你要问我应用层？我就和你扯扯扯

时间 2020-06-22

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网络应用是计算机网络存在的理由，一批早起的网络应用主要有电子邮件、远程访问、文件传输等，可是随着计算机网络的发展和人类无穷无尽的需求，愈来愈多的网络应用被开发出来，例如即时通信和对等（P2P）文件共享，IP 电话、视频会议等。还有一些多方在线游戏被开发出来如《魔兽世界》等，能够说计算机网络是一切应用演变出来的基础。人要怀有一颗感恩的心，感谢这些前辈的努力，才让咱们如今的生活如此丰富多彩。可是咱们做为程序员，不只要可以享受这些成果，还要知道为何，这样生活才会和谐。php

应用层协议原理

研发网络应用程序的核心是写出可以运行在不一样的端系统和经过网络彼此通讯的程序。例如，在网络应用程序中，有两个互相通讯的不一样程序：一个是运行在用户主机上的浏览器程序；另外一个是运行在 Web 服务器主机上的 Web 服务器程序。html

网络应用程序体系结构

网络应用程序的体系结构(application architecture)主要有两种，一种是 客户-服务器体系结构(client-server architecture) ，在客户-服务器体系结构中，有一个持续打开，等待链接的主机称为服务器，它服务于来自许多其余称为 客户 的主机请求。好比 Web 服务器总会等待来自浏览器（运行在客户主机上）的请求。注意这种客户-服务器体系结构中，客户之间是不会彼此交流信息的，它们只与相应的服务器进行通讯。还有一点是服务器具备固定的 IP 地址。下图显示了这种体系结构git

这种客户-服务器体系结构存在弊端，那就是有的时候服务器的响应跟不上客户请求速度的状况，鉴于此，这种体系结构须要常常配备数据中心(data center)用来建立更强大的服务器。例如搜索引擎(谷歌、Bing和百度)、互联网商店(亚马逊、e-Bay 和阿里巴巴)、基于 Web 的电子邮件(Gmail 和雅虎)、社交网络(脸书、Instagram、推特和微信)，就是用了多个数据中心。程序员

另一种体系结构是 P2P体系结构(P2P architecture)，相对于对数据中心有过多依赖的客户-服务器体系结构，P2P 体系结构则直接经过两台相连的主机直接通讯，这些主机称为对等方。典型的 P2P 体系结构的应用包括 文件共享(BitTorrent)、下载器(迅雷)、互联网电话和视频会议(Skype)，下图显示了 P2P 体系结构图web

P2P 体系结构最重要的一个特性就是它的自扩展性(self-scalability)。例如，在一个 P2P 文件共享的应用中，尽管每一个对等方都因为请求文件产生工做负载，但每一个对等方经过向其余对等方分发文件也为系统增长服务器能力。面试

进程通讯

咱们上面说到了两种体系结构，一种是客户-服务器模式，一种是P2P 对等模式。咱们都知道一个计算机容许同时运行多个应用程序，在咱们看起来这些应用程序好像是同时运行的，那么它们之间是如何通讯的呢？不可能存在同是一个母亲，兄弟俩不交流的状况吧。数据库

用操做系统的术语来讲，进行通讯其实是 进程(process)而不是程序。一个进程能够被认为是运行在端系统中的程序。当多个进程运行在相同的端系统上，它们使用进程间的通讯机制相互通讯。进程间的通讯规则由操做系统来肯定。咱们暂不关心运行在同一主机上不一样应用程序是如何通讯的，咱们主要探讨的目标是不一样端系统中两个进程是如何通讯的。仍是分为两种结构来探讨。编程

客户和服务器进程

网络应用程序由成对的进程组成，这些进程经过网络相互发送报文。例如，在 Web 应用程序中，文件从一个对等方中的进程传输到另外一个对等方中的进程。而在每对通讯的进程中，都会有一对客户(client) 和 服务器(server) 存在。好比咱们上面提到的 Web ，对于 Web 来讲，浏览器是一个客户进程，而 Web 服务器是一台服务器进程。也许你也应该能猜到，在 P2P 体系结构中，一个进程可以扮演两种角色，既是客户又是服务器的状况。可是在实际通讯的过程当中，咱们仍是很容易区分的，咱们一般经过下面这种方式进行区分。浏览器

在一对进程之间的通讯会话场景中，发起通讯（即在会话开始时发起与其余进程的联系）的进程称为客户，在会话开始时等待联系的被称为服务器。缓存

进程与计算机网络之间的接口

计算机是庞大且繁杂的，计算机网络也是，应用程序不可能只有一个进程组成，它一样是多个进程共同做用协商运行，然而，分布在多个端系统之间的进程是如何进行通讯的呢？实际上，每一个进程之间会有一个 套接字(socket) 的软件接口存在，套接字是应用程序的内部接口，应用程序能够经过它发送或接收数据，可对其进行像对文件同样的打开、读写和关闭等操做。套接字容许应用程序将 I/O 插入到网络中，并与网络中的其余应用程序进行通讯。

经过一个实例来简单类比一下套接字和网络进程：进程可类比一座房子，而它的套接字至关因而房子的门，当一个进程想要与其余进程进行通讯时，它会把报文推出门外，而后经过运输设备把报文运输到另一座房子，经过门进入房子内部使用。

下图是一个经过套接字进行通讯的流程图

从图能够看到，Socket 属于主机或者服务进程的内部接口，由应用程序开发人员进行控制，两台端系统之间进行通讯会经过 TCP 的缓冲区经由网络传输到另外一个端系统的 TCP 缓冲区，Socket 从 TCP 缓冲区读取报文供应用程序内部使用。

套接字是创建网络应用程序的可编程接口，所以套接字也被称为应用程序和网络之间的 应用程序编程接口(Application Programming Interface，API)。应用程序开发人员能够控制套接字内部细节，可是没法控制运输层的传输，只能对运输层的传输协议进行选择，还能够对运输层的传输参数进行选择，好比最大缓存和最大报文长度等。

进程寻址

咱们上面提到网络应用程序之间会相互发送报文，那么你怎么知道你应该向哪里发送报文呢？是否是存在某种机制可以让你知道你可以发到哪里？这就比如你要发送电子邮件，你写好了内容可是你不知道发发往哪里，因此这个时候必需要有一种知道对方地址的机制，这种机制可以辨明对方惟一的一个地址，这种地址就是 IP地址。咱们会在后面的文章中详细讨论 IP 地址的内容，目前只须要知道 IP 是一个32比特的量而且可以惟一标示互联网中任意一台主机的地址就能够了。

只知道 IP 地址是否就能够了呢？咱们知道一台计算机可能回运行多个网络应用程序，那么如何肯定是哪一个网络应用程序接受发送过来的报文呢？因此这时候还须要知道网络应用程序的 端口号(port number)。例如， Web 应用程序须要用 80 端口来标示，邮件服务器程序须要使用 25 来标示。

