应用层（一）

每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题的，而问题的解决需要多个应用进程之间的通信和协同工作来完成的。应用层的具体工作就是制定应用进程在通信时所遵循的协议。

应用层的许多协议都是基于客户/服务器（C/S）方式。客户和服务器是指通信中所涉及的两个应用进程。C/S方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系，客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

一、域名系统 DNS

因特网的域名结构

顶级域名 TLD(Top Level Domain)
1、国家顶级域名 nTLD：如:
.cn 表示中国，
.us 美国，
.uk 英国，等等。
2、通用顶级域名 gTLD：如：
.com （公司和企业）
.net （网络服务机构）
.org （非赢利性组织）
.edu （美国专用的教育机构）
.gov （美国专用的政府部门）
.mil （美国专用的军事部门）
.int （国际组织）
......
3、基础结构域名(infrastructure domain)：这种顶级域名只有一个，即 arpa，用于反向域名解析，因此又称为反向域名。

域名服务器

运行域名解释软件的服务器叫域名服务器(DNS)，域名服务器是指保存有主机的域名和对应IP地址，并具有将域名转换为IP地址功能的服务器。
一个服务器负责管辖的（或有权限的）范围叫做区(zone)；

1、各单位根据具体情况来划分自己管辖范围的区，但在一个区中的所有节点必须是能够连通的。
2、每一个区设置相应的权限域名服务器，用来保存该区中的所有主机的域名到IP地址的映射。

域名服务器有四种类型：

• 根域名服务器
  • 根域名服务器是最高层次的域名服务器。所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和 IP 地址。
  • 不管是哪一个本地域名服务器，若要对因特网上任何一个域名进行解析，只要自己无法解析，就首先求助于根域名服务器。
  • 在因特网上共有13 套不同逻辑地址的根域名服务器，它们的名字是用一个英文字母命名，从a 一直到 m（前13 个字母）。这些根域名服务器相应的域名分别是
    a.rootservers.net(主根, 美国控制, 另有6个镜像站)
    b.rootservers.net(辅根)
    …
    m.rootservers.net(辅根)
  • 根域名服务器并不直接把域名解释成 IP 地址。
    在使用迭代查询时，根域名服务器把下一步应当找的顶级域名服务器的 IP 地址告诉域名解释请求者。
• 顶级域名服务器
  • 顶级域名服务器负责管理在该顶级域名服务器注册的所有二级域名。
  • 当收到 DNS 查询请求时，就给出相应的回答（可能是最后的域名解释结果，也可能是下一步应当问的域名服务器的 IP 地址）
• 权限域名服务器
  • 负责某个区的域名服务器。
  • 当一个权限域名服务器还不能给出最后的查询回答时，就会告诉发出查询请求的 DNS 客户，下一步应当找哪一个权限域名服务器。
• 本地域名服务器
  • 当一个主机发出 DNS 查询请求时，这个查询请求报文就发送给本地域名服务器。
  • 每一个因特网服务提供者 ISP，或一个大学，甚至一个大学里的系，都可以拥有一个本地域名服务器。
  • 本地域名服务器有时也称默认域名服务器，手工或自动配置在主机的IP/TCP协议栈中。

提高域名服务器的可靠性
1、域名服务器把数据复制到几个域名服务器来保存，其中的一个是主域名服务器，其他的是辅助域名服务器。
2、当主域名服务器出故障时，辅助域名服务器可以保证 DNS 的查询工作不会中断。
3、主域名服务器定期把数据复制到辅助域名服务器中，而更改数据只能在主域名服务器中进行。这样就保证了数据的一致性。

域名的解析过程

1. 主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址，那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份，向根域名服务器继续发出查询请求报文。
2. 本地域名服务器向根域名服务器的查询通常是采用迭代查询。当根域名服务器收到本地域名服务器的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的 IP 地址，要么告诉本地域名服务器：“你下一步应当向哪一个顶级域名服务器进行查询”。然后本地域名服务器继续后续的查询。

