CS144 ⅤApplication Layer

Network Address Translation(NAT)

NAT 的作用是暴露一个公共的IP，外部流量想访问内网时会先经过NAT，然后NAT把流量转发给对应的内网主机。这样就不用每个设备都占用一个公共的IP了，但这也产生了新的问题，NAT后的IP都是NAT来管理并分配的，外网怎么能拿到NAT后的IP并发起连接呢?

现在A在NAT后面，B想访问A，但是现在NAT中没有B到A的映射，自然无法访问到A。此时就需要rendezvous service，图中的R提供rendezvous service，首先A和B都会在R中注册。如果B想连接A，它会先想R发出请求，然后R携带着B的地址向A发出请求，A再来反向连接到B，以此来建立A和B之间的连接。

如果A，B都在NAT后面，A、B想要连接彼此都需要先找R，R做中继来转发A、B的流量。

HTTP

HTTP协议即超文本传输协议，那么什么是超文本？超文本指的是一个文档格式，使得我们可以把一些格式和内容信息放到一个文档中。超文本由ASCII字符构成。

HTTP Request Format

HTTP会携带请求的方法（GET、POST…），应用于该方法的URL，HTTP版本。中间的空白是空格。左箭头意味着回到该行的开头，下箭头意味着进入下一行。

request本身可以有一个或多个header，一个header占一行，每一个header都是以header field name、value这样的顺序排列。

header部分结束后是一个空行，紧接着就是request body。如果是GET请求自然body是空的，但是HTTP支持多种请求比如发POST的时候body就会被填充成你需要发送的数据。

HTTP Response Format

Response和Request的结构相似，首行是HTTP版本，状态码，状态码的描述。比如200 OK、404 Not Found等。Response的header也是可以有一个或多个，然后空行，最后是Response body。

这里补充一点，有一个Header叫if-Modified-Sinces它的值是一个时间戳，表明从此时起这个页面就没被修改过了。假如有一个response返回304这意味着这个页面没被修改过，现在看到的页面实际上来自浏览器缓存，而不是从服务器拿来的数据。

HTTP 1.0

HTTP 1.0做的事情非常简单，支持GET请求，客户端发送请求后做出相应，最后关闭连接。如果想再次请求则得再次重复三次握手建立连接。

HTTP 1.0的问题在于如果返回的网页中含有多个媒体资源，那客户端得多次请求服务端返回媒体资源，这意味着多次握手与挥手，同时因为TCP的发送窗口一开始是很小的，而HTTP每次连接传输的内容又比较少，TCP窗口还没有增长到链路的极限时数据就发送完了，造成链路的利用率低下。

HTTP 1.1

HTTP 1.1会携带一个Header告诉服务器是否应该在相应后保持连接（当然，是否在相应后保持连接由服务器决定）。response会包含一个Connection header，通过它来告知客户端服务器想做什么。如果服务器决定keep-alive这个连接，那么keep-alive这个header将会告诉客户端连接会保持多久。现在，客户端可以利用一个连接发送更多request。

SPDY

SPDY是谷歌开发的新协议，思想是异步的返回所需的资源，如果有的资源相应得很慢，可以先把能响应的资源的返回给客户端，而不是像以前一样等所有资源都就位了才打包发送。

BitTorrent

BitTorrent采用去中心化的思想，客户端得到文件不再是从单一服务器中获得了，而是从其他客户端中取得。为了使单个客户端能并行从多个客户端获取文件，BitTorrent把文件分解成多个块，当一个客户端下载了一个块时，会通知其他客户端，这样其他客户端就可以从那里下载了。这样相互协同的客户端集群被称为swarms。

Torrent Files

BitTorrent把文件分成N块，每块256KB或者更大，规定这个大小是为了确保TCP流传输文件时能让TCP窗口增长到一个可以充分利用链路的大小，BitTorrent也会把块再分成子块，这样就可以向拥有这一个块的多台机器来发送请求以此来降低延迟。块也是检查文件完整性的一个单位，一个torrent包含每个块的SHA1码。

关于这文件完整性，这里有一个故事。2006年HBO发行了一部新剧《Rome》。当时有几个不同的torrents可以用来下载这部剧，它们中的每一个都有着很大的swarm，但是大家发现无论如何都利用这几个torrent来下剧，原因是在swarm中有一些速度极快的peer（这会导致其他client优先从这个peer中下载块），但是这些peer提供的块的哈希是不匹配的。所以其他client从这些peer中下载块后，然后发现哈希不对，扔掉这个块，然后再请求这个peer，一直重复这个过程。大量的client进入这个无尽循环。有说法是HBO设置了这些peer，为的是防止盗版。现在client可以设置黑名单，如果一个peer提供的块是损坏的那就会进入黑名单，并不再从该peer中获取数据。

peer会周期性的交换信息以此来知道每个块在哪台主机上，客户端会优先下载最稀有的块，如果单个块不可用了，没人能下载完整的文件，所以，如果只有几个client有块，它们将成为下载时的瓶颈，这被成为稀有优先原则。如果一个客户端几乎下完了文件，只有几个块没下载时，它将向多个peer做出请求。这是为了防止最后一个块来自一个很慢的peer，导致整体下载很慢。

如前所述，客户端会交换元数据来定位块的位置，但假如一个客户端向所有peer提供块，它可能开启上百个TCP流，那对于其他peer来说，其实获得块的速度实际上是很慢的。BitTorrent的做法是每个peer只开启几个TCP流，每个peer在一个小范围内相互发送数据。以此来提升速度。BitTorrent计算出从每个peer得到数据的比率，然后从中选出最好的几个peer，然后再相互交换数据。