应用程序如何选择运输服务

咱们知道应用程序是属于互联网四层协议的 应用层 协议，而且四层协议必须彼此协助共同完成工做。好了，这时候咱们只有应用层协议，咱们须要发送报文，咱们如何发送报文呢？这就比如你知道目的地是哪里了，你该如何到达目的地呢？是走路，公交，地铁仍是打车？

应用程序发送报文的交通工具的选择也有不少，咱们能够从 数据传输是否可靠、吞吐量、定时和安全性 来考虑，下面是你须要考虑的具体内容。

数据传输是否可靠

咱们以前探讨过，分组在计算机网络中会存在丢包问题，丢包问题的严重性跟网络应用程序的性质有关，若是像是电子邮件、文件传输、远程主机、Web 文档传输的过程当中出现问题，数据丢失可能会形成很是严重的后果。若是像是网络游戏，多人视频会议形成的影响可能比较小。鉴于此，数据传输的可靠性也是首先须要考虑的问题。所以，若是一个协议提供了这样的确保数据交付的服务，就认为提供了 可靠数据传输(reliable data transfer)，可以忍受数据丢失的应用被称为 容忍丢失的应用(loss-tolerant application)。

吞吐量

在以前的文章中咱们引入了吞吐量的概念，吞吐量就是在网络应用中数据传输过程当中，发送进程可以向接收进程交付比特的速率。具备吞吐量要求的应用程序被称为 带宽敏感的应用(bandwidth-sensitive application)。带宽敏感的应用具备特定的吞吐量要求，而 弹性应用(elastic application) 可以根据当时可用的带宽或多或少地利用可供使用的吞吐量。

定时

定时是什么意思？定时可以确保网络中两个应用程序的收发是否可以在指定的时间内完成，这也是应用程序选择运输服务须要考虑的一个因素，这听起来很天然，你网络应用发送和接收数据包确定要加以时间的概念，好比在游戏中，你一包数据迟迟发送不过去，对面都推塔了你还卡在半路上呢。

安全性

最后，选择运输协议必定要可以为应用程序提供一种或多种安全性服务。

因特网可以提供的运输服务

说完运输服务的选型，接下来该聊一聊因特网可以提供哪些服务了。实际上，因特网为应用程序提供了两种运输层的协议，即 UDP 和 TCP，下面是一些网络应用的选择要求，能够根据须要来选择适合的运输层协议。

应用	数据丢失	带宽	时间敏感
文件传输	不能丢失	弹性	不敏感
电子邮件	不能丢失	弹性	不敏感
Web 文档	不能丢失	弹性	不敏感
因特网电话/视频会议	容忍丢失	弹性	敏感，100ms
流式存储音频/视频	容忍丢失	弹性	敏感，几秒
交互式游戏	容忍丢失	弹性	是，100ms
智能手机消息	不能丢失	弹性	无所谓

下面咱们就来聊一聊这两种运输协议的应用场景

TCP

TCP 服务模型的特性主要有下面几种

面向链接的服务

在应用层数据报发送后， TCP 让客户端和服务器互相交换运输层控制信息。这个握手过程就是提醒客户端和服务器须要准备好接受数据报。握手阶段后，一个 TCP 链接(TCP Connection) 就创建了。这是一条全双工的链接，即链接双方的进程均可以在此链接上同时进行收发报文。当应用程序结束报文发送后，必须拆除链接。

可靠的数据传输

通讯进程可以依靠 TCP，无差错、按适当顺序交付全部发送的数据。应用程序可以依靠 TCP 将相同的字节流交付给接收方的套接字，没有字节的丢失和冗余。

拥塞控制

TCP 的拥塞控制并不必定为通讯进程带来直接好处，但能为因特网带来总体好处。当接收方和发送方之间的网络出现拥塞时，TCP 的拥塞控制会抑制发送进程（客户端或服务器），咱们会在后面具体探讨拥塞控制

UDP

UDP 是一种轻量级的运输协议，它仅提供最小服务。UDP 是无链接的，所以在两个进程通讯前没有握手过程。UDP 也不会保证报文是否传输到服务端，它就像是一个撒手掌柜。不只如此，到达接收进程的报文也多是乱序到达的。

下面是上表列出来的一些应用所选择的协议

应用	应用层协议	支撑的运输协议
电子邮件	SMTP	TCP
远程终端访问	Telnet	TCP
Web	HTTP	TCP
文件传输	FTP	TCP
流式多媒体	HTTP	TCP
因特网电话	SIP、RTP	TCP或UDP

应用层协议

如今咱们会探讨一些应用层协议，首先来认识一下什么是应用层协议，应用层协议(application-layer protocol) 定义了运行在不一样端系统上的应用进程如何相互传递报文。

应用层协议会定义

交换的报文类型，如请求报文和响应报文；
各类报文类型的语法，如报文中的各个字段公共详细描述;
字段的语义，即包含在字段中信息的含义；
进程什么时候、如何发送报文及对报文进行响应。

应用层协议分类

域名系统(Domain Name System, DNS)：用于实现网络设备名字到 IP 地址映射的网络服务。
文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)：用于实现交互式文件传输功能。
邮件传送协议(Simple Mail Transfer Protocol, SMTP)：用于实现电子邮箱传送功能。
超文本传输协议(HyperText Transfer Protocol，HTTP)：用于实现 Web 服务。
远程登陆协议(Telnet)：用于实现远程登陆功能。

Web 和 HTTP

Web（World Wide Web）即全球广域网，也就是 URL 为 www 开头的网络，它是 HTTP 协议的主要载体，是创建在 Internet 上的一种网络服务，咱们通常讲的 Web ，其实就是指的 HTTP 协议，HTTP 协议做为 web 程序员必需要掌握并理解的一门协议，有必要好好了解一下。

超文本传输协议能够进行文字分割：超文本（Hypertext）、传输（Transfer）、协议（Protocol），它们之间的关系以下

按照范围的大小协议 > 传输 > 超文本。下面就分别对这三个名次作一个解释。

什么是超文本

在互联网早期的时候，咱们输入的信息只能保存在本地，没法和其余电脑进行交互。咱们保存的信息一般都以文本即简单字符的形式存在，文本是一种可以被计算机解析的有意义的二进制数据包。而随着互联网的高速发展，两台电脑之间可以进行数据的传输后，人们不知足只能在两台电脑之间传输文字，还想要传输图片、音频、视频，甚至点击文字或图片可以进行超连接的跳转，那么文本的语义就被扩大了，这种语义扩大后的文本就被称为超文本(Hypertext)。

