应用层
应用层位于运输层之上，主要功能为通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
文章目录
1、应用层概述
2、网络应用模型
2.1 C/S模型
2.2 P2P模型
3、DNS系统
3.1 域名
3.2 域名服务器
3.3 域名解析过程
4、文件传输协议FTP
4.1 FTP工作原理
5、电子邮件
5.1 电子邮件系统的组成结构
5.2 SMTP协议
5.3 POP3协议、IMAP协议
6、万维网和HTTP协议
6.1 万维网概述
6.2 超文本传输协议HTTP
1、应用层概述
应用层对应用程序的通信提供服务。
应用层的功能:
文件传输、访问和管理（FTP）
电子邮件（SMTP、POP3）
虚拟终端（HTTP）
查询服务和远程作业登录
2、网络应用模型
2.1 C/S模型
2.2 P2P模型
4.1 FTP工作原理
用户首先要登录 ftp地址+用户名&密码 或匿名登陆
控制连接始终保持，数据连接不是始终保持
是否使用TCP 20端口建立数据连接与传输模式有关
主动方式使用TCP 20端口
被动方式由服务器和客户端自行协商决定(端口>1024)
FTP传输模式：
文本模式: ASCII模式， 以文本序列传输数据;
二进制模式: Binary模式， 以二进制序列传输数据。
5、电子邮件 5
.1 电子邮件系统的组成结构
在这里插入图片描述
1、SMTP介绍
基本概念
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）即简单邮件传输协议,它是一组用于由源地址到目的地址传送邮件
的规则，由它来控制信件的中转方式。SMTP协议属于TCP/IP协议簇，它帮助每台计算机在发送或中转信件
时找到下一个目的地。通过SMTP协议所指定的服务器,就可以把E-mail寄到收信人的服务器上了，整个过程
只要几分钟。SMTP服务器则是遵循SMTP协议的发送邮件服务器，用来发送或中转发出的电子邮件。SMTP
是一种TCP协议支持的提供可靠且有效电子邮件传输的应用层协议。
工作过程
首先，运行在发送端邮件服务器主机上的SMTP客户，发起建立一个到运行在接收端邮件服务器主机上的
SMTP服务器端口号25之间的TCP连接。如果接收邮件服务器当前不在工作，SMTP客户就等待一段时间后再
尝试建立该连接。
5.2 SMTP协议
SMTP规定了在两个相互通信的SMTP进程之间应如何交换信息。
负责发送邮件的SMTP进程就是SMTP客户，负责接收邮件的进程就是SMTP服务器。
SMTP规定了14条命令(几个字母)和21种应答信息(三位数字代码+简单文字说明)。
TCP连接、端口号25、C/S
SMTP通信的三个阶段
连接建立:
每隔一段时间对服务器里的邮件缓存进行扫描,如果有要发送的文件,使用SMTP协议与接收方服务器建立端口号为25的TCP连接
接收方发送 “220 Service ready"表明连接已经建立好了
发送方会发送一个"HELLO"命令,并附上发送方的主机名
接收方若有能力接收邮件，回答“250 OK”,否则，回答“421 Service not available
邮件发送(A表示发送方,B表示接收方)：
A: MAIL FROM: [email protected]
B: 250 OK/B:451 (452或500…) SMTP服务器是否已经准备好接收邮件
A: RCPT TO:[email protected] 可以有多个RCPT命令
B: 250 OK /B: 550 No such user here SMTP服务器确定是否有这个用户
A: DATA 要开始传输邮件的内容了
B: 354 start mail input; end with . SMTP服务器同意传输
A: Date… 开始传输邮件内容
B: 250 OK 接收结束
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连接释放：连接释放邮件发完， SMTP客户发送QUIT命令，SMTP服务器返回“221” ，表示同意释放TCP连接。
SMTP的缺点:
SMTP不能传送可执行文件或者其他二进制对象。
