计算机网络笔记整理6——应用层

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参考书籍：《计算机网络》第八版 谢希仁编著

应用层确定进程之间通信的性质

域名系统DNS

域名：因特网上主机的名字；与IP地址对应。 域名系统DNS：是因特网使用的命名系统，用来把便于人们使用的域名(机器名字)转换为IP地址。

互联网采用层次结构的命名树作为主机的名字，并使用分布式的域名系统DNS

域名服务器

一个服务器所负责管辖的范围叫做区，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。DNS服务器的管辖范围以“区”为单位。

域名服务器的种类

• 根域名服务器 最高层次的域名服务器，也是最重要的域名服务器，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。 根域名服务器并不直接把域名转换成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地址告诉本地域名服务器
• 顶级域名服务器 顶级域名服务器(即TLD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，也可能是下一步应当找的域名服务器的IP地址)
• 权限域名服务器 负责一个区的域名服务器 当一个权限域名服务器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(又称为默认域名服务器) 当一个主机发出DNS查询请求时，这个请求报文就发送给本地域名服务器。每一个互联网服务提供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，当所要查询的主机也属于同一个本地ISP时，该本地域名服务器立即就能将所查询的主机名转换为它的IP地址，而不需要再去询问其他的域名服务器。

域名的解析过程 递归查询

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，向其他根域名服务器继续发出查询请求报文

迭代查询

本地域名服务器向根域名服务器的查询通常采用迭代查询，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，要么告诉本地域名服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地域名服务器进行后续的查询

文件传送协议FTP

文件传送协议FTP是互联网上使用的最广泛的文件传送协议

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

FTP屏蔽了个计算机系统的细节，因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件。

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。FTP的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：一个主进程，负责接受新的请求；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

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
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。

两个连接

在进行文件传输时，FTP的客户和服务器之间要建立两个并行的TCP连接：“控制连接”和“数据连接”。

控制连接在整个会话期间一直保持打开，FTP客户端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

FTP使用了一个分离的控制连接，因此FTP的控制信息是带外传送的

客户进程发起连接请求时要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的端口号建立数据传送连接。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。

万维网

万维网WWW(world Wide Web)并非某种特殊的计算机网络，而是一个大规模的、联机式的信息储藏所。

万维网以客户-服务器访视工作，浏览器就是客户程序，万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序，因此这个计算机也称为万维网服务器

统一资源定位符URL

由以冒号隔开的两大部分组成，在URL中的字符对大小写没有要求

协议：指出使用何种协议来获取该万维网文档，必写 主机名：万维网文档所存放主机的域名，通常以www开头，也可用点分十进制IP地址代替。 :端口：端口号，通常就是协议默认端口号(如：HTTP默认端口号为80),可省略，如不使用默认端口则必须写明。 路径：有时也不需要使用

有些浏览器再输入URL时，可以把最前面的“http://”甚至把主机名最前面的“www”省略，由浏览器自动补全。

超文本传送协议HTTP

HTTP是一个面向事务的应用层协议，它使用TCP连接进行可靠的传送 定义了浏览器与万维网服务器通信的格式和规则。

访问响应时间

建立TCP连接需要使用三报文握手，当前两个报文完成后，万维网客户就把HTTP请求报文，作为三报文握手中的第三个报文的数据，发送给万维网服务器。

HTTP/1.0协议的主要缺点——非持续连接

HTTP/1.1协议使用持续连接 持续连接：万维网服务器在发送响应后仍然在一段时间内保持这条连接，不局限于传送同一页面上链接的文档，而是只要这些文档都在同一个服务器上就行 两种工作方式： 非流水线方式： 流水线方式：

HTTP/2协议 1.可以并行发回响应 2.允许客户复用TCP连接进行多个请求 3.所有报文划分为较小的二进制编码帧，采用新的压缩算法，不发送重复首部字段，减小了首部开销，提高了传输效率 4.向后兼容

电子邮件

电子邮件把邮件发送到收件人使用的邮件服务器，并放在其中的收件人的邮箱中，收件人可随时上网到自己使用的邮件服务器进行读取。

简单邮件传送协议：SMTP，由于SMTP只能传送可打印的7位ASCII码邮件，在1996年又发布了通用互联网邮件扩充协议MIME

一个电子邮件系统应具有下图中的三个主要组成构件：用户代理、邮件服务、以及邮件发送协议和邮件读取协议

• 用户代理UA：用户与电子邮件系统的接口，大多数情况下它就是运行在用户计算机中的一个程序。因此用户代理又称为电子邮件客户端软件。 用户代理的功能： 撰写：给用户提供编辑信件的环境 显示：能方便地在计算机屏幕上显示邮件内容 处理：包括发送、接受、转发、删除等 通信：发信人写完邮件后，要利用邮件发送协议将邮件发送到用户所使用的邮件服务器。收件人在接收邮件时，要使用邮件读取协议从本地邮件服务器接收邮件。
• 邮件服务器：邮件服务器的功能是发送和接受邮件，同时还要向发信人报告邮件传送的情况。 邮件服务器按照客户-服务器方式工作。邮件服务器需要使用两个不同的协议。 SMTP：用于发送邮件 邮局协议POP：用于用户代理UA接收邮件