什么是传输

那么咱们上面说到，两台计算机之间会造成互联关系进行通讯，咱们存储的超文本会被解析成为二进制数据包，由传输载体（例如同轴电缆，电话线，光缆）负责把二进制数据包由计算机终端传输到另外一个终端的过程（对终端的详细解释能够参考你说你懂互联网，那这些你知道么？这篇文章）称为传输(transfer)。

一般咱们把传输数据包的一方称为请求方，把接到二进制数据包的一方称为应答方。请求方和应答方能够进行互换，请求方也能够做为应答方接受数据，应答方也能够做为请求方请求数据，它们之间的关系以下

如图所示，A 和 B 是两个不一样的端系统，它们之间能够做为信息交换的载体存在，刚开始的时候是 A 做为请求方请求与 B 交换信息，B 做为响应的一方提供信息；随着时间的推移，B 也能够做为请求方请求 A 交换信息，那么 A 也能够做为响应方响应 B 请求的信息。

什么是协议

协议这个名词不只局限于互联网范畴，也体如今平常生活中，好比情侣双方约定好在哪一个地点吃饭，这个约定也是一种协议，好比你应聘成功了，企业会和你签定劳动合同，这种双方的雇佣关系也是一种 协议。注意本身一我的对本身的约定不能成为协议，协议的前提条件必须是多人约定。

那么网络协议是什么呢？

网络协议就是网络中(包括互联网)传递、管理信息的一些规范。如同人与人之间相互交流是须要遵循必定的规矩同样，计算机之间的相互通讯须要共同遵照必定的规则，这些规则就称为网络协议。

没有网络协议的互联网是混乱的，就和人类社会同样，人不能想怎么样就怎么样，你的行为约束是受到法律的约束的；那么互联网中的端系统也不能本身想发什么发什么，也是须要受到通讯协议约束的。

那么咱们就能够总结一下，什么是 HTTP？能够用下面这个经典的总结回答一下： HTTP 是一个在计算机世界里专门在两点之间传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的约定和规范

持久性链接和非持久性链接

HTTP 是可使用持久性链接和非持久性链接的，下面咱们着重探讨一下这两种方式

非持久性链接

咱们首先来探讨一下持久性链接的 HTTP

你是否是很好奇，当你在浏览器中输入网址后，到底发生了什么事情？你想要的内容是如何展示出来的？让咱们经过一个例子来探讨一下，咱们假设访问的 URL 地址为 http://www.someSchool.edu/someDepartment/home.index，当咱们输入网址并点击回车时，浏览器内部会进行以下操做

DNS 服务器会首先进行域名的映射，找到访问www.someSchool.edu所在的地址，而后 HTTP 客户端进程在 80 端口发起一个到服务器 www.someSchool.edu 的 TCP 链接（80 端口是 HTTP 的默认端口）。在客户和服务器进程中都会有一个套接字与其相连。
HTTP 客户端经过它的套接字向服务器发送一个 HTTP 请求报文。该报文中包含了路径 someDepartment/home.index 的资源，咱们后面会详细讨论 HTTP 请求报文。
HTTP 服务器经过它的套接字接受该报文，进行请求的解析工做，并从其存储器(RAM 或磁盘)中检索出对象 www.someSchool.edu/someDepartment/home.index，而后把检索出来的对象进行封装，封装到 HTTP 响应报文中，并经过套接字向客户进行发送。
HTTP 服务器随即通知 TCP 断开 TCP 链接，其实是须要等到客户接受完响应报文后才会断开 TCP 链接。
HTTP 客户端接受完响应报文后，TCP 链接会关闭。HTTP 客户端从响应中提取出报文中是一个 HTML 响应文件，并检查该 HTML 文件，而后循环检查报文中其余内部对象。
检查完成后，HTTP 客户端会把对应的资源经过显示器呈现给用户。

至此，键入网址再按下回车的全过程就结束了。上述过程描述的是一种简单的请求-响应全过程，真实的请求-响应状况可能要比上面描述的过程复杂不少。

上面的步骤举例说明了非持久性链接的使用，其中每一个 TCP 连接都在服务器发送完成后关闭。每一个 TCP 链接只传输一个请求报文和响应报文。

持久性链接的 HTTP

非持久性链接有一些缺点。第一，必须为每一个请求的对象创建和维护一个全新的链接。对于每一个这样的链接来讲，在客户端和服务器中都要分配 TCP 的缓冲区和保持 TCP 变量，这给 Web 服务器带来了严重的负担。由于一台 Web 服务器可能要同时服务于数百甚至上千个客户请求。

在采用 HTTP 1.1 持续链接的状况下，服务器在发送响应后保持该 TCP 链接打开不关闭。在相同的客户与服务器之间，后续的请求和响应报文可以经过相同的链接进行传送。通常来讲，若是一跳链接通过必定的时间间隔（可配置）后仍未使用，HTTP 服务器就应该关闭其链接。

HTTP 报文格式

咱们上面描述了一下 HTTP 的请求响应过程，流程比较简单，可是凡事就怕认真，你这一认真，就能拓展出不少东西，好比 HTTP 报文是什么样的，它的组成格式是什么？ 下面就来探讨一下

HTTP 协议主要由三大部分组成：

起始行（start line）：描述请求或响应的基本信息；
头部字段（header）：使用 key-value 形式更详细地说明报文；
消息正文（entity）：实际传输的数据，它不必定是纯文本，能够是图片、视频等二进制数据。

其中起始行和头部字段并成为 请求头 或者 响应头，统称为 Header；消息正文也叫作实体，称为 body。HTTP 协议规定每次发送的报文必需要有 Header，可是能够没有 body，也就是说头信息是必须的，实体信息能够没有。并且在 header 和 body 之间必需要有一个空行（CRLF），若是用一幅图来表示一下的话，我以为应该是下面这样

咱们使用上面的那个例子来看一下 http 的请求报文

如图，这是 http://www.someSchool.edu/someDepartment/home.index 请求的请求头，经过观察这个 HTTP 报文咱们就可以学到不少东西，首先，咱们看到报文是用普通 ASCII 文本书写的，这样保证人可以能够看懂。而后，咱们能够看到每一行和下一行之间都会有换行，并且最后一行（请求头部后）再加上一个回车换行符。

每一个报文的起始行都是由三个字段组成：方法、URL 字段和 HTTP 版本字段。

HTTP 请求方法

HTTP 请求方法通常分为 8 种，它们分别是

GET 获取资源，GET 方法用来请求访问已被 URI 识别的资源。指定的资源经服务器端解析后返回响应内容。也就是说，若是请求的资源是文本，那就保持原样返回；
POST 传输实体，虽然 GET 方法也能够传输主体信息，可是便于区分，咱们通常不用 GET 传输实体信息，反而使用 POST 传输实体信息，
PUT 传输文件，PUT 方法用来传输文件。就像 FTP 协议的文件上传同样，要求在请求报文的主体中包含文件内容，而后保存到请求 URI 指定的位置。

