网络编程(1)

通信（communication）是网络应用程序设计的基础。

通信设计空间（design dimension）的领域分析（domain analysis），网络应用程序之间相互作用的规则（rule）、形式（form）和抽象层次。 

1.1无连接协议与面向连接协议

所谓协议（protocol），就是一组规则，用来指定“控制信息”和“数据信息”如何在通信实体（譬如，在网络计算环境内部相互作用的应用程序进程）之间交换。协议一般分为无连接（connectionless）和面向连接（connection-oriented）两种。在这一设计空间，需要权衡的地方主要涉及延迟（latency）、可伸缩性（scalability）和可靠性（reliability）。

无连接协议提供的是“面向消息的（message-oriented）”服务。其中，每一条消息都可以独立寻址和发送。无连接协议一般采用“尽力（best-effort）”发送语义。这些语义不保证某组消息会以特定次序到达目的地，甚至根本不会到达目的地！

广泛使用无连接协议的例子有：用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）和网际协议（IP，Internet Protocol）。这些协议可直接被多媒体应用程序（例如，IP语音或视频流^[MSK00]）使用，这些应用允许一定程度的数据丢失。UDP/IP还支持不可靠的多播（multicast）^[DC90]和广播（broadcast）功能，允许一个发送者和一组接收者进行通信。

面向连接协议提供的是可靠、有序、不重复的发送服务。对那些不允许数据丢失的应用程序来说，这种协议十分有用。为了提高性能并保证可靠性，“面向连接”协议在发送端和（或）接收端交换并维护状态信息。传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接协议，它被运用于很多“面向会话（session-oriented）”的Internet应用中，如Web服务和电子邮件。.

1.2同步及异步消息交换

在很多网络应用程序中，客户向服务器发送一个请求，后者处理这个请求，然后返回一个应答。这种请求/应答协议既可以在无连接协议上实现，也可以在面向连接协议上实现。管理请求/应答协议交换的可选策略有两种：同步（synchronous）和异步（asynchronous）.

是选择同步还是异步消息交换策略，要考虑以下两个因素：

1.        请求之间的关联性（interrelatedness）；

2.        底层协议或传输介质的延迟。

         这些因素如何影响到策略的选择

同步请求/应答协议。这是最容易实现的形式。在这种协议中，请求（request）和应答（response）是以锁步（lock-step）次序交换的。每一个请求必须同步地接收到一个应答，然后才能发送下一个请求，如图1.2(1)所示。同步请求/应答协议适用于以下场合。

l  请求的结果决定后续的请求。例如，某一应用程序需要交换验证信息，那么，在安全认证信息成功交换之前，它不会发送机密信息请求。

l  应用程序中交换的信息需要在低延迟（low-latency）网络中执行短期处理，如高速LAN中的NFS read()和write()操作。

l  较之后文介绍的异步请求/应答协议有可能获得的“性能上的提高”，“实现（implementation）的简易性”或“协议交换的少量性”更为重要。

异步请求/应答协议。它将请求从客户连续发送至服务器，无需同步地等待应答^[AOS+00]。多个客户请求可以在服务器应答到达之前发送，如图1.2(2)所示。因此，异步请求/应答协议往往需要一种策略，用来检查请求的丢失或失败，然后重新发送。异步请求/应答协议适用于以下场合：

l  无需应答就可以决定后续请求。例如，Web浏览器可以使用异步策略，用于从同一服务器获取多个嵌入图像。因为每一个请求都是独立的，它们全都可以异步发送，不必等待应答。浏览器利用每一个应答中包含的信息，将应答匹配至相应的请求——即使应答的顺序不同于请求的发送顺序。

l  “通信的延迟”和“请求所需的处理时间”密切相关。异步请求策略有助于有效地利用网络，减少高延迟带来的影响。较之将“应答”和“请求”关联起来并实现“重试”策略所带来的额外复杂度，它在性能上的提高更为重要。