computer-network-note-6

应用层

应用层协议特点

• 应用层协议是为了解决某一类应用问题
  • 由于网络应用的多样性，应用层的协议也种类繁多
• 应用层的许多协议都是基于客户/服务器方式
  • 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程
  • 客户/服务器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

套接字编程接口

• 网络子系统作为操作系统的一部分，以应用编程接口(API—Application Programming Interface)的形式向应用程序提供调用接口
• 套接字(socket)是最常用的应用层编程接口
  • 名称起源于Berkeley UNIX操作系统
• 经典的socket编程接口采用同步调用方式(又称阻塞式)
• Windows这种基于事件驱动的系统中，程序的执行由事件驱动，需要异步事件驱动方式的套接字编程接口
  • Microsoft推出WinSock编程接口，在阻塞式调用基础上，增加了异步调用方式
  • 在阻塞式调用模式下，WinSock与经典的socket兼容

域名系统 DNS

域名系统概述

• 域名系统DNS(Domain Name System)是Internet使用的命名系统
  • RFC 1034：Domain Names - Concepts and Facilities
  • RFC 1035：Domain Names – Implementation and Specification
• Internet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
• 多个域名服务器上运行专门的域名服务器程序，完成域名IP地址的解析(resolve)
• DNS基于UDP协议实现
  • 应用进程需要进行域名解析时，就调用域名解析程序(resolver)，它成为DNS的一个客户
  • 向本地域名服务器发送域名解析请求(UDP报文)，其中包含待解析的域名
  • 本地域名服务器在查找域名后，返回应答报文，其中包含对应的IP地址

Internet的域名结构

• Internet采用层次树状结构的命名方法

  三级域名 . 二级域名 . 顶级域

• 顶级域名TLD(Top Level Domain)

  • 国家顶级域名：如: .cn 表示中国，.us 表示美国，.uk 表示英国，等等

  • 通用顶级域名：

    域名	含义
    .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

域名服务器

• 域名服务器分为四类

  • 根域名服务器
    • 根域名服务器知道所有的顶级域名服务器的域名和IP地址
    • 当本地域名服务器无法解析域名时，就求助于根域名服务器
  • 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
  • 权限域名服务器
    • 负责一个区(zone)的域名服务器
  • 本地域名服务器
    • 有时也称为默认域名服务器

• 域名服务器定期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

• 树状结构的 DNS 域名服务器

• 主机向本地域名服务器的查询一般采用递归查询

  • 如果本地域名服务器不知道被查询域名的IP地址，那么它就以DNS客户的身份，向根域名服务器继续发出查询请求报文

• 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下一步应向哪一个域名服务器查询
  • 本地域名服务器进行后续的查询

文件传送协议

• RFC 959：File Transfer Protocol (FTP)
• 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
    • 若干个从属进程，负责处理单个请求
• 主进程的工作步骤
  • 打开熟知端口(端口号为21)，使客户进程能够连接上
  • 等待客户进程发出连接请求
  • 启动从属进程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
    • 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
  • 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
• FTP使用2 个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
• 数据连接
  • 收到FTP客户发送来的文件传输请求后，服务器端的控制进程创建“数据传送进程”和“数据连接”
  • 数据传送进程实际完成文件的传送，传送完毕后关闭“数据传送连接”并结束运行

万维网WWW

万维网概述

• WWW—World Wide Web
• 1989年，欧洲核子研究中心提出WWW
• 1993年，第一个浏览器Mosaic
• 1995年，Netscape Navagitor上市
• 万维网是分布式超媒体(hypermedia)系统，它是超文本(hypertext)系统的扩充
• 要解决的几个问题
  • 怎样标识分布在Internet上的万维网文档？ ------URL
  • 用什么协议实现万维网上各种超链的链接？------HTTP
  • 如何存储和表示万维网文档？------HTML

统一资源定位符URL(Uniform Resource Locator)

• URL是对Internet上资源位置和访问方法的一种简洁表示

• URL的一般形式:

  

• <主机>为存放资源的主机在Internet中的域名

• <端口> 和 <路径>有时可省略。使用http协议时，如省略<端口> ，则使用熟知端口号80；如省略<路径>，则指主页(home page)

• URL不区分大小写

超文本传送协议HTTP

• HTTP—HyperText Transfer Protocol

• 基于TCP协议，是万维网上可靠地交换文件的重要基础

• HTTP是面向事务的客户/服务器协议

• HTTP是无状态的(stateless)

