應用層協議原理

網絡核心設備並不在應用層上起作用，而僅在較低層起作用，特別是位於網絡層及下面層次。這種基本設計，也即將應用軟件限制在端系統的方法，促進了大量的網絡應用程序的迅速研發和部署。

一、網絡應用程序的體系結構

1. 客戶 - 服務器體系架構 (client-server architecture)
   有一個總是打開的主機稱為服務器，服務來自其他許多稱為客戶的主機的請求；客戶相互之間不直接通信。
   常常會出現一台單獨的服務器主機跟不上所有客戶請求的情況。為此，配備大量主機的數據中心常被用於創建強大的虛擬服務器。
   
2. P2P體系結構 (P2P architecture)
   對位於數據中心的專用服務器有最小的（或着沒有）依賴。應用的程序在間斷連接的主機對之間使用直接通信，這些主機被稱為對等方。
   目前許多流行的、流量密集型的應用都是P2P體系結構的。包括文件共享、因特網電話、IPTV。
   某些應用具有混合的體系結構。對於許多即時訊息應用而言，服務器被用於跟蹤用戶的IP地址，但用戶到用戶的報文在用戶主機之間直接發送。
   P2P應用具有自擴展性 (self-scalability)，也是成本有效的。但未來P2P應用面臨三個挑戰：
   
   1. ISP友好。ISP受制於“非對稱”帶寬應用，下載要比上載多得多。
      
   2. 安全性。 P2P是高度開放和分布的。
   3. 激勵。 需要說服用戶自願向應用提供帶寬、存儲和計算資源。
      

二、進程通信

在操作系統術語中，進行通信實際上是進程 (process)。

1. 客戶和服務器進程
   網絡應用程序由成對的進程組成，這些進程通過網絡互相發送報文。
2. 進程和計算機網絡之間的接口
   進程通過一個稱為套接字 (socket) 的軟件接口向網絡發送報文和從網絡接收報文。
   
   套接字是同一台主機內應用層與運輸層之間的接口。由於套接字是建立網絡應用程序的可編程接口，因此套接字也被稱為應用程序和網絡之間的應用程序編程接口。
   應用程序開發者可以控制套接字在網絡層的一切，但對該套接字的運輸層端幾乎沒有控制權。
3. 進程尋址
   為了標識進程的地址，需要兩個信息：
   
   1. 主機的地址，即IP地址
      
   2. 主機中進程的標識符，即端口號
      

三、運輸層服務

可以從四個方面來考察運輸層協議對應用層程序提供的服務。

1. 可靠數據傳輸
   如果一個協議提供了確保數據交付服務，就認為提供了可靠數據傳輸 (reliable data transfer)。
   當一個運輸層協議不提供可靠數據傳輸時，由發送進程發送的某些數據可能不能夠到達接收進程。這可能能被容忍丟失的應用 (loss-tolerant application) 所接受，最值得注意的是多媒體應用。
2. 吞吐量
   可用吞吐量就是發送進程能夠向接收進程交付比特的速率，該可用吞吐量將隨時間波動。這導致另一種自然的服務，即運輸層協議能夠以某種特定的速率提供確保的可用吞吐量，該協議能夠確保可用吞吐量總是至少r比特/秒。
   具有吞吐量要求的應用程序被稱為帶寬敏感的應用 (bandwidth-sensitive application)，許多當前的多媒體應用是帶寬敏感度。
   彈性應用 (elastic application) 能夠根據情況或多或少地利用可供使用的吞吐量。電子郵件、文件傳輸以及Web傳送都屬於彈性應用。
3. 定時
   一個保證的例子如：發送方注入進套接字中的每個比特到達接收方的套接字不遲於100ms。這些服務對交互式實時應用程序有吸引力。
   因特網電話中，較長的時延會導致會話出現不自然的停頓；在游戲中，較長的時延使得它失去真實感。

4. 安全性
   運輸協議可以提供一種或多種安全性服務。

   SSL不是與TCP和UDP在相同層次上的第三種因特網運輸協議，它是對TCP的加強，這種強化是在**應用層**上實現的。