SMTP仅限于传送7位ASCII码，不能传送其他非英语国家的文字。
SMTP服务器会拒绝超过一定长度的邮件。
通过因特网邮件扩充(MIME):使电子邮件系统可以支持声音、图像、视频、多种国家语言等等。
5.3 POP3协议、IMAP协议
POP3使用TCP连接,端口号110,C/S模式
POP3工作方式:下载并保留、下载并删除
IMAP协议:IMAP协议比POP协议复杂。当用户PC上的IMAP客户程序打开IMAP服务器的邮箱时，用户可以看到邮箱的首部，若用户需要打开某个邮件，该邮件才上传到用户的计算机上。
基于万维网的电子邮件
6、万维网和HTTP协议
6.1 万维网概述
万维网www (World Wide Web)是一个大规模的、联机式的信息储藏所/资料空间，是无数个网络站点和网页的集合。
统一资源定位符URL：用来唯一标识每一个资源
URL一般形式:<协议>://<主机>:<端口>/<路径>
URL不区分大小写
用户通过点击超链接获取资源，这些资源通过超文本传输协议(HTTP) 传送给使用者。
万维网以客户/服务器方式工作，用户使用的浏览器就是万维网客户程序，万维网文档所驻留的主机运行服务器程序。
6.2 超文本传输协议HTTP
用户使用URL访问资源的具体过程：
浏览器分析URL
浏览器向DNS请求解析IP地址
DNS解析出IP地址
浏览器与服务器建立TCP连接
浏览器发出取文件命令
服务器响应
释放TCP连接
浏览器显示
HTTP协议的特点：
HTTP协议是无状态的。
Cookie是存储在用户主机中的文本文件，记录一段时间内某用户(使用识别码识别，如“123456”)的访问记录。
HTTP采用TCP作为运输层协议，但HTTP协议本身是无连接的(通信双方在交换HTTP报文之前不需要先建立HTTP连接)
HTTP的连接方式：持久连接（非流水线、流水线）和非持久连接
HTTP的连接方式
非持久连接
持久连接
HTTP的报文格式
HTTP报文分为请求报文和响应报文
HTTP报文是面向文本的，因此在报文中的每一个字段都是一些ASCII码串。
状态码
1xx表示通知信息的，如请求收到了或正在处理。
2xx表示成功，如接受或知道了。
3xx表示重定向，如要完成请求还必须采取进一步的行动。
4xx表示客户的差错，如请求中有错误的语法或不能完成。
5xx表示服务器的差错，如服务器失效无法完成请求。
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SMTP简单通讯过程
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通过telnet程序来测试一个SMTP服务器，并进行简单说明，如下所示：
$telnet smtp.example.com 25 < ------------------------- 进行了tcp连接
220 smtp.example.com ESMTP Service(Lotus Domino Release 8.5.3FP6) ready a
t Thu, 23 Jul 2015 20:48:17 +0800
HELO zjf <------------------------- HELO命令标记自己的身份
250 smtp.example.com Hello zjf([10.10.34.22]), pleased to meet you
auth login <------------------------- 进行身份认证
334 VXNlcm5hbWU6
base64加密后的用户名
334 UGFzc3dvcmQ6
base64加密后的密码
235 Authentication successful
mail from:[email protected] < ------------------------- 说明发件人邮箱
250 [email protected]… SenderOK
rcpt to:[email protected] < ------------------------- (确认接收方是否已做好准备，防止邮件发送了，却发现无此人，或空间不足等造成资源浪费)
