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1、计算机网络,张长明ncepubd,第6章 应用层6.1 域名系统 DNS6.2 文件传送协议6.3 远程终端协议 TELNET 6.4 万维网 WWW6.5 电子邮件6.6 动态主机配置协议 DHCP 6.7 简单网络管理协议 SNMP6.8 应用进程跨越网络的通信,应用层协议的特点 每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题，而问题的解决又往往是通过位于不同主机中的多个应用进程之间的通信和协同工作来完成的。应用层的具体内容就是规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
2、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。,6.1 域名系统 DNS6.1.1 域名系统概述域名系统DNS是因特网使用的名字系统，用来把便于人们使用的机器名字转换为IP地址。许多应用层软件经常直接使用域名系统 DNS(Domain Name System)，但计算机的用户只是间接而不是直接使用域名系统。因特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。名字到 IP 地址的解析是由若干个域名服务器程序完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行，运行该程序的机器称为域名服务器。,6.1.2 因特网的域名结构因特网采用了层次树状结构的命名方法。任何
3、一个连接在因特网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名。域名的结构由标号序列组成，各标号之间用点隔开：.三级域名.二级域名.顶级域名各标号分别代表不同级别的域名。,顶级域名 TLD（Top Level Domain）(1)国家顶级域名nTLD：如.cn 表示中国，.us表示美国，.uk 表示英国，等等。(2)通用顶级域名 gTLD：如.com 表示公司和企业，.net表示网络服务机构。(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。,因特网的域名空间,根,6.1.3 域名服务器 一个服务
4、器所负责管辖的（或有权限的）范围叫做区(zone)。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。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 服务器的管辖范围是以“区”为单位。,区的不同划分方法举例,域,区,abc,x,u,v,w,t,y,(a)区=域,com,edu,org,根,树状结构的 DNS 域名服务器,根域名服务器,org 域名服务器,com 域名服务器,edu 域名服务器,域名服务器,abc 公司有两个权限域名服务器,权限域名服务器,根域名服务器,顶级域名服务器,域名服务器,域名服务器有以下四种类型根
5、域名服务器 顶级域名服务器 权限域名服务器 本地域名服务器,根域名服务器最高层次的域名服务器根域名服务器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。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。因特网上共有13 套不同 IP 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）。,根域名服务器最高层次的域名服务器（续）根域名服务器共有 13 套装置（不是13个机器），这些根域名服务器相应的域名分别是 到 2006 年底全世界已经安装了一百多个根域名服务器机
6、器，分布在世界各地。目的是为了方便用户，使世界上大部分 DNS 域名服务器都能就近找到一个根域名服务器。,举例：根域名服务器 f 的地点分布图,根域名服务器并不直接把域名直接转换成 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。,共 40 个机器,顶级域名服务器（即 TLD 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还不能给出最后的查询
7、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。这种域名服务器有时也称为默认域名服务器。,提高域名服务器的可靠性DNS 域名服务器都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。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。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