  • 服务器不记录客户端的访问状态

• 基本工作原理

  • Web服务的熟知端口号是80，服务器通常在该端口上监听
  • 客户端需要请求某个页面时，与服务器建立TCP链接，之后请求传送文件，并进行文件的传送，传送完毕后释放TCP连接

• HTTP/1.1协议使用持续连接(persistent connection)

  • 服务器发送响应后，在一段时间内保持连接，使客户与服务器可以继续传送后续的HTTP请求报文和响应报文
  • 这并不局限于传送同一个页面上链接的文档，而是只要这些文档都在同一个服务器上就行
  • 目前主流的浏览器都默认支持HTTP/1.1

• HTTP的报文类型：两类报文

  • 请求报文——从客户向服务器发送请求报文
  • 响应报文——从服务器到客户的回答
  • HTTP是面向正文的(text-oriented)，报文中的字段都是ASCII 码串，因而每个字段的长度都是不确定的

• 报文由三个部分组成，即开始行、首部行和实体主体

• 在请求报文中，开始行就是请求行

• HTTP应答报文的开始行是状态行
• 状态行包括三项内容：HTTP的版本、状态码、解释状 态码的简单短语

安全的HTTP协议：HTTPS

• HTTPS：安全的HTTP协议，建立在SSL基础上
• SSL/TLS已被浏览器广泛支持，很多Web应用利用HTTPS协议实现安全传输
• HTTPS的熟知端口号为443，而不是80

电子邮件

概述

• 发送邮件的协议：SMTP
  • RFC 2821(RFC 821)：Simple Mail Transfer Protocol
  • RFC 2822(RFC 822)：Internet Message Format
• 早期邮件只支持7bit ASCII编码，1993年提出了MIME标准
  • RFC 2045 — 2049
  • 在邮件首部中说明了数据类型(如文本、声音、图像、视像等)，可在邮件中多种类型的数据
• 读取邮件的协议：POP3和IMAP
  • POP3—Post Office Protocol
  • IMAP—Internet Message Access Protocol
• 电子邮件系统的两种实体：
  • 用户代理UA(User Agent)
    • 是用户与电子邮件系统的接口，即电子邮件客户端软件
    • 用户代理的功能：撰写、显示、处理和通信
  • 邮件服务器
    • 用于发送和接收邮件，并向发信人报告传送结果(已交付、被拒绝、丢失等）
    • 邮件服务器按照客户/服务器方式工作
    • 使用发送和读取两个不同的协议，即发送邮件的SMTP协议和客户端读取邮件的POP3协议
    • 一个邮件服务器既可以作为客户，也可以作为服务器

简单邮件传送协议 SMTP

• 简介
  • SMTP规定了两个相互通信的SMTP进程之间应如何交换信息
  • SMTP使用客户/服务器方式
    • 负责发送邮件的SMTP进程就是SMTP 客户
    • 负责接收邮件的SMTP进程就是SMTP服务器
  • SMTP定义了14条命令和21种应答信息
    • 每条命令用4个字母组成
    • 每一种应答信息一般只有一行信息，由一个3位数字的代码开始，后面附上(也可不附上)简单的文字说明
• SMTP通信的三个阶段
  • 连接建立：连接在发送主机的SMTP客户和接收主机的SMTP服务器之间建立，不使用中间邮件服务器
  • 邮件传送
  • 连接释放：邮件发送完毕后，SMTP释放TCP 连接

电子邮件的信息格式

• RFC 2822(RFC 822)：Internet Message Format
• 一个电子邮件分为信封和内容两大部分
• RFC 822只规定了邮件内容中的首部(header)格式，而对邮件的主体(body)部分则由用户自由撰写
• 首部中的主要字段
  • To：后面填入一个或多个收件人的e-mail地址
  • Subject：邮件的主题，反映了邮件的主要内容
  • Cc：抄送(Carbon copy)，表示给某人发送一个邮件副本
  • From：发信人的电子邮件地址
  • Date：发信日期
  • Reply-to：对方回信地址

MIME

• MIME—Multi-purpose Internet Mail Extension
• SMTP的问题
  • 只能传送7 位ASCII码
  • 不能传送二进制数据：程序、图片、音乐、东方语言、…
• MIME的思路
  • 继续使用目前的[RFC 822]格式
  • 对二进制数据进行编码，将其转换为7 位ASCII码
  • 邮件首部中增加字段，定义数据类型和编码规则

• 传输编码规则：
  • base64: 又称为Radix-64 (基数64转换)，原始二进制数据中的每6bit被映射为8bit(ASCII字符)
  • quoted-printable: 原始二进制数据的8bit表示为2 个16进制数，前加“=”