域名高速缓存
1、每个域名服务器都维护一个高速缓存，存放最近解释过的名字以及从何处获得名字映射信息的记录。
2、可大大减轻根域名服务器的负荷，使因特网上的 DNS 查询请求和回答报文的数量大为减少。
3、为保持高速缓存中的内容正确，域名服务器应为每项内容设置计时器，并处理超过合理时间的项目（如每个项目只存放两天）。
4、当权限域名服务器回答一个查询请求时，在响应中都指明绑定有效存在的时间值。增加此时间值可减少网络开销，而减少此时间值可提高域名转换的准确性。

二、文件传送协议FTP

文件传送协议 FTP (File Transfer Protocol) 是因特网上使用得最广泛的文件传送协议。
1、FTP 提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型与格式，并允许文件具有存取权限。
2、FTP 屏蔽了各计算机系统的细节，因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件。

文件传送协议 FTP 只提供文件传送的一些基本的服务，它使用 TCP 可靠的运输服务。主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。

FTP 使用客户/服务器方式。一个 FTP 服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。FTP 的服务器进程由两大部分组成：
1、一个主进程，负责接受新的请求；
2、另外有若干个从属进程，负责处理单个请求。

主进程的工作步骤如下：

1. 打开熟知端口（端口号为 21），使客户进程能够连接上。
2. 等待客户进程发出连接请求。
3. 启动从属进程来处理客户进程发来的请求。从属进程对客户进程的请求处理完毕后即终止，但从属进程在运行期间根据需要还可能创建其他一些子进程。
4. 回到等待状态，继续接受其他客户进程发来的请求。主进程与从属进程的处理是并发地进行。

控制连接在整个会话期间一直保持打开，FTP 客户发出的传送请求通过控制连接发送给服务器端的控制进程，但控制连接不用来传送文件。
实际用于传输文件的是“数据连接”。服务器端的控制进程在接收到 FTP 客户发送来的文件传输请求后就创建“数据传送进程”和“数据连接”，用来连接客户端和服务器端的数据传送进程。
数据传送进程实际完成文件的传送，在传送完毕后关闭“数据传送连接”并结束运行。

当客户进程向服务器进程发出建立连接请求时，要寻找连接服务器进程的熟知端口(21)，同时还要告诉服务器进程自己的另一个端口号码，用于建立数据传送连接。
接着，服务器进程用自己传送数据的熟知端口(20)与客户进程所提供的端口号码建立数据传送连接。
由于 FTP 使用了两个不同的端口号，所以数据连接与控制连接不会发生混乱。

简单文件传送协议 TFTP(Trivial File Transfer Protocol)
TFTP 是一个很小且易于实现的文件传送协议。使用客户服务器方式和使用 UDP 数据报，因此 TFTP 需要有自己的差错改正措施。
TFTP 只支持文件传输而不支持交互。
TFTP 没有一个庞大的命令集，没有列目录的功能，也不能对用户进行身份鉴别。

特点有：
(1) 每次传送的数据 PDU 中有 512 字节的数据，但最后一次可不足 512 字节。
(2) 数据 PDU 也称为文件块(block)，每个块按序编号，从 1 开始。
(3) 支持 ASCII 码或二进制传送。
(4) 可对文件进行读或写。
(5) 使用很简单的首部。

工作步骤：
1、在一开始工作时。TFTP 客户进程发送一个读请求 PDU 或写请求 PDU 给 TFTP 服务器进程，其熟知端口号码为 69。
2、TFTP 服务器进程要选择一个新的端口和 TFTP 客户进程进行通信。
3、若文件长度恰好为 512 字节的整数倍，则在文件传送完毕后，还必须在最后发送一个只含首部而无数据的数据 PDU。
4、若文件长度不是 512 字节的整数倍，则最后传送数据 PDU 的数据字段一定不满512字节，这正好可作为文件结束的标志。

三、远程终端协议 TELNET

用户用 TELNET 就可在其所在地通过 TCP 连接注册（即登录）到远地的另一个主机上（使用主机名或 IP 地址）。TELNET 能将用户的击键传到远地主机，同时也能将远地主机的输出通过 TCP 连接返回到用户屏幕。

现在由于 PC 机的功能越来越强，用户已较少使用 TELNET 了。
TELNET 也使用客户服务器方式。在本地系统运行 TELNET 客户进程，而在远地主机则运行 TELNET 服务器进程。和 FTP 的情况相似，服务器中的主进程在23号端口等待新的请求，并产生从属进程来处理每一个连接。