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2023-07-02
应用层协议和星上适应性分析
【摘要】：图2-41应用层协议增强示意综上所述，在卫星网络中，数据传输控制协议是一类需要单独进行应用层协议增强处理的协议。
2.4.1.1 应用层协议简介
应用层协议位于各类传输层之上，与空间信息网络提供的应用服务直接相关，主要为使用网络的用户提供常用的、特定的应用，用于规范一系列网络资源和业务的使用方式和功能。常用的应用层协议包括HTTP，FTP，SMTP／POP3，DNS，SNMP和IP多媒体通信协议簇。
HTTP是Web应用中浏览器与Web服务器必须共同遵守的协议，主要用于满足用户浏览网页的需求。它允许将使用超文本标记语言（HTML）的文档从Web服务器传送到客户端的浏览器。通过IE浏览器上网，访问Web网页使用的就是HTTP。Web网页访问过程如图2-39所示。
图2-39 基于HTTP的Web网页访问过程示意
FTP是基于IP网络的文件传送协议，可满足用户传输数据文件的需求。用户可以把对方主机上的文件复制下来，也可以进行反方向的操作，但在请求文件传输时，用户必须提交登录名和口令，否则系统将拒绝访问。在文件传输过程中，FTP需要建立“控制连接”和“数据连接”两个连接。“控制连接”在整个会话期间一直保持打开，用于传送控制请求。“数据连接”用于完成实际文件的传送。
SMTP／POP3涉及邮件传输的两个过程。SMTP主要负责发送电子邮件，它规定了由用户向邮件服务器发送邮件的规则，是最先出现且被普遍使用的一种最基本的电子邮件服务协议。邮局协议（POP3）主要负责接收电子邮件，规定个人计算机如何连接到Internet邮件服务器以及下载邮件。邮件传输如图2-40所示。
图2-40 基于SMTP／POP3的邮件传送过程示意
DNS主要实现域名到IP地址的转换。访问网站时，用户通常输入的是相对容易记住的域名（如www.sina.com），而不是某个具体的Web服务器的IP地址，因此，需要DNS服务器来存储域名和对应IP地址的映射关系。
SNMP主要用于对网络进行监视和控制，以提高整个网络的运行效率。具体运行在服务器、路由器和交换机上，使网络管理员能够实现对全网工作状态的监控和网络性能的管理，从而及时发现并解决网络问题。
IP多媒体通信协议簇（SIP／RTP／RTCP）。SIP用于创建、修改、终结一个或多个IP多媒体通信的会话进程，IP多媒体会议、IP电话以及基于IP的远程教育和远程医疗等均属于IP多媒体通信。RTP是一种端对端的实时传输服务协议，用于在多播和单播网络中传输音频、视频等实时数据。RTP不同的信息包格式可支撑多样化的多媒体应用，包括声音点播、影视点播、IP电话和电视会议等。RTCP是RTP的伴随协议，通过监视网络中实时数据的传送情况，提供最简单的控制，用于提升RTP的实时数据传输能力。
2.4.1.2 应用层协议卫星适应性简要分析
从方便梳理和研究问题的角度将前面所介绍的应用层协议归纳为信令控制协议、完全基于TCP的协议、支撑协议和数据传输控制协议4类，下面结合这几类协议的特性进行卫星适应性分析。
（1）信令控制协议。FTP控制连接是此类协议的典型代表，这类协议主要用于信令控制。由于FTP控制连接通信流量很低，在卫星网络中传输时通常不用进行增强处理。
（2）完全基于TCP的协议。FTP数据连接是此类协议的典型代表。这类协议本身没有单独的交互控制过程，完全基于TCP，其传输效率的高低也完全取决于TCP，因此，在卫星网络中应用时，仅通过TCP增强技术即可提升协议性能。
（3）支撑协议。DNS是此类协议的典型代表，其协议行为和交互流程相对简单，仅通过一次请求和应答就能完成，在长时延卫星网络中应用时通常不会对其协议效率产生很大的影响，仅通过缓存技术即可得到较好的增强效果。
（4）数据传输控制协议。SMTP／POP3和HTTP是此类协议的典型代表。这类协议大多具有串行化、交互式等特点，在应用层存在过多“停等式”的Request／Response交互。它们在局域网中应用时效率尚可，但在长时延和带宽受限的卫星网络中，协议运行效率极其低下。由于其交互过程发生在应用层，只能在应用层进行优化，因此需要针对不同的应用层协议特性采取不同的增强处理方案。应用层协议增强如图2-41所示。
图2-41 应用层协议增强示意
综上所述，在卫星网络中，数据传输控制协议是一类需要单独进行应用层协议增强处理的协议。本节重点介绍其中最典型、应用最广泛的HTTP及其增强技术。SmartBear公司2012年的研究表明，对于Web应用而言，57%的用户会放弃浏览3 s内还未加载完成的网页。对于长时延、带宽受限的卫星网络，如果要达到良好的用户上网体验，HTTP增强技术的研究和应用尤为重要。
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