8、保证了数据的一致性。,域名的解析过程 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：“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。,本地域名服务器采用迭代查询,顶级域名服务器,权限域名服务,本地域名服务器,根域名服务器,迭代查询,递归查询,需要查找 的 I
9、P 地址,本地域名服务器采用递归查询（比较少用）,顶级域名服务器,权限域名服务,本地域名服务器,根域名服务器,递归查询,递归查询,需要查找 的 IP 地址,名字的高速缓存 每个域名服务器都维护一个高速缓存，存放最近用过的名字以及从何处获得名字映射信息的记录。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。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（例如，每个项目只存放两天）。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。,6
10、.2 FTP协议文件传送协议 FTP 是因特网上使用得最广泛的文件传送协议，相应因特网标准是RFC 959。FTP 使用 TCP 可靠的运输服务。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。,主进程的工作步骤如下打开熟知端口（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。当有服务请求到达时，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。回到等待状
11、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。,FTP 使用的两个 TCP 连接,两个不同的端口号 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
12、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。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。,使用两个不同端口号的好处 使协议更加简单和更容易实现。在传输文件时还可以利用控制连接（例如，客户发送请求终止传输）。,6.4 万维网 WWW6.4.1 万维网概述万维网 WWW(World Wide Web)并非某种特殊的计算机网络。万维网是一个大规模的、联机式的信息储藏所。万维网用链接的方法能非常方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需获取丰富的信息。这种访
13、问方式称为“链接”。,万维网提供分布式服务,万维网站点 A,万维网站点 C,万维网站点 E,万维网站点 D,万维网站点 B,超媒体与超文本万维网是分布式超媒体(hypermedia)系统，它是超文本(hypertext)系统的扩充。所谓超文本是包含指向其它文档的链接的文本。一个超文本由多个信息源链接成。利用一个链接可使用户找到另一个文档。这些文档可以位于任何一个接在因特网上的超文本系统中。超媒体与超文本的区别是文档内容不同。超文本文档仅包含文本信息，而超媒体文档还包含其他表示方式的信息，如图形、图像、声音、动画、视频图像等。,万维网的工作方式 万维网以客户服务器方式工作。浏览器就是在用户计算机
14、上的万维网客户程序。万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序，这个计算机称为万维网服务器（Web服务器）。客户程序向服务器程序发出请求，服务器程序向客户程序送回客户所要的万维网文档。在一个客户程序主窗口上显示出的万维网文档称为页面(page)。,万维网必须解决的问题(1)怎样标志分布在整个因特网上的万维网文档？使用统一资源定位符 URL(Uniform Resource Locator)来标志万维网上的各种文档。并且每一个文档在整个因特网的范围内具有唯一的标识符 URL。,URL 的一般形式,URL 的一般形式是：,:/:/,URL 的一般形式,URL 的一般形式是：,:/:/,URL 的一般
15、形式,URL 的一般形式是：,:/:/,万维网必须解决的问题（二）(2)用何协议实现万维网上各种链接？在万维网客户程序与万维网服务器程序之间进行交互所使用的协议，是超文本传送协议 HTTP(HyperText Transfer Protocol)。HTTP 是一个应用层协议，它使用 TCP 连接进行可靠的传送。,万维网必须解决的问题（三）(3)怎样使各种万维网文档都能在因特网上的各种计算机上显示出来，同时使用户清楚地知道在什么地方存在着链接？超文本标记语言 HTML 使得万维网页面的设计者可以很方便地用一个超链从本页面的某处链接到因特网上的任何一个万维网页面，并且能够在自己的计算机屏幕上将这些
