计算机网络课件：5_8_3 应用程序体系结构与应用层协议

1、第八章 应用层第三节 应用程序体系结构与应用层协议 面对复杂的互联网结构，研究者必须遵循网络体系结构研究中“分而治之”的分层结构思想，在解决过程中对复杂网络进行简化和抽象。在各种简化和抽象方法中，将互联网系统分为边缘部分与核心交换部分是最有效的方法之一。一、 互联网端系统与核心交换的基本概念互联网应用研发时，研究重点在应用系统的体系结构、应用层的协议及协议交互、软件编程技术上。而网络环境中进程如何通信，及更低层数据如何传输等交由传输层、网络层及底层协议去完成，研发者的任务是如何合理的利用传输层提供的服务，而不必去关心底层是怎样提供这些服务的；将互联网抽象为边缘部分与核心交换部分的结构示意图核心

2、交换部分-包括由大量路由器互联的广域网、城域网和局域网；互联网边缘部分-主要包括大量接入互联网的主机和用户设备；边缘部分利用核心交换部分所提供的数据传输服务功能，使得接入互联网的主机之间能够相互通信和共享资源。端系统的概念边缘部分的用户设备称为端系统（end system）；端系统是能够运行FTP应用程序、E-mail应用程序、Web应用程序，或P2P文件共享程序、Skype即时通信应用程序的计算机，又被统称为主机（host）；在未来的网络应用中，端系统的主机类型将从计算机扩展到所有能够接入互联网的设备。应用程序体系结构的概念网络应用程序运行在端系统，核心交换部分为应用程序进程通信提供服务；应

3、用程序体系结构（application architecture）的概念使得网络应用系统的设计开发过程变得容易和规范。应用程序体系结构的概念网络应用程序体系结构研究的是:运行在端系统应用层的软件结构网络应用程序研发者在设计新的应用时，只需考虑核心交换部分能够提供的服务，不必关心核心交换部分内路由器、交换机等低层设备和通信协议软件的编程问题。在应用程序体系结构的分类中使用的客户/服务器（C/S）的术语对于理解系统结构是有利的，但是与应用进程间相互作用模式容易产生混淆；在TCP/IP协议体系中，进程之间相互作用采用的是客户/服务器模式；在客户/服务器模式中，客户与服务器分别表示相互通信的两个应用程

4、序进程。二、应用进程间相互作用模式进程通信中的客户/服务器模式进程通信中C/S工作模式的特点服务器进程在固定的IP地址和熟知的端口号上一直处于打开状态；客户端进程根据用户需要，在访问服务器时打开；客户端之间不能够直接通信；服务器集群（server farm）构成虚拟服务器；一台服务器可以提供多种网络服务功能；进程通信中P2P工作模式的特点P2P应用程序体系结构分为：纯P2P模式P2P与C/S混合模式纯P2P模式的应用程序体系结构特点所有的结点地位是平等的，以对等的方式直接通信；P2P工作模式的最大优点是信息共享的灵活性与系统的可扩展性。在一个P2P文件共享应用程序中，可以有数以百万计的对等结点

5、加入，每个结点即可以作为一个客户端，也可以起到服务器的作用。P2P与C/S的混合模式随着P2P规模的扩大，很多P2P应用实际上采用P2P与C/S的混合模式；典型的软件Napster：共享的MP3文件在两个对等结点之间直接传输，而提出共享请求的结点需通过一个“查询服务器”找到当前打开的对等结点的地址；目前大量使用的P2P即时通信程序，如QQ 也采用P2P与C/S的混合模式。三、网络应用与应用层协议应用层协议规定应用程序进程之间通信所遵循的通信规则。应用层协议的基本内容：交换报文的类型，如请求报文与应答报文；各种报文格式与包含的字段类型；对每个字段意义的描述；进程在什么时间、如何发送报文，以及如何

6、响应。Recall: 网络应用 分为三个阶段（类别）基本的网络服务基于web的网络服务新的网络服务应用层协议的类型四、网络应用对低层提供服务的要求传输层协议是在主机的操作系统控制下，为应用程序提供确定的服务。应用程序的开发者将根据网络应用的实际需求来决定采用何种传输层协议（TCP or UDP?）以及主要的技术参数；传输层的服务质量（QoS）表现在：可靠性、带宽与延时等方面。五、网络应用系统对传输层协议的选择TCP协议可以提供的服务支持可靠的面向连接服务首先建立TCP连接，每个报文均需确认支持字节流传输服务流（stream）相当于管道支持全双工服务数据双向流动选择TCP协议时需要注意的问题TCP协议的拥塞控制机制是通过抑制/限制每个TCP连接的数据发送量来达到公平使用网络带宽；对于有最低带宽限制的实时视频应用来说，抑制传输速率会造成严重的影响；TCP协议不能保证最小传输速率和最小传输延时实时视频应用应该选择UDP协议。UDP协议能够提供的服务UDP是一种无连接、不可靠的传输层协议目标是以最小的开销实现网络通信UDP协议没有提供拥塞控制机制可用任意的速率发送数据报UDP协议不提供最小延时保证。应用层协议与传输层协议的关系网络应用类型应用