可是，鉴于 HTTP 的 PUT 方法自身不带验证机制，任何人均可以上传文件 , 存在安全性问题，所以通常的 W eb 网站不使用该方法。若配合 W eb 应用程序的验证机制，或架构设计采用 REST（REpresentational State Transfer，表征状态转移）标准的同类 Web 网站，就可能会开放使用 PUT 方法。
HEAD 得到响应首部，HEAD 方法和 GET 方法同样，只是不返回报文主体部分。用于确认 URI 的有效性及资源更新的日期时间等。
DELETE 删除文件，DELETE 方法用来删除文件，是与 PUT 相反的方法。DELETE 方法按请求 URI 删除指定的资源。
OPTIONS 询问支持的方法，OPTIONS 方法用来查询针对请求 URI 指定的资源支持的方法。
TRACE 追踪路径，TRACE 方法是让 Web 服务器端将以前的请求通讯环回给客户端的方法。
CONNECT 要求用隧道协议链接代理，CONNECT 方法要求在与代理服务器通讯时创建隧道，实现用隧道协议进行 TCP 通讯。主要使用 SSL（Secure Sockets Layer，安全套接层）和 TLS（Transport Layer Security，传输层安全）协议把通讯内容加密后经网络隧道传输。

咱们通常最经常使用的方法也就是 GET 方法和 POST 方法，其余方法暂时了解便可。下面是 HTTP1.0 和 HTTP1.1 支持的方法清单

HTTP 请求 URL

HTTP 协议使用 URI 定位互联网上的资源。正是由于 URI 的特定功能，在互联网上任意位置的资源都能访问到。URL 带有请求对象的标识符。在上面的例子中，浏览器正在请求对象 /somedir/page.html 的资源。

咱们再经过一个完整的域名解析一下 URL

好比 http://www.example.com:80/path/to/myfile.html?key1=value1&key2=value2#SomewhereInTheDocument 这个 URL 比较繁琐了吧，你把这个 URL 搞懂了其余的 URL 也就不成问题了。

首先出场的是 http

http://告诉浏览器使用何种协议。对于大部分 Web 资源，一般使用 HTTP 协议或其安全版本，HTTPS 协议。另外，浏览器也知道如何处理其余协议。例如， mailto: 协议指示浏览器打开邮件客户端；ftp:协议指示浏览器处理文件传输。

第二个出场的是 主机

www.example.com 既是一个域名，也表明管理该域名的机构。它指示了须要向网络上的哪一台主机发起请求。固然，也能够直接向主机的 IP address 地址发起请求。但直接使用 IP 地址的场景并不常见。

第三个出场的是 端口

咱们前面说到，两个主机之间要发起 TCP 链接须要两个条件，主机 + 端口。它表示用于访问 Web 服务器上资源的入口。若是访问的该 Web 服务器使用HTTP协议的标准端口（HTTP为80，HTTPS为443）授予对其资源的访问权限，则一般省略此部分。不然端口就是 URI 必须的部分。

上面是请求 URL 所必须包含的部分，下面就是 URL 具体请求资源路径

第四个出场的是 路径

/path/to/myfile.html 是 Web 服务器上资源的路径。以端口后面的第一个 / 开始，到 ? 号以前结束，中间的每个/ 都表明了层级（上下级）关系。这个 URL 的请求资源是一个 html 页面。

紧跟着路径后面的是 查询参数

?key1=value1&key2=value2 是提供给 Web 服务器的额外参数。若是是 GET 请求，通常带有请求 URL 参数，若是是 POST 请求，则不会在路径后面直接加参数。这些参数是用 & 符号分隔的键/值对列表。key1 = value1 是第一对，key2 = value2 是第二对参数

紧跟着参数的是锚点

#SomewhereInTheDocument 是资源自己的某一部分的一个锚点。锚点表明资源内的一种“书签”，它给予浏览器显示位于该“加书签”点的内容的指示。例如，在HTML文档上，浏览器将滚动到定义锚点的那个点上；在视频或音频文档上，浏览器将转到锚点表明的那个时间。值得注意的是 # 号后面的部分，也称为片断标识符，永远不会与请求一块儿发送到服务器。

更多有关 HTTP1.1 的内容能够参考博主的这三篇博文，我感受已经把 HTTP 讲清楚了

看完这篇HTTP，跟面试官扯皮就没问题了

你还在为 HTTP 的这些概念头疼吗？

震惊 | HTTP 在疫情期间把我吓得不敢出门了

因特网中的电子邮件

自从有了因特网，电子邮件就在因特网上流行起来。与普通邮件同样，电子邮件是一种异步通讯媒介，即人们方便的状况下就能够和他人进行邮件往来，而没必要与他人进行沟通后在发送。现代电子邮件具备许多强大的特性，包括具备附件、超连接、HTML 格式文本和图片的报文。下面是电子邮件系统的整体概览

从图中咱们能够看到它有三个主要组成部分：用户代理(user agent)、邮件服务器(mail server)、和简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol,SMTP)。下面咱们就来描述一下邮件收发的过程。

用户代理容许用户阅读、回复、转发、保存和撰写报文。微软的 Outlook 和 Apple Mail 是电子邮件用户代理的例子。当用户编写完邮件时，他的用户代理向邮件服务器发送邮件，此时用户发送的邮件会放在邮件服务器的外出消息队列(Outgoing message queue)中，当接收方用户想要阅读邮件时，他的用户代理直接从外出消息队列中去取得该报文。

邮件服务器构成了整个邮件系统的核心。每一个接收方在其中的邮件服务器上会有一个邮箱(mailbox) 存在。用户的邮箱管理和维护发送给他的报文。一个典型的邮件发送过程是：从发送方的用户代理开始，传输到发送方的邮件服务器，再传输到接收方的邮件服务器，而后在这里被分发到接收方的邮箱中。用接收方的用户想要从邮箱中读取邮件时，他的邮件服务器会对用户进行认证。若是发送方发送的邮件没法正确交付给接收方的服务器，那么发送方的用户代理会把邮件存储在一个报文队列(message queue)中，并在之后尝试再次发送，一般每30分钟发送一次，若是一段时间后还发送不成功，服务器就会删除报文队列中的邮件并以电子邮件的方式通知发送方。

SMTP 是因特网电子邮件中的主要的应用层协议。SMTP 也使用 TCP 做为运输层协议，保证数据传输的可靠性。

SMTP 协议传输过程

为了描述 SMTP 的基本操做，咱们观察一下下面这种常见的情景。

咱们假设 Alice 想给 Bob 发送一封简单的 ASCII 报文

Alice 调用她的邮件代理程序并提供 Bob 的邮件地址（例如 bob@someschool.edu），编写邮件报文，而后指示用户代理发送该报文
Alice 的用户代理把报文发送给她的邮件服务器，在那里该报文被放在消息队列中。
运行在 Alice 的邮件服务器上的 SMTP 客户端发现了报文队列中的邮件，它就建立一个到运行在 Bob 邮件服务器上的 SMTP 服务器的 TCP 链接
在通过一些初始化 SMTP 握手后，SMTP 客户端经过该 TCP 链接发送 Alice 的邮件。
在 Bob 的邮件服务器上，SMTP 的服务端接收该邮件，Bob 的邮件服务器将邮件放在 Bob 的邮箱中
在 Bob 想要看邮件时，他会调用用户代理阅读该邮件