250 [email protected]…Recipient OK
DATA <------------------------- 表示开始传送邮件的内容
354 Please start mail input.
<邮件内容>
. <------------------------- 两个回车换行中间用一个点隔开表示邮件内容结束
250 Mail queued for delivery. <------------------------- 邮件放入了发送服务器队列
quit <------------------------- 退出
221 Closing connection. Good bye.
说明：
1、25端口是SMTP的标准服务端口，数据不经过加密处理，以明文方式发送。
当然也支持加密方式SSL/TLS，另有些发送邮箱服务器支持STARTTLS协议。下图是他们之间的区别（并没有详细描述中间的交互过程）
需要注意的是：
1） 不加密默认使用25端口；如明确使用SSL/TLS加密，则使用465端口
2） 在启用STARTTLS协议的时候，使用25端口较好，虽然587主要是针对STARTTLS协议的，但支持该协议的并不一定开放该端口，如网易邮箱。
3） STARTTLS协议不是说只能用TLS加密，也可以使用SSL加密。
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DNS协议
我们之前已经了解过ARP协议。
如果说ARP协议是用来将IP地址转换为MAC地址，那么DNS协议则是用来将域名转换为IP地址（也可以将IP地址转换为相应的域名地址）。
我们都知道，TCP/IP中使用的是IP地址和端口号来确定网络上某一台主机上的某一个程序，不免有人有疑问，为什么不用域名来直接进行通信呢？
- 因为IP地址是固定长度的，IPv4是32位，IPv6是128位，而域名是变长的，不便于计算机处理。
- IP地址对于用户来说不方便记忆，但域名便于用户使用，例如www.baidu.com这是百度的域名。
总结一点就是IP地址是面向主机的，而域名则是面向用户的。
hosts文件
域名和IP的对应关系保存在一个叫hosts文件中。
最初，通过互联网信息中心来管理这个文件，如果有一个新的计算机想接入网络，或者某个计算IP变更都需要到信息中心申请变更hosts文件。其他计算机也需要定期更新，才能上网。
但是这样太麻烦了，就出现了DNS系统。
DNS系统
一个组织的系统管理机构, 维护系统内的每个主机的IP和主机名的对应关系
如果新计算机接入网络，将这个信息注册到数据库中
用户输入域名的时候，会自动查询DNS服务器，由DNS服务器检索数据库，得到对应的IP地址
我们可以通过命令查看自己的hosts文件：
在域名解析的过程中仍然会优先查找hosts文件的内容。
DNS理论知识
一、DNS域名结构
1、域名的层次结构
域名系统必须要保持唯一性。
为了达到唯一性的目的，因特网在命名的时候采用了层次结构的命名方法：
- 每一个域名（本文只讨论英文域名）都是一个标号序列（labels），用字母（A-Z，a-z，大小写等价）、数字（0-9）和连接符（-）组成
- 标号序列总长度不能超过255个字符，它由点号分割成一个个的标号（label）
- 每个标号应该在63个字符之内，每个标号都可以看成一个层次的域名。
- 级别最低的域名写在左边，级别最高的域名写在右边。
域名服务主要是基于UDP实现的，服务器的端口号为53。
三、域名解析过程
域名解析总体可分为一下过程：
(1) 输入域名后, 先查找自己主机对应的域名服务器，域名服务器先查找自己的数据库中的数据.
(2) 如果没有， 就向上级域名服务器进行查找， 依次类推
(3) 最多回溯到根域名服务器, 肯定能找到这个域名的IP地址
(4) 域名服务器自身也会进行一些缓存， 把曾经访问过的域名和对应的IP地址缓存起来, 可以加速查找过程
具体可描述如下：
- 主机先向本地域名服务器进行递归查询
- 本地域名服务器采用迭代查询，向一个根域名服务器进行查询
- 根域名服务器告诉本地域名服务器，下一次应该查询的顶级域名服务器的IP地址
- 本地域名服务器向顶级域名服务器进行查询
- 顶级域名服务器告诉本地域名服务器，下一步查询权限服务器的IP地址
- 本地域名服务器向权限服务器进行查询
- 权限服务器告诉本地域名服务器所查询的主机的IP地址
- 本地域名服务器最后把查询结果告诉主机
如图所示：
上文我们提出了两个概念：递归查询和迭代查询
（1）递归查询：本机向本地域名服务器发出一次查询请求，就静待最终的结果。如果本地域名服务器无法解析，自己会以DNS客户机的身份向其它域名服务器查询，直到得到最终的IP地址告诉本机
（2）迭代查询：本地域名服务
一、主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。
所谓递归查询就是：如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询的域名的IP地址，那么本地域名服务器就以DNS客户的身份，
向其它根域名服务器继续发出查询请求报文(即替主机继续查询)，而不是让主机自己进行下一步查询。
因此，递归查询返回的查询结果或者是所要查询的IP地址，或者是报错，表示无法查询到所需的IP地址。
二、本地域名服务器向根域名服务器的查询
的迭代查询。
迭代查询的特点：当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时，**要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。**
然后让本地服务器进行后续的查询。**根域名服务器通常是把自己知道的顶级域名服务器的IP地址告诉本地域名服务器，让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询。**
**顶级域名服务器在收到本地域名服务器的查询请求后，要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询。**
最后，知道了所要解析的IP地址或报错，然后把这个结果返回给发起查询的主机