SMTP和POP3都是使用TCP连接来传送邮件的，目的是为了保证可靠地传送邮件。

电子邮件由信封和内容两部分组成，在邮件的信封上，最重要的就是收件人的地址。

电子邮件使用的协议

简单邮件传送协议：SMTP 通用因特网扩充协议：MIME 邮局协议：POP 因特网报文存取协议：IMAP

简单邮件传送协议SMTP

SMTP所规定的就是在两个相互通信的SMTP进程之间应如何交换信息

SMTP使用客户服务器方式，因此，负责发送邮件的SMTP进程就是SMTP的客户，而负责接受邮件的SMTP进程就是SMTP服务器。

SMTP通信的三个阶段

1. 连接建立：SMTP客户每隔一定时间(如30分钟)对邮件缓存扫描一次。如发现有邮件，就是用SMTP的熟知端口25与接收方邮件服务器的SMTP服务器建立TCP连接。SMTP不使用中间的邮件服务器。
2. 邮件传送
3. 连接释放：邮件发送完毕后，SMTP应释放TCP连接

邮件读取协议POP3和IMAP

POP也使用客户-服务器的工作方式 接受邮件的用户PC机中运行POP客户程序 在用户所连接的ISP的邮件服务器中运行POP服务器程序

IMAP也是客户服务器的工作方式 用户在自己的PC机上就可以操纵ISP的邮件服务器的邮箱，就像在本地操作一样 IMAP是一个联机协议

通用互联网邮件扩充MIME

MIME并没有改动SMTP或取代他，但增加了邮件主体的结构，并定义了非ASCII码的编码规则

base64编码 先把二进制代码划分为一个个24位长的单元，然后把每一个24位单元划分为4个6位组。每一个6位组按以下方法转换成ASCII码 6位二进制共有64种取值，从0到63.用A表示0，用B表示1，以此类推，等26个大写字母排列完毕后，，再排26个小写字母，再后面是10个数字，最后用“+”表示62，用“/”表示63。再用两个连在一起的等号“==”和一个等号“=”分别表示最后一组的代码只有8位或16位。

动态主机配置协议DHCP

因特网上的主机需要配置的项目：

• IP地址
• 子网掩码
• 默认路由器的IP地址
• 域名服务器的IP地址

互联网广泛使用的动态主机配置协议DHCP提供了即插即用连网的机制 这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手工参与

1. 需要IP地址的主机在启动时就向DHCP服务器广播发送发现报文，这时该主机就成为DHCP客户
2. 本地网络上所有主机都能收到此广播报文，但只有DHCP服务器才回答此广播报文
3. DHCP服务器现在其数据库中查找该计算机的配置信息。若找到，则返回找到的信息。若找不到，则从服务器的IP地址池中取一个地址分配给该计算机。DHCP服务器的回答报文叫做提供报文。

租用期：DHCP服务器分配给DHCP客户的IP地址是临时的，DHCP客户只能在一段时间内使用这个IP地址，DHCP称这段时间为租用期。租用期的数值由DHCP服务器自己决定，DHCP客户也可在自己发送的报文中提出对租用期的要求。

DHCP协议的工作过程：

1. DHCP服务器被动打开UDP端口67，等待客户端发来的报文
2. DHCP客户从UDP端口68发送DHCP发现报文
3. 凡受到DHCP发现报文的DHCP服务器都发出DHCP提供报文，因此在DHCP客户可能收到多个DHCP提供报文
4. DHCP客户从几个DHCP服务器中选择其中的一个，并向所选择的DHCP服务器发送DHCP请求报文
5. 被选择的DHCP服务器发送确认报文，进入已绑定状态，并可开始使用得到的临时IP地址了 DHCP客户现在要根据服务器提供的租用期T设置两个计时器T1和T2，它们的超时时间分别是0.5T和0.875T。当超时时间到就要请求更新租用期。
6. 租用期过了一半(T1时间到)，DHCP发送请求报文要求更新租用期
7. DHCP服务器若同意，则发回确认报文。DHCP客户得到了新的租用期，重新设置计时器。
8. DHCP服务器若不同意，则发回否认报文。这时DHCP客户立即停止使用原来的IP地址，而必须重新申请IP地址，若DHCP服务器不响应步骤6的请求报文，则在租用期过了87.5%时，DHCP客户必须重新发送请求报文（重复步骤6），继续后面的步骤
9. DHCP客户可随时提前终止服务器所提供的租用期，这时只需向DHCP服务器发送释放报文即可