上面说的邮件其实就是报文，指的就是一系列 ASCII 码，SMTP 传输邮件以前，须要将二进制多媒体数据编码为 ASCII 码进行传输。

SMTP 通常不使用中间邮件服务器发送邮件，即便这两个邮件服务器位于地球的两端也是这样的。TCP 链接一般直接链接 Alice 的邮件服务器和 Bob 的邮件服务器。

如今你知道了两台邮件服务器邮件发送的大致过程，那么，SMTP 是如何将邮件从 Alice 邮件服务器发送到 Bob 的邮件服务器的呢？主要分为下面三个阶段

创建链接：在这一阶段，SMTP 客户请求与服务器的25端口创建一个 TCP 链接。一旦链接创建，SMTP 服务器和客户就开始相互通告本身的域名，同时确认对方的域名。
邮件传送：一旦链接创建后，就开始邮件传输。SMTP 依靠 TCP 可以将邮件准确无误地传输到接收方的邮件服务器中。SMTP 客户将邮件的源地址、目的地址和邮件的具体内容传递给 SMTP 服务器，SMTP 服务器进行相应的响应并接收邮件。
链接释放：SMTP 客户发出退出命令，服务器在处理命令后进行响应，随后关闭 TCP 链接。

下面咱们分析一个实际的 SMTP 邮件发送过程，如下统称为 SMTP客户(C)和 SMTP服务器(S)。客户的主机名为 crepes.fr，服务器的主机名为 hamburger.edu。以 C: 开头的 ASCII 码文本就是客户交给 TCP 套接字的那些行，以 S: 开头的 ASCII 码则是服务器发送给其 TCP 套接字的那些行。一旦建立了链接，就开始了以下过程

S: 220 hamburger.edu
C: HELO crepes.fr
S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you
C: MAIL FROM: <alice@crepes.fr>
S: 250 alice@crepes.fr ... Sender ok
C: RCPT TO: <bob@hamburger.edu>
S: 250 bob@hamburder.edu ... Recipient ok
C: DATA
S: 354 Enter mail, end with "." on a line by itself
C: Do you like ketchup?
C: How about pickles?
C: .
S: 250 Message accepted for delivery
C: QUIT
S: 221 hamburger.edu closing connection

在上述例子中，客户从邮件服务器 crepes.fr 向邮件服务器 hamburger.edu 发送了一个报文 (" Do you like ketchup? How about pickles? ") 。做为对话的一部分，该客户发送了 5 条命令: HELO(是 HELLO 的缩写)、 MAMIL FROM、RCPT TO、DATA 以及 QUIT。这些命令都是自解释的。

什么是自解释，就是不须要再进行解释了，命令本身就能解释本身所要表述的功能。

上面是一个简单的 SMTP 交换过程，包括了链接创建、邮件传送和链接释放三个具体过程

首先创建 TCP 链接、SMTP 调用 TCP 协议的25号端口监听链接请求，而后客户端发送 HELO 指令用来代表本身是发送方的身份，而后服务端做出响应。而后，客户端发送 MAIL FROM 命令，代表客户端的邮件地址是 <alice@crepes.fr> ，服务器以 OK 做为响应，代表准备接收。客户端发送 RCPT TO 代表接收方的电子邮件地址，能够有多个 RCPT 行，即一份邮件能够同时发送给多个收件人。服务器端则表示是否愿意为收件人接收邮件。协商结束后，客户端用 DATA 命令发送信息，结束标志是CRLF.CRLF ，也就是回车换行.回车换行。最后，控制交互的任一端可选择终止会话，为此它发出一个 QUIT 命令，另外一端用命令221响应，表示赞成终止链接，双方将关闭链接。

上述过程当中会涉及几个相似 HTTP 的状态码。250 就表示 OK ，相似 HTTP 的 200。在命令成功时，服务器返回代码250，若是失败则返回代码550（命令没法识别）、451（处理时出错）、452（存储空间不够）、421（服务器不可用）等，354则表示开始信息输入。

SMTP 的报文会有局限性，SMTP 的局限性表如今只能发送 ASCII 码格式的报文，不支持中文、法文、德文等，它也不支持语音、视频的数据。经过 MIME协议，对 SMTP 补充。MIME 使用网络虚拟终端(NVT)标准，容许非ASCII码数据经过SMTP传输。

SMTP 与 HTTP 的对比

HTTP 是咱们学习的第一个应用层协议，SMTP 是咱们学习的第二个应用层协议，那么咱们就对这两个协议进行比对。

这两个协议都用于从一台主机向另外一台主机传送文件：HTTP 从 Web 服务器向 Web 客户端（一般是浏览器）传送文件，SMTP 是从一个邮件服务器向另外一个邮件服务器传送文件（即电子邮件报文）。

这两个协议也会有几个重要的区别

首先，HTTP 是一个 拉协议(pull protocol)，客户端发送请求，请求获取服务端的资源，而后服务端进行响应，把须要下载的文件传输给客户端；而 SMTP 是一个 推协议(push protocol)，SMTP 的客户端会主动把邮件推送给 SMTP 的服务端。
第二个区别是，SMTP 要求每一个报文都采用 7 比特的 ASCII 码格式，若是某报文包含了非 7 比特的 ASCII 自负或二进制数据，则该报文必须按照7比特 ASCII 码进行编码。HTTP 数据则不受这种限制。
第三个区别是如何处理一个既包含文本又包含图形的文档，HTTP 把每一个对象封装到它本身的 HTTP 响应报文中，而 SMTP 则把全部报文对象放在一个报文之中。

DNS 因特网目录服务协议

试想一个问题，咱们人类能够有多少种识别本身的方式？能够经过身份证来识别，能够经过社保卡号来识别，也能够经过驾驶证来识别，尽管咱们有多种识别方式，但在特定的环境下，某种识别方法可能比另外一种方法更为适合。因特网上的主机和人类同样，可使用多种识别方式进行标识。互联网上主机的一种标识方法是使用它的 主机名(hostname) ，如 www.facebook.com、 www.google.com 等。可是这是咱们人类的记忆方式，路由器不会这么理解，路由器喜欢定长的、有层次结构的 IP地址，so，还记得 IP 是什么吗？

