计算机网络自学笔记008_Real（应用层）

计算机网络自学笔记008_Real（应用层）

一、应用层概述

应用层对应用程序的通信提供服务
应用层协议的定义：
应用进程交换的报文类型，究竟是请求报文还是响应报文
各种报文类型的语法，如保温的各个字段及其详细描述
字段的语义，即包含在字段中的信息的含义
进程何时、如何发送报文，以及对报文进行响应的规则。

应用层的功能：
文件传输、访问与管理（FTP协议）
电子邮件（SMTP协议、POP3协议）
虚拟终端（HTTP协议）
查询服务和远程作业登录（DNS协议）

二、网络应用模型

主要有两种：
客户/服务器模型（Client/Server（C/S））
P2P模型（Peer-to-peer）

（一）客户/服务器（C/S）模型

服务器：提供计算服务的设备
1、永久提供服务
2、拥有永久性的访问地址/域名
客户机：请求计算服务的主机
1、与服务器通信，使用服务器提供的服务
2、间歇性接入网络
3、可能使用动态IP地址
4、不与其他客户机直接通信

（二）P2P模型（Peer-to-peer）

不存在永远在线的服务器
每个主机既可以提供服务，也可以请求服务
任意端系统/节点之间可以直接通信
节点间歇性接入网络
节点可以改变IP地址
可扩展性好
网络健壮性强

三、域名解析系统DNS

（一）域名解析系统DNS

域名系统DNS（domain name system）是因特网使用的命名系统，用来把便于人们记忆的含有特定含义的主机名转换为便于机器处理的IP地址，值得注意的是，DNS系统采用C/S架构，其协议运行在UDP之上，使用53号端口。DNS分为三个部分，层次域名空间，域名服务器和解析器。

如果全球只有一台域名系统DNS，那么因特网的规模很大，这样的话域名服务器肯定会因为超负荷而无法正常工作，而且一旦域名服务器出现故障，整个网络就会瘫痪。
早在1983年，因特网就开始采用层次结构的命名作为主机的名字（即域名），并使用分布式的域名系统DNS。
DNS使得大多数域名都在本地解析，仅少量解析需要在因特网上通信，因此系统效率很高。

（二）域名

域名的结构：

根
顶级域名：
国家顶级域名：cn、us、uk
通用顶级域名：com、net、org、gov、int、aero、museum、travel
基础结构域名/反向域名：arpa
二级域名：
类别域名：ac、com、edu、gov、mil、net、org
行政区域名：用于我国各省、自治区、直辖市 bj、js
三级域名
四级域名

（三）域名服务器

域名和IP地址的映射关系必须保存在域名服务器中，供所有其他应用查询。显然不能将所有信息都储存在一台域名服务器中。DNS使用分布在各地的域名服务器来实现域名到IP地址的转换。

域名服务器可以划分为以下四种不同的类型:

根域名服务器
根域名服务器是最高层次的域名服务器。每个根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名及其IP地址。因特网上共有13个不同IP地址的根域名服务器。尽管我们将这13个根域名服务器中的每一个都视为单个的服务器，但“每台服务器”实际上是由许多分布在世界各地的计算机构成的服务器群集。当本地域名服务器向根域名服务器发出查询请求时，路由器就把查询请求报文转发到离这个DNS客户最近的一个根域名服务器。这就加快了DNS的查询过程，同时也更合理地利用了因特网的资源。根域名服务器通常并不直接对域名进行解析，而是返回该域名所属顶级域名的顶级域名服务器的IP地址。
顶级域名服务器
这些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（可能是最后的结果，也可能是下一级权限域名服务器的IP地址)。
权限域名服务器
这些域名服务器负责管理某个区的域名。每一个主机的域名都必须在某个权限域名服务器处注册登记。因此权限域名服务器知道其管辖的域名与IP地址的映射关系。另外，权限域名服务器还知道其下级域名服务器的地址。
本地域名服务器
本地域名服务器不属于上述的域名服务器的等级结构。当一个主机发出DNS请求报文时，这个报文就首先被送往该主机的本地域名服务器。本地域名服务器起着代理的作用，会将该报文转发到上述的域名服务器的等级结构中。每一个因特网服务提供者ISP，一个大学，甚至一个大学里的学院，都可以拥有一个本地域名服务器，它有时也称为默认域名服务器。本地域名服务器离用户较近，一般不超过几个路由器的距离，也有可能就在同一个局域网中。本地域名服务器的IP地址需要直接配置在需要域名解析的主机中。

