应用层常用协议及作用

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应用层协议是规定在网络上应用程序之间通信的一组规则和标准。

它们在互联网协议套件的最高层操作,负责端到端通信和用户界面功能。

在本文中,我们将涵盖所有核心通信、与电子邮件相关以及实时通信到系统设计面试中主要使用的文件传输协议的关键应用协议。

理解客户端-服务器模型

首先,让我们了解客户端-服务器模型,这是互联网的基本架构,其中客户端请求资源或服务,而服务器提供它们。

这个模型是网络编程和Web应用程序开发的核心。

当然,服务器也可以与其他服务器通信,而客户端并不总是最终用户;

它通常只是另一个程序寻求数据。

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这些数据传输规则由应用协议设置,规定了数据在网络上如何传输和接收。

核心通信协议

最常见的协议是HTTP,它代表超文本传输协议,建立在TCP/IP之上。

它是一种请求-响应协议,但可以将其想象成一场没有记忆的对话。

每次交互都是分开的,没有对过去的记忆 — 这意味着服务器不存储请求之间的任何上下文;

相反,每个请求包含所有必要的信息。

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请注意,标头包含URL和方法等详细信息,而正文携带请求或响应的内容。

每个响应还包括状态代码,提供有关客户端对服务器的请求结果的反馈。

例如:

  • 2xx 成功代码 表示成功接收和处理请求。
  • 3xx 重定向代码:这表示用户代理需要采取进一步的操作来满足请求。
  • 4xx 客户端错误代码:当请求包含错误的语法或无法满足时使用。
  • 5xx 服务器错误代码:服务器无法满足有效请求。

最常用的HTTP方法包括GET、POST、PUT、PATCH和DELETE。

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WebSockets:Web的活线

HTTP是一种单向连接,通常是从客户端到服务器,但如果我们需要双向连接怎么办?

为了实现实时更新,我们使用WebSockets,它提供了在单个长连接上的全双工通信通道,允许服务器向客户端推送实时更新。

这对于需要持续数据更新而无需重复的HTTP请求-响应循环的应用程序至关重要。

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比如聊天应用、实时体育新闻或股票市场信息,这些场景中活动不停,对话也是如此。

与电子邮件相关的协议

在与电子邮件相关的协议中,SMTP是互联网上的电子邮件传输的标准。

它是在服务器之间发送电子邮件消息的协议。大多数电子邮件客户端使用SMTP发送电子邮件,并使用IMAP或POP3之一检索它们。

  • IMAP(Internet Message Access Protocol):IMAP从服务器检索电子邮件,允许客户端访问和操作消息,就像它们存储在本地一样,这对于需要从多个设备访问电子邮件的用户非常理想。
  • POP3(邮局协议第3版):POP3用于从服务器下载电子邮件到本地客户端,通常在从单个设备管理电子邮件时使用。
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文件传输和管理协议

FTP是通过互联网传输文件的传统协议,通常用于网站维护和大数据传输。

它用于在客户端和服务器之间传输文件,上传文件到服务器或备份文件。

我们还有SSH(安全外壳),用于在不安全的网络上安全地操作网络服务。

它通常用于登录到远程计算机并执行命令或传输文件。

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实时通信协议

我们还有实时通信协议,比如WebRTC,它实现了浏览器对浏览器的应用程序,用于语音通话、视频聊天和文件共享,无需内部或外部插件。

这对于视频会议和实时流媒体等应用程序至关重要。

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一些其他流行的实时通信协议

包括:

  • MQTT(消息队列遥测传输):MQTT是一种轻量级的消息传递协议,适用于处理能力有限且需要低带宽的设备,例如物联网设备。它针对高延迟或不可靠网络进行了优化。
  • AMQP(高级消息队列协议):AMQP是面向消息的中间件的协议,为企业级消息通信提供了强大的稳健性和安全性。例如,它与RabbitMQ等工具一起使用。

什么是RPC?

让我们还谈谈RPC,即远程过程调用,这是一种允许一台计算机上的程序在服务器计算机上执行代码的协议。

它是一种在实际上将过程(方法或函数)调用为本地调用时抽象出网络通信细节的方法。

因此,它抽象了网络通信的细节,使开发人员能够与远程功能无缝交互,就像它们是应用程序的本地功能一样。

许多应用层协议可能使用RPC机制执行其操作。例如:

  • 在Web服务中,HTTP请求可能导致在后端执行RPC调用以处理数据或代表客户端执行操作。
  • SMTP服务器可能在内部使用RPC调用来处理电子邮件消息或与数据库交互。
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总结

当然,还有许多其他应用层协议存在,但这里涵盖的协议是在Web开发中最常用且最重要的。

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