IP 地址如今简单表述一下，就是一个由 4 字节组成，并有着严格的层次结构。例如 121.7.106.83 这样一个 IP 地址，其中的每一个字节均可以用 . 进行分割，表示了 0 - 255 的十进制数字。（具体的 IP 咱们会在后面讨论）

然而，路由器喜欢的是 IP 地址进行解析，咱们人类却便于记忆的是网址，那么路由器如何把 IP 地址解析为咱们熟悉的网址地址呢？这时候就须要 DNS 出现了。

DNS 的全称是 Domain Name System,DNS ，它是一个由分层的 DNS 服务器（DNS server）实现的分布式数据库；它仍是一个使得主机可以查询分布式数据库的应用层协议。DNS 服务器一般是运行 BIND(Berkeley Internet Name Domain) 软件的 UNIX 机器。DNS 协议运行在 UDP 之上，使用 53 端口。

DNS 基本概述

与 HTTP、FTP 和 SMTP 同样，DNS 协议也是应用层的协议，DNS 使用客户-服务器模式运行在通讯的端系统之间，在通讯的端系统之间经过下面的端到端运输协议来传送 DNS 报文。可是 DNS 不是一个直接和用户打交道的应用。DNS 是为因特网上的用户应用程序以及其余软件提供一种核心功能。

DNS 一般不是一门独立的协议，它一般为其余应用层协议所使用，这些协议包括 HTTP、SMTP 和 FTP，将用户提供的主机名解析为 IP 地址。

下面根据一个示例来描述一下这个 DNS 解析过程，这个和你输入网址后，浏览器作了什么操做有殊途同归之处

你在浏览器键入 www.someschool.edu/index.html 时会发生什么现象？为了使用户主机可以将一个 HTTP 请求报文发送到 Web 服务器 www.someschool.edu ，会经历以下操做

同一台用户主机上运行着 DNS 应用的客户端
浏览器从上述 URL 中抽取出主机名 www.someschool.edu ，并将这台主机名传给 DNS 应用的客户端
DNS 客户向 DNS 服务器发送一个包含主机名的请求。
DNS 客户最终会收到一份回答报文，其中包含该目标主机的 IP 地址
一旦浏览器收到目标主机的 IP 地址后，它就可以向位于该 IP 地址 80 端口的 HTTP 服务器进程发起一个 TCP 链接。

除了提供 IP 地址到主机名的转换，DNS 还提供了下面几种重要的服务

主机别名(host aliasing)，有着复杂的主机名的主机可以拥有一个或多个其余别名，好比说一台名为 relay1.west-coast.enterprise.com 的主机，同时会拥有 enterprise.com 和 www.enterprise.com 的两个主机别名，在这种状况下，relay1.west-coast.enterprise.com 也称为 规范主机名，而主机别名要比规范主机名更加容易记忆。应用程序能够调用 DNS 来得到主机别名对应的规范主机名以及主机的 IP地址。
邮件服务器别名(mail server aliasing)，一样的，电子邮件的应用程序也能够调用 DNS 对提供的主机名进行解析。
负载分配(load distribution)，DNS 也用于冗余的服务器之间进行负载分配。繁忙的站点例如 cnn.com 被冗余分布在多台服务器上，每台服务器运行在不一样的端系统之间，每一个都有着不一样的 IP 地址。因为这些冗余的 Web 服务器，一个 IP 地址集合所以与同一个规范主机名联系。DNS 数据库中存储着这些 IP 地址的集合。因为客户端每次都会发起 HTTP 请求，因此 DNS 就会在全部这些冗余的 Web 服务器之间循环分配了负载。

DNS 工做概述

DNS 是一个复杂的系统，咱们在这里只是就其运行的主要方面进行学习，下面给出一个 DNS 工做过程的整体概述

假设运行在用户主机上的某些应用程序（如 Web 浏览器或邮件阅读器）须要将主机名转换为 IP 地址。这些应用程序将调用 DNS 的客户端，并指明须要被转换的主机名。用户主机上的 DNS 收到后，会使用 UDP 经过 53 端口向网络上发送一个 DNS 查询报文，通过一段时间后，用户主机上的 DNS 会收到一个主机名对应的 DNS 回答报文。所以，从用户主机的角度来看，DNS 就像是一个黑盒子，其内部的操做你没法看到。可是实际上，实现 DNS 这个服务的黑盒子很是复杂，它由分布于全球的大量 DNS 服务器以及定义了 DNS 服务器与查询主机通讯方式的应用层协议组成。

DNS 最先的一种简单设计只是在因特网上使用一个 DNS 服务器。该服务器会包含全部的映射。这是一种集中式的设计，这种设计并不适用于当今的互联网，由于互联网有着数量巨大而且持续增加的主机，这种集中式的设计会存在如下几个问题

单点故障(a single point of failure)，若是 DNS 服务器崩溃，那么整个网络随之瘫痪。
通讯容量(traaffic volume)，单个 DNS 服务器不得不处理全部的 DNS 查询，这种查询级别多是上百万上千万级
远距离集中式数据库(distant centralized database)，单个 DNS 服务器不可能 邻近 全部的用户，假设在美国的 DNS 服务器不可能临近让澳大利亚的查询使用，其中查询请求势必会通过低速和拥堵的链路，形成严重的时延。
维护(maintenance)，维护成本巨大，并且还须要频繁更新。

因此 DNS 不可能集中式设计，它彻底没有可扩展能力，所以采用分布式设计，因此这种设计的特色以下

分布式、层次数据库

首先分布式设计首先解决的问题就是 DNS 服务器的扩展性问题，所以 DNS 使用了大量的 DNS 服务器，它们的组织模式通常是层次方式，而且分布在全世界范围内。没有一台 DNS 服务器可以拥有因特网上全部主机的映射。相反，这些映射分布在全部的 DNS 服务器上。

大体来讲有三种 DNS 服务器：根 DNS 服务器、 顶级域(Top-Level Domain, TLD) DNS 服务器 和 权威 DNS 服务器 。这些服务器的层次模型以下图所示

假设如今一个 DNS 客户端想要知道 www.amazon.com 的 IP 地址，那么上面的域名服务器是如何解析的呢？首先，客户端会先根服务器之一进行关联，它将返回顶级域名 com 的 TLD 服务器的 IP 地址。该客户则与这些 TLD 服务器之一联系，它将为 amazon.com 返回权威服务器的 IP 地址。最后，该客户与 amazom.com 权威服务器之一联系，它为 www.amazom.com 返回其 IP 地址。

