理程序提供 Bob 邮件地址，发送报文
MSA(Message Submission Agent)
- 邮件代理发给邮件服务器，放在报文队列中
MTA(Message Transfer Agent)
- SMTP 客户端发现报文，建立到 Bob 邮件服务器的 TCP 连接
MTA(Message Transfer Agent)
- 连接成功，发送报文
MDA(Message Delivery Agent)
- 放入邮箱中
MS(Message Store)
- 通过 POP/IMAP 阅读报文
MUA

SMTP

RFC 821, RFC 5321, 简单邮件协议

端口 25, TCP
报文
- 报文首部： RFC 822/ RFC 5322 首部（报文的一部分）
- 不能传输二进制对象，不能传输各国语言文本，可能拒绝超过一定长度的报文

Date: Mon, 10 Mar 2008 10:37:17(EDT)
From: "William Stallings"<ws@host.com>
Subject: xxxx
To: Simith@Other-host.com
Cc: Jones@Yet-Another-Host.com

Hello, World!

实验

telnet smtp.163.com 25
HELO 163.com
auth login
MAIL FROM <xxx@163.com>
RCPT TO <xxx@xx.com>
DATA
QUIT

MIME

Multipurpose Internet Mail Extensions

添加5个在 RFC 822 首部中出现的报文首部字段

首部字段
MIME-Version	必选	1.0
Content-Type	必选	报文主题包含的数据
Content-Transfer-Encoding	必选	报文主体的转换类型
Content-ID	可选	唯一标识 MIME 报文实体
Content-Description	可选	主体对象的简单描述

传送编码
7比特	所有数据都是短行ASCII字符
8比特	每一行都短，但可能是非ASCII
二进制
x-token	非标准编码
quoted-printable	如果编码的数据大多数是ASCII文本，编码后基本可读
base64

quoted-printable
- 普通的8比特标识法：字符使用等号加两位数字
- 文字表示法：除=，33~126内字符都使用 ASCII 字符形式表示
- 空白：除行尾空格，9，32的八位组表示制表符和空格；行尾空白用普通的8比特标识法表示，解码时删除
- 换行：RFC 822换行（即回车+换行组合）
- 软换行：编码后行大于76，在第75个位置或此前插入一个软换行（3D0D0A 等于加回车换行符）
base64(radix-64)
- 65个可打印字符组成，其中之一用于填充，共64有效字符
- 每6比特为一组，映射到一个字符

POP3

Post Office Protocol - Version 3, RFC 1939

端口 110，TCP
认证状态->事务状态->更新状态
实验

telnet pop3.163.com
user xxx
pass xxx
list
retr x

IMAP

Internet Mail Access Protocol, IMAP4,RFC 3501

端口 143, TCP
客户端可以有多个远程邮箱，可以检索
可以为邮件下载指定规则
可以将副本复制到客户端

DNS

Domain Name System, RFC 1034,1035

端口 53, UDP
DNS
- 一个分层的 DNS 服务器(运行BIND软件)实现的分布式数据库
- 一个是主机可以查询分布式数据库的应用层协议
域名：从右到左，从顶向下
- 根 DNS 服务器
- Top-Level Domain DNS 服务器
  - 互联网名称与数字地址分配机构(ICANN)：顶级名管理
  - Educause: edu
  - Verisign Global Registry Services: com
- 权威 DNS 服务器
  - 登记注册机构(registrar)
    - Nework Solution (1999)
- 本地 DNS 服务器：ISP
资源记录(RR)格式

域名(Name)	类型(Value)	类别(Type)	生存时间(TTL)	Rdata字段长度	Rdata
		资源记录类型			描述资源

资源记录类型	描述
A	一个主机地址，将一个系统名字映射为 IP
AAAA	同A，用于 IPv6
CNAME	指定一个主机的别名，将其映射为其规范名字
HINFO	主机信息
MINFO	将一个邮箱或邮件列表名映射为主机名
MX	邮件交换，使邮件和Web服务器使用相同主机名
NS	域名服务器
PTR	域名指针
SOA
SRV
TXT
WKS

