网络应用的体系结构

客户机/服务器结构

• 搜索引擎
• 因特网商务（亚马逊、e-bay和 阿里巴巴）
• 基于Web的电子邮件

• 社交网络（脸书、微信、推特、ins）

  纯P2P结构

  

• 流行的、流量密集型的应用

• 文件共享（如BitTorrent）
• 对等放协助下载加速器（如迅雷）
• 因特网电话
• 视频会议

  混合结构

  

网络进程间通信

套接字: Socket

如何寻址进程？

应用层协议

应用层协议的内容

网络应用对传输服务的需求

Internet提供的传输服务

选择的网络应用的要求

练习

题1 网络概述

• 答案为AC

  题2 应用层概述

  

• 答案为ACD

Web应用

Web与HTTP

HTTP协议

• 使用TCP传输服务
  • 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

• 无状态(stateless)

  • 服务器不维护任何有关客户端过去所发请求的信息

    非持久性连接

• 每个TCP连接最多允许传输一个对象

• HTTP 1.0版本使用非持久性连接

响应时间分析与建模

持久性HTTP

方法的类型

HTTP请求消息

HTTP响应消息

HTTP响应状态代码

Cookie技术

为什么需要Cookie？

Cookie技术

Cookie的组件

Cookie的作用

Web缓存/代理服务器技术

功能

为什么要发明这种技术？

Web缓存/代理服务器

Web缓存示例

• 解决方案1

• 解决方案2

条件性GET方法

练习

题1 Web应用

• 答案ABD

  题2 HTTP协议

  

• 答案为CD；解析：一个网页嵌有10个图片，即对于非持续连接要产生10+1个TCP连接和请求，共11*2=22个RTT；对于无流水的持续连接，只需一次TCP连接，每个引用的对象耗时1个RTT，共2+10=12个RTT;对于有流水的持续连接，理想情况下收到所有的引用对象只需要耗时1个RTT，共2+1=3个RTT。

  题3 Cookie和Web缓存

  

• 答案：AD；解析：Web缓存服务器通常放在离客户端比较近的地方

  题4 关于WWW服务，以下哪种说法是错误的（D）

  A．WWW服务采用的主要传输协议是HTTP
  B．WWW服务以超文本方式组织网络多媒体信息
  C．用户访问Web服务器可以使用统一的图形用户界面
  D．用户访问Web服务器不需要知道服务器的URL地址
  HTTP是WWW客户机和WWW服务器之间的应用层传输协议；页面采用超文本方式对信息进行组织。用户可以使用统一的图形用户界面访问Web服务器，但用户访问Web服务器的时候需要知道服务器的URL地址。

  题5 根据你在应用层、运输层中所学的知识，请介绍在HTTP中，为了提高传输效率，可以采取哪些有效的措施?

  解：①并行连接：http允许客户端打开多条连接，并行地执行多个http的事务。②持久连接：建立一条持久化的连接，不需要每次都建立连接在中断。③管线化连接：允许在持久连接上可选地使用请求管道，即建立一个队列，将http事务请求放到队列中，一条一条发送而无需等待前面的响应结果。（流水线机制）

Email应用

Email应用的构成

SMTP协议

SMTP是因特网电子邮件的核心

SMTP交互示例

SMTP协议 vs HTTP协议？

Email消息格式

多媒体扩展

邮件访问协议

POP协议

IMAP协议

练习

题1 Email

• 答案为AD；B可能是因为发送的是报文？

  题2 电子邮件系统由哪些部分构成？解释各部分的作用

• 用户代理:

用户代理允许用户阅读、回复、转发、保存和撰写报文。邮箱代理向邮件服务器发送报文，当另一方需要阅读报文时，用户代理再在邮件服务器中取得报文。

• 邮件服务器:

邮件服务器时电子邮件体系结构的核心，每个用户在某个邮件服务器上有一个邮箱。服务器运行相应的协议，完成用户邮件的转发、接收、存储邮件。用户也可通过服务器浏览相应的电子邮件。
网络中运行相应网络协议，负责发送和接收用户电子邮件的服务器。
a.邮件交换服务器:这个服务器运行SMTP协议,完成用户邮件的转发工作;
b.邮件接收服务器:这个服务器类型运行POP或IMAP协议,接收电子邮件并进行存储,用户通过这个服务器可以浏览相应的电子邮件.