（四）域名解析的过程（递归查询、迭代查询）

为了提高DNS的查询效率，并减轻根域名服务器的负荷和减少因特网上的DNS查询报文数量，在域名服务器中广泛地使用了高速缓存。高速缓存用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录。
由于域名到IP地址的映射关系并不是永久不变，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删除超过合理时间的项（例如，每个项目只存放两天)。
不但在本地域名服务器中需要高速缓存，在用户主机中也很需要。许多用户主机在启动时从本地域名服务器下载域名和IP地址的全部数据库，维护存放自己最近使用的域名的高速缓存，并且只在从缓存中找不到域名时才向域名服务器查询。同理，主机也需要保持高速缓存中内容的正确性。

四、文件传输协议FTP

主要为FTP（文件传送协议）和TFTP（简单文件传送协议）

（一）FTP协议

提供不同种类主机系统（硬件、软件体系等可以不同）之间的文件传输能力。
FTP是基于客户/服务器（C/S）的协议。
用户通过一个客户端程序连接至远程计算机上运行的服务器程序。
依照FTP协议提供服务，进行文件传送的计算机就是FTP服务器。
连接FTP服务器，遵循FTP协议与服务器传送文件的电脑就是FTP客户端。
将某台计算机中的文件通过网络传送到可能相距很远的另一台计算机中，是一项基本的网络应用，即文件传送。
文件传传送协议FTP（File Transfer Protocol）是因特网上使用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和格式（如指明是否使用ASCII码），并允许文件具有存取权限（如访问文件的用户必须金国==经过授权，并输入有效的口令）
（2）FTP屏蔽了计算机系统的细节，因而适用于在异构网络中任意计算之间进行传送。
在因特网发展的早期阶段，用FTP传送文件约占整个因特网通信的三分之一，而由电子邮件和域名系统所产生的通信量还要小于FTP所产生的通信量，只是到了1995年，万维网WWW的通信量才首次超过了FTP。

（二）FTP协议工作原理

主动模式

控制连接在整个会话期间一直保持打开，用于传送FTP相关控制命令。
数据连接用于文件传输，在每次文件传输的时候才会建立，传输结束之后会进行关闭。

五、电子邮件

（一）电子邮件结构

（二）电子邮件系统的组成结构

（三）简单邮件传送协议（SMTP）

SMTP规定了两个户响通信的SMTP进程之间应该如何交换信息。
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
具体过程：

SMTP的缺点：

1、SMTP不能传送可执行文件或者其他二进制对象。
2、SMTP仅限于传送7位ASCII码，不能传送其他非英语国家的文字。
3、SMTP服务器会拒绝超过一定长度的邮件。

所以出现了通用因特网邮件扩充MIME

（四）邮局协议POP3

POP3的工作方式有两种：
1、在读取到邮件，并且主机有空看邮件的时候，会下载邮件发送到主机，并且会保留源邮件在服务器中。
2、在读取到邮件，并且主机有空看邮件的时候，会下载邮件发送到主机，并且会删除源邮件。

（五）网际报文存取协议IMAP

IMAP协议比POP协议复杂，当用户PC上的IMAP哭护程序打开了IMAP服务器的邮箱的时候，用户可以看到邮件的首部，若用户需要打开某个文件，该邮件才会上传到用户的计算机上。
IMAP可以让用户在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读处理邮件，还允许只读取邮件中某一个部分（先看正文有Wifi的时候再下载附件查看）。

六、万维网与HTTP协议

（一）万维网概述

万维网WWW（World Wide Web）是一个大规模的、练级式的信息储存所/资料空间，是无数个网络点和网页的集合。
用户通过点击链接获取资源，这些资源通过超文本传输协议HTTP传送给使用者。
万维网以客户端/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。
万维网使用超文本标记语言HTML使得万维网页面设计者可以很方便的从一个界面的链接转到另一个界面。并能够在自己的屏幕上显示出来。

（二）超文本传输协议HTTP

HTTP协议定义了浏览器（万维网客户进程）怎样向万维网服务器请求万维网文档，以及服务器怎样把文档传送给浏览器。

HTTP协议特点：
（1）HTTP协议是无状态的，但是实际上，一些万维网站点常常希望能够识别用户，这里就用到了Cookie。
Cookie是存储在用户主机的文本文件，记录一段时间内某个用户的访问记录。
（2）HTTP采用TCP作为传输层协议，但是HTTP协议本身是无连接的（通信双方在交换HTTP保温之前不需要先建立HTTP链接）

（三）HTP协议报文结构