咱们如今来讨论一下上面域名服务器的层次系统

根 DNS 服务器 ，有 400 多个根域名服务器遍布全世界，这些根域名服务器由 13 个不一样的组织管理。根域名服务器的清单和组织机构能够在 https://root-servers.org/ 中找到，根域名服务器提供 TLD 服务器的 IP 地址。
顶级域 DNS 服务器，对于每一个顶级域名好比 com、org、net、edu 和 gov 和全部的国家级域名 uk、fr、ca 和 jp 都有 TLD 服务器或服务器集群。全部的顶级域列表参见 https://tld-list.com/ 。TDL 服务器提供了权威 DNS 服务器的 IP 地址。
权威 DNS 服务器，在因特网上具备公共可访问的主机，如 Web 服务器和邮件服务器，这些主机的组织机构必须提供可供访问的 DNS 记录，这些记录将这些主机的名字映射为 IP 地址。一个组织机构的权威 DNS 服务器收藏了这些 DNS 记录。

通常域名服务器的层次结构主要是以上三种，除此以外，还有另外一类重要的 DNS 服务器，它是 本地 DNS 服务器(local DNS server)。严格来讲，本地 DNS 服务器并不属于上述层次结构，可是本地 DNS 服务器又是相当重要的。每一个 ISP(Internet Service Provider) 好比居民区的 ISP 或者一个机构的 ISP 都有一台本地 DNS 服务器。当主机和 ISP 进行链接时，该 ISP 会提供一台主机的 IP 地址，该主机会具备一台或多台其本地 DNS 服务器的 IP地址。经过访问网络链接，用户可以容易的肯定 DNS 服务器的 IP地址。当主机发出 DNS 请求后，该请求被发往本地 DNS 服务器，它起着代理的做用，并将该请求转发到 DNS 服务器层次系统中。

DNS 缓存

DNS 缓存(DNS caching) 有时也叫作 DNS 解析器缓存，它是由操做系统维护的临时数据库，它包含有最近的网站和其余 Internet 域的访问记录。也就是说， DNS 缓存只是计算机为了知足快速的响应速度而把已加载过的资源缓存起来，再次访问时能够直接快速引用的一项技术和手段。那么 DNS 的缓存是如何工做的呢？

DNS 缓存的工做流程

在浏览器向外部发出请求以前，计算机会拦截每一个请求并在 DNS 缓存数据库中查找域名，该数据库包含有最近的域名列表，以及 DNS 首次发出请求时 DNS 为它们计算的地址。

DNS 记录和报文

共同实现 DNS 分布式数据库的全部 DNS 服务器存储了资源记录(Resource Record, RR)，RR 提供了主机名到 IP 地址的映射。每一个 DNS 回答报文中会包含一条或多条资源记录。RR 记录用于回复客户端查询。

资源记录是一个包含了下列字段的 4 元组

(Name, Value, Type, TTL)

RR 会有不一样的类型，下面是不一样类型的 RR 汇总表

DNS RR 类型	解释
A 记录	IPv4 主机记录，用于将域名映射到 IPv4 地址
AAAA 记录	IPv6 主机记录，用于将域名映射到 IPv6 地址
CNAME 记录	别名记录，用于映射 DNS 域名的别名
MX 记录	邮件交换器，用于将 DNS 域名映射到邮件服务器
PTR 记录	指针，用于反向查找（IP地址到域名解析）
SRV 记录	SRV记录，用于映射可用服务。

DNS 报文

DNS 有两种报文，一种是查询报文，一种是响应报文，而且这两种报文有着相同的格式，下面是 DNS 的报文格式

下面对报文格式进行解释

前 12 个报文是 首部区域，也就是说首部区域有 12 个字节，第一个字段（标识符）是一个 16 比特的数，用于标示该查询。这个标识符会被复制到对查询的回答报文中，以便让客户用它来匹配发送的请求和接受到的回答。标志字段含有若干标志，标志字段表示为 1 比特，它用于指出报文是 0-查询报文仍是 1-响应报文。
问题区域包含着正在进行的查询信息。这个区域包括：1) 名字字段，包含正在被查询的主机名字；2) 类型字段，指出有关该名字的正被询问的问题类型，例如主机地址是与一个名字相关联（类型 A）仍是与某个名字的邮件服务器相关联（类型 MX）。
在来自 DNS 服务器的回答中，回答区域包含了对最初请求的名字的资源记录。上面说过 DNS RR记录是个四元组，并且元组中的 Type 会有不一样的类型。在回答报文的回答区域中能够包含多条 RR，所以一个主机名可以有多个 IP 地址。
权威区域 包含了其余权威服务器的记录
附加区域 包含了其余有帮助的记录。

关于具体 DNS 记录的详细介绍我会出一篇文章专门探讨。

P2P 文件分发

咱们上面探讨的协议 HTTP、SMTP、DNS 都采用了客户-服务器 模式，这种模式会极大依赖老是打开的基础设施服务器。而 P2P 是客户端与客户端模式，对老是打开的基础设施服务器有最小的依赖。

P2P 的全称是 Peer-to-peer, P2P ，是一种分布式体系结构的计算机网络。在 P2P 体系中，全部的计算机和设备都被称为对等体，他们互相交换工做。对等网络中的每一个对等方都等于其余对等方。网络中没有特权对等体，也没有主管理员设备。

从某种意义上说，对等网络是计算机世界中最平等的网络。每一个对等方都相等，而且每一个对等方具备与其余对等方相同的权利和义务。对等体同时是客户端和服务器。

实际上，对等网络中可用的每一个资源都是在对等之间共享的，而无需任何中央服务器。P2P 网络中的共享资源能够是诸如处理器使用率，磁盘存储容量或网络带宽等。

P2P 用来作什么

P2P 的主要目标是共享资源并帮助计算机和设备协同工做，提供特定服务或执行特定任务。如前面说到的，P2P 用于共享各类计算资源，例如网络带宽或磁盘存储空间。可是，对等网络最多见的例子是 Internet 上的文件共享。对等网络很是适合文件共享，由于它们容许链接到它们计算机等同时接收文件和发送文件。

BitTorrent 是 P2P 使用的主要协议。

P2P 网络的做用

P2P 网络具备一些使它们有用的特征

很难彻底掉线，即便其中的一个对等方掉线，其余对等方仍在运行并进行通讯。为了使 P2P（对等）网络中止工做，你必须关闭全部对等网络。对等网络具备很强的可扩展性。添加新的对等节点很容易，由于你无需在中央服务器上进行任何中央配置。
当涉及到文件共享时，对等网络越大，速度越快。在 P2P 网络中的许多对等点上存储相同的文件意味着当某人须要下载文件时，该文件会同时从多个位置下载。

视频流和内容分发网

因特网视频

在流式存储视频应用中，最基础的媒体是预先录制的视频例如电影、电视节目、录制好的体育事件或者用户生成的视频。这些预先录制好的视频会放置在服务器上，用户按需向服务器发送请求来观看视频。许多因特网公司如今提供流式视频，这些公司包括 Netflix、YouTube 、亚马逊和优酷等。