• 简单的邮件传输协议smtp:

smtp是因特网电子邮件中主要的应用层协议，使用tcp可靠数据传输服务，从发送方的邮件服务器向接收方的邮件服务器发送邮件，主要用于系统之间的邮件信息传递，并提供有关来信的通知。

DNS概述

DNS服务

分布式层次式数据库

DNS根域名服务器

DNS查询示例

迭代查询

递归查询

例题

DNS记录

DNS协议与消息

练习

题1 DNS

• 答案AC

  题2 假设你在浏览某网页时点击了一个超链接，URL为“https://www.kicker.com.cn/index.html”，且该URL对应的IP地址在你的计算机上没有缓存；文件index.html引用了8个小图像。域名解析过程中，无等待的一次DNS解析请求与响应时间记为RTTd，HTTP请求传输Web对象过程的一次往返时间记为RTTh。请回答下列问题：

  1）你的浏览器解析到URL对应的IP地址的最短时间是多少？最长时间是多少？
  解：浏览器解析到URL对应的IP地址的最短时间是：在主机没有缓存的情况下，本地DNS服务器有该域名的IP地址缓存，则最短时间为 RTTd；在主机没有缓存，且使用递归查询的情况下，本地local DNS 服务器就会将该DNS请求发给Root DNS服务器，然后Root DNS服务器将DNS请求发给顶级域名服务器TLD,然后顶级域名服务器TLD将该DNS请求发给权威域名服务器，权威域名服务器找到DNS请求的IP地址后按原路一层一层返回请求，最长时间为 (4+1)RTTd = 5RTTd。
  2）若浏览器没有配置并行TCP连接，则基于HTTP1.0获取URL链接Web页完整内容（包括引用的图像，下同）需要多长时间（不包括域名解析时间，下同）？
  解：第一次建立TCP连接用掉一个RTTh，获取Html文件用掉一个RTTh；
  　　因为是非持久连接，所以每次传输文件都要重新打开TCP连接，用掉一个RTTh，后面还有8个小图像，就需要打开8次TCP连接，同时有8次传输小图像所用8个RTTh，综上，共计：1RTTh+1RTTh+8RTTh+8RTTh=18RTTh。
  3)若浏览器配置5个并行TCP连接，则基于HTTP1.0获取URL链接Web页完整内容需要多长时间？
  解：一开始建立TCP连接，获得index.html文件2个RTTh。然后由图像地址信息，在2轮并行处理下完成8个图像的加载工作。22个RTTh。
  答: 2 + 4 = 6 RTTh。（两轮是指：因为每次5个并行TCP连接，一共有8个小图像，第一次传输5个，第二次传输剩余的3个，所以为2轮。而每轮都要打开一次TCP连接用了1个RTTh，又同时传输图像用了一个RTTh，所以为2轮*2个RTTh=4RTTh，）
  4)若浏览器没有配置并行TCP连接，则基于非流水模式的HTTP1.1获取URL链接Web页完整内容需要多长时间？基于流水模式的HTTP1.1获取URL链接Web页完整内容需要多长时间？
  答: 无流水: 1RTTh（TCP持久连接）+ 1RTTh（1次html内容获取）+ 8RTTh（8个图像传输时间） = 10RTTh。有流水: 1RTTh（TCP持久连接）+ 1RTTh （1次html内容获取）+ 1RTTh（8个图像传输时间）= 3RTTh。

  P2P应用：原理与文件分发

  客户机/服务器 vs. P2P

  从一个服务器向N个节点分发一个文件需要多长时间?