域名查询
- 用户程序请求某个域名的 IP 地址
- 本地主机汇总的解析模块箱同一个域中的本地域名服务器提出请求
- 若在则返回，否则查询其它可用域名服务器，得到后保存在高速缓存
- 用户程序得到 IP 地址或出错警告报文
服务器等级：根级，顶级域，二级域，子域
- 根级 .
  - IPv4: A~M 13个
  - IPv6: 25个（雪人计划）
服务器类别
- 权威DNS：保存相应域名信息
- 递归DNS(local DNS)：缓存+递归的查询根、顶级域、二级域直到获得结果返回用户
  - 公共DNS：对外一个IP，为所有用户提供公共的递归查询服务
- 转发DNS：如果本地的缓存记录中没有相应域名结果时，其将查询请求转发给另外一台DNS服务器
查询方式
- 递归查询
- 迭代查询
DNS 报文
- 首部区 (12 bytes)
  - 标识符
  - Query/Response
  - Opcode
  - Authoritative Answer
  - Truncated：若是，则使用TCP重新请求
  - Recursion Desired
  - Recursion Avabilable
  - Response Code
  - QDcount: 询问区中表项数
  - ANcount: 回答区中表项数
  - NScount: 管理机构区中表项数
  - ARcount: 附加记录表项数
- 询问区
  - 域名
  - 查询类型
  - 查询类别
- 回答区：包含回答的资源记录
- 管理机构区：指向一个权威域名服务器
- 附加记录区

BitTorrent

P2P协议

洪流(torrent): 参与一个特定文件分发的所有对等放
追踪器(tracker)
最稀缺优先技术：针对没有的块在邻居中决定最稀缺的块
疏通(unchoked): 最高速流入的4个邻居
分布式散列表 DHT

视频流

DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)
- 视频编码为多个版本，对于不同质量水平
- 告示文件
CDN(Content Distribution Network，内容分发网)
- 安置原则
  - 深入
  - 邀请做客
- CDN 操作：DNS 截获和重定向请求
- 集群选择策略
  - 地理上最为邻近
  - 实时测量

因特网电话

时延抖动：一次会话汇总分组经历的时延变化的最大值
常见的实时通信量
- 连续的数据源
- 断续源：具有沉默间隙的话音源
- 变化的分组尺寸：压缩的视频源
软实时应用：容忍部分数据的丢失
硬实时应用：不允许丢失
VoIP：基于 IP 的网络传输话音

SIP 会话发起协议 (RFC 3261)

客户：发送 SIP 请求，接受 SIP 响应的网络元素
服务器：接受请求，提供服务的网络元素
SDP 会话描述协议：描述会话内容
- 媒体流
- 地址
- 端口
- 载荷类型
- 开始和结束时间
- 发起者

RTP 实时运输协议 (RFC 3550)

实时分布式应用：一个源点以恒定速率生成数据流，而在一个或多个终点上必须以相同恒定速率想某个应用交付该数据
适用于软实时通信
应用级组帧
综合层处理
- 相邻层可以紧耦合，实现这可以通过此在这些层之间自由地实现特定的功能

RTP 数据传输协议

一次会话由以下元素定义：RTR端口号，RTCP端口号，参与者的IP地址
RTR 中继类型
- 混合器
- 转换器

Version	Padding *	Extension	CSRC Count	Marker	Payload Type	Sequence Number	Timestamp	Synchronization Source Identifier	Contributing Source Identifier
2bits	1	1	4	1	7	16	32	32	32n
2	尾部是否有填充八位组	是否有扩展首部	CSRC 数量		RTP 格式(RFC 3551)			唯一标识符	标识出载荷的贡献源，由混合器提供

RTCP RTP控制协议

功能
- QoS 和拥塞控制
- 标识
- 会话大小的预估和裁剪
- 会话控制
分组类型
- 发送方报告
- 接收方报告
- 源描述
- BYE
- 特定于应用的分组

其它协议

mDNS: 多播 DNS，端口 5353，UDP，UPnP
- 作用在一个局域网内，特定 IP 244.0.0.251
- 实现局域网内服务发现
SSDP（Simple Service Discovery Protocol，简单服务发现协议）:
- 在局域网中发现设备
NBNS (NetBIOS Name Server): 端口 137, UDP
LLMNR (链路本地多播名称解析): 使得双方的IPv4和IPv6的主机来执行名称解析为同一本地链路上的主机
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