视频式一系列的图像，一般会以一种恒定的速率（如每秒 24 或 30 张图像）来展示。一幅未压缩、数字编码的图像由像素阵列组成，其中每一个像素又一些比特编码来表示亮度和颜色。视频的一个重要特征是它可以被压缩、于是可用比特率来权衡视频质量。

HTTP 流和 DASH

在 HTTP 流中，视频只是存储在 HTTP 服务器中的一个文件，每一个文件有特定的 URL。当用户想要看视频时，客户与服务器建立一个 TCP 链接并发送该 URL 的 HTTP GET 请求。服务器则以底层网络协议和流量条件容许的尽量快的速率，在一个 HTTP 响应中发送该文件视频。

尽管 HTTP 流在实践中已经获得普遍部署，可是它由严重缺陷，即全部客户接收到相同编码的视频，可是对于客户而言，带宽时动态变化的，在不一样的时间，带宽大小有很大不一样。这种状况致使了一种新型 HTTP 流的研发，它经常被称为 经 HTTP 的动态适应性流(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP, DASH)。在 DASH 中，视频编码为几个不一样的版本，每一个版本对应不一样的比特率。

DASH 容许客户使用不一样的以太网接入速率流失播放具备不一样编码速率的视频。使用 3G 链接的客户可以接受一个低比特率的版本，使用光纤可以接受高比特率的版本。

使用 DASH 后，每一个视频版本存储在 HTTP 中，每一个版本都有一个不一样的 URL。HTTP 服务器也会有一个 告示文件(manifest file)，为每一个版本提供了一个 URL 及其比特率。

内容分发网

现现在，许多因特网视频公司日复一日地向数以百万计的用户按需分发每秒数兆比特的流。对于一个因特网视频公司，或许提供流式视频服务最为直接的方法是创建一个单一的超大规模的数据中心。在数据中心内部存储全部视频，而后把视频返回到全世界范围内的客户。这种方式存在三个问题

若是客户远离数据中心，服务器到客户的分组将跨越许多通讯链路并可能经过不少 ISP，形成通讯延迟
流式视频可能通过相同的链路发送了许屡次，形成带宽和资源浪费。
单点问题，若是单一结点故障，这多是灾难性的。

为了应对向分布于去啊按时接的用户分发巨量视频数据的挑战，几乎全部主要的视频流公司都利用 内容分发网(Content Distribution Network, CDN)。 CDN 管理分布在多个地理位置上的服务器，在它的服务器上存储视频副本，而且全部试图将每一个用户请求定向到一个提供最好用户体验的 CDN 位置。那么服务器如何选址呢？事实上有两种服务器安置原则

深刻，它的主要目标是靠近用户，经过减小端用户和 CDN 集群之间链路和路由器的数量，从而改善了用户感觉的时延和吞吐量。
邀请作客，这个原则是经过在少许（例如 10 个）关键位置建造大集群来邀请 ISP 来作客，与深刻设计原则相比，邀请作客设计一般产生较低的维护和管理开销。

CDN 能够是专用 CDN(private CDN), 即它由内容提供商本身所拥有；另外一种 CDN 是 第三方 CDN(third-party CDN)，它表明多个内容提供商分发内容。

CDN 分发过程

上面咱们探讨了一下 CDN 的选址过程，那么 CDN 是如何工做的呢？

当用户主机中的一个浏览器指令检索一个特定的视频（由 URL 标识）时，CDN 必须可以截获请求，来进行下面的操做

肯定此时适用于该客户的 CDN 服务器集群
将客户的请求重定向到集群中的某台服务器上

大多数 CDN 利用 DNS 协议来截获和重定向请求。

下面是 CDN 的具体工做流程

假设一个内容提供商 NetCinema ，雇用了第三方 CDN 公司 KingCDN 来向它的客户分发视频。在 NetCinema 的 Web 网页上，它的每一个视频都被指派了一个 URL，该 URL 包括了字符串 video 以及视频自己的标识符。下面要访问 http://video.netcinema.com/6Y7B23V ，它的工做过程以下

用户访问位于 NetCinema 的 Web 网页
当用户点击连接 http://video.netcinema.com/6Y7B23V 时，该用户主机发送了对于 video.netcinema.com 的 DNS 请求
用户本地 DNS 服务器(LDNS， Local DNS) 将该 DNS 请求中继到一台用于 NetCinema 的权威 DNS 服务器，该服务器观察到主机名 video.netcinema.com 中的字符串 video。为了将该 DNS 请求移交给 KingCDN，NetCinema 权威 DNS 服务器并不返回一个 IP 地址，而是向 LDNS 返回一个 KingCDN 域的主机名，如 a1105.kingcdn.com
今后时起，DNS 请求就会进入 KingCDN 专用 DNS 基础设施，用户的 LDNS 则发送第二个请求，此时是对 a1105.kingcdn.com 的 DNS 请求，KingCDN 的 DNS 系统最终向 LDNS 返回 KingCDN 内容服务器的 IP 地址。因此正是这里，在 KingCDN 的 DNS 系统中，指定了 CDN 服务器，客户将可以从这台服务器接收它的内容
LDNS 向用户主机转发内容服务 CDN 节点的 IP 地址
一旦客户收到 KingCDN 内容服务器的 IP 地址，它与具备该 IP 地址的服务器建立一条 TCP 链接，而且发出对该视频的 HTTP GET 请求。若是使用了 DASH，服务器将首先向客户发送具备 URL 列表的告示文件，每一个 URL 对应视频的每一个版本，而且客户将动态的选择来自不一样版本的块。

CDN 的集群选择策略

任何 CDN 的部署，其核心是 集群选择策略(cluster selection strategy)，即动态的将客户定向到 CDN 中某个服务器集群或数据中心的机制。一种简单的策略是指派客户到 地理上最为临近(geographically closest) 的集群。这种选择策略忽略了时延和可用带宽随因特网路径时间而变化，老是为特定的客户指派相同的集群；还有一种选择策略是 实时测量(real-time measurement)，该机制是基于集群和客户之间的时延和丢包性能执行周期性检查。

文章参考

《计算机网络-自顶向下方法》

https://baike.baidu.com/item/应用层协议/3668945?fr=aladdin

https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP

https://baike.baidu.com/item/WEB服务器/8390210?fr=aladdin

https://baike.baidu.com/item/内容分发网络/4034265

https://baike.baidu.com/item/HTML/97049?fr=aladdin

https://www.jianshu.com/p/3dd8f1879acb

DNS原理及其解析过程

https://en.wikipedia.org/wiki/Decentralised_system

https://en.wikipedia.org/wiki/Domain_Name_System

https://www.lifewire.com/what-is-a-dns-cache-817514

https://blog.csdn.net/tianxuhong/article/details/74922454

https://www.omnisecu.com/tcpip/what-is-dns-resource-record.php

https://www.digitalcitizen.life/what-is-p2p-peer-to-peer