  

  客户机/服务器

  

• 我们可以看到，对足够大的N。客户-服务器分发的时间由NF/us确定。

  P2P

  

  客户机/服务器 vs. P2P: 例子

  

  BitTorrent

  
  
  

  集中式索引

  

  集中式索引的问题

  

  洪泛式查询: Query flooding

  
  

  层次式覆盖网络

  

  练习

  题1 P2P

  

• 答案为ABC

  题2 考虑向N个对等方（用户）分发F=15Gb的一个文件。该服务器具有us=30Mbps的上传速率，每个对等方的下载速率di=2Mbps，上传速率为u。请分别针对客户-服务器分发模式和P2P分发模式两种情况，对于N=10、100和1000以及u=500kbps、1Mbps和2Mbps的每种组合，绘制最小分发时间图表。（注：k=10^3、M=10^6、G=10^9）

  
  
  
  

  SOCKET编程

  Socket API函数

  socket

  

  Socket面向TCP/IP的服务类型

  

  Closesocket

  

  bind

  

  listen

  

  connect

  

  accept

  

  send, sendto

  

  recv, recvfrom

  

  setsockopt, getsockopt

  

  Socket API函数小结

  
  

  关于网络字节顺序

  

  Socket编程-客户端软件设计

  解析服务器IP地址

  

  解析服务器（熟知）端口号

  

  解析协议号

  

练习

题1 socket编程

• 答案为ABD

  题2

  

• 答案为对

  题3

  

• 答案为BC

  题4 编写一个socket通信程序，客户端获取服务端的日期时间，提交两端（客户端和服务器端）代码

  echo_client.py: ```python

  -- coding: utf-8 --

  “”” Created on Mon Apr 6 22:37:47 2020

@author: wht990309 “”” ‘’’run echo_client.py —port=9090’’’ import socket import argparse

host=’localhost’

def echo_client(port):

#Create a TCP/IP socket
sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#Connect the socket to the server
server_address=(host,port)
print("Connecting to %s port % s" %server_address)
sock.connect(server_address)
#send data
try:
    message="Test message.This will be echoed"
    print("Sending %s" % message)
    sock.sendall(message.encode())
    #Look for the response
    data=sock.recv(2048)
    print(data)
    server_time=sock.recv(2048)
    print(server_time)
except socket.error as e:
    print("Socket error: %s" %str(e))
except Exception as e:
    print("Other exception: %s" %str(e))
finally:
    print("Closing connection to the server")
sock.close()

if name==’main‘: parser=argparse.ArgumentParser(description=’Socket Server Example’) parser.add_argument(‘—port’,action=”store”,dest=”port”,type=int,required=True) given_args=parser.parse_args() port=given_args.port echo_client(port)

echo_server.py:
```python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Fri Apr  3 11:49:36 2020
@author: wht990309
"""
'''编写一个简单的回显客户端/服务器应用'''
'''run echo_server.py --port=9090'''
import socket
import argparse
import time
host='localhost'
data_payload=2048
backlog=5
def echo_server(port):
    '''A simple echo server'''
    #Create a TCP socket
    sock=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    #Enable reuse address/port
    sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
    #Bind the socket to the port
    server_address=(host,port)
    print("Starting up echo server on %s port %s" %server_address)
    sock.bind(server_address)
    #Listen to clients, backlog argument specifies the max no.of queued connections
    sock.listen(backlog)
    while True:
        print("Waiting to receive message from client")
        '''accept()接受一个客户端的连接请求，并返回一个新的套接字'''
        client,address=sock.accept()
        data=client.recv(data_payload)
        if data:
            print("Data: %s" %data)
            client.send(data)
            print("sent %s bytes back to %s" %(data,address))
            '''格式化时间戳为标准格式'''
            '''%y 两位数的年份表示（00-99）
            %Y 四位数的年份表示（000-9999）
            %m 月份（01-12）
            %d 月内中的一天（0-31）
            %H 24小时制小时数（0-23）
            %I 12小时制小时数（01-12） 
            %M 分钟数（00=59）
            %S 秒（00-59）'''
            server_time='Server time:'+time.strftime('%Y.%m.%d %H:%M:%S',time.localtime(time.time()))
            client.send(server_time.encode())
            print("sent %s to %s" %(server_time,address))
            #end connection
            client.close()
if __name__=='__main__':
    parse=argparse.ArgumentParser(description='Socket Server Example')
    parse.add_argument('--port',action="store",dest="port",type=int,required=True)
    given_args=parse.parse_args()
    port=given_args.port
    echo_server(port)