16、页面显示出来。,万维网必须解决的问题（四）(4)怎样使用户能够很方便地找到所需的信息？为了在万维网上方便地查找信息，用户可使用各种的搜索工具（即搜索引擎）。,6.5 电子邮件6.5.1 概述电子邮件的一些标准发送邮件的协议：SMTP读取邮件的协议：POP3 和 IMAP通用因特网邮件扩充MIME在其邮件首部中说明了邮件的数据类型(如文本、声音、图像、视像等)，使用 MIME 可在邮件中同时传送多种类型的数据。,电子邮件的最主要的组成构件,用户代理 和邮件服务器用户代理 UA 就是用户与电子邮件系统的接口，是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。邮件服务器的功能是发送和接收
17、邮件，同时还要向发信人报告邮件传送的情况（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。邮件服务器需要使用发送和读取两个不同的协议。,应当注意，一个邮件服务器既可以作为客户，也可以作为服务器。例如：当邮件服务器 A 向另一个邮件服务器 B 发送邮件时，邮件服务器 A 就作为 SMTP 客户，而 B 是 SMTP 服务器。当邮件服务器 A 从另一个邮件服务器 B 接收邮件时，邮件服务器 A 就作为 SMTP 服务器，而 B 是 SMTP 客户。,发送和接收电子邮件的几个重要步骤 发件人调用 PC 机中的用户代理撰写和编辑要发送的邮件。发件人的用户代理把邮件用 SMTP 协议发给发送
18、方邮件服务器。SMTP服务器把邮件临时存放在邮件缓存队列中，等待发送。发送方邮件服务器的 SMTP 客户与接收方邮件服务器的 SMTP 服务器建立 TCP 连接，然后就把邮件缓存队列中的邮件依次发送出去。,发送和接收电子邮件的几个重要步骤 运行在接收方邮件服务器中的SMTP服务器进程收到邮件后，把邮件放入收件人的用户邮箱中，等待收件人进行读取。收件人在打算收信时，就运行 PC 机中的用户代理，使用 POP3（或 IMAP）协议读取发送给自己的邮件。请注意，POP3 服务器和 POP3 客户之间的通信是由 POP3 客户发起的。,电子邮件的组成电子邮件由信封(envelope)和内容(conte
19、nt)两部分组成。电子邮件的传输程序根据邮件信封上的信息来传送邮件。用户在从自己的邮箱中读取邮件时才能见到邮件的内容。在邮件的信封上，最重要的就是收件人的地址。,电子邮件地址的格式,TCP/IP 体系的电子邮件系统规定电子邮件地址格式如下：收件人邮箱名邮箱所在主机的域名(6-1)符号“”读作“at”，表示“在”的意思。例如，电子邮件地址,6.5.2 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。由于 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 客户，而负责接收邮件的 SMTP 进程就是 SMTP 服务器
20、。SMTP 规定了 14 条命令和 21 种应答信息。每条命令用 4 个字母组成，而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）很简单的文字说明。,SMTP 通信的三个阶段连接建立阶段1.SMTP客户使用SMTP的熟知端口25与邮件服务器的SMTP服务器建立TCP连接。（SMTP不使用中间的邮件服务器。)2.接收方SMTP服务器发出“220 Service ready”3.SMTP客户向SMTP服务器发送HELLO命令，附上发送方的主机名。4.SMTP服务器若能接收则回答“250 OK”，表示准备好接收；否则回答“421 Service not avai
21、lable”，表示服务不可用。,SMTP 通信的三个阶段邮件传送阶段1.发送方发送MAIL命令。MAIL FROM:2.若SMTP服务器准备好接收，则回答“250 OK”。否则返回一个差错代码，指出原因。3.发送一个或多个RCPT命令，取决于把同一邮件发给多少收件人。其格式为：RCPT TO：。发送方每发送一个RCPT命令，服务器都应返回信息，表明收件人邮箱是否在接收方系统上。4.发送方发送DATA命令，表示开始传送邮件内容。5.服务器返回信息：“354 Start mail input；end with.”，若不能接收则返回421（服务器不可用）、500（命令无法识别）等。SMTP客户发送邮
22、件内容，并以.结束。若邮件收到，则SMTP服务器返回“250 OK”，或返回差错代码。,SMTP 通信的三个阶段连接释放阶段 1.邮件发送完毕后，SMTP客户发送QUIT命令。2.SMTP服务器返回“221（服务关闭）”，表示SMTP服务器同意释放TCP连接，邮件传送结束。,6.5.3 电子邮件的信息格式 RFC 822（因特网文本报文格式）只规定了邮件内容中的首部(header)格式，而对邮件的主体(body)部分则让用户自由撰写。用户写好首部后，邮件系统将自动地将信封所需的信息提取出来并写在信封上。所以用户不需要填写电子邮件信封上的信息。邮件内容首部包括一些关键字，后面加上冒号。最重要的关
23、键字是：To 和 Subject。,邮件内容的首部“To:”后面填入一个或多个收件人电子邮件地址。“Subject:”是邮件的主题。它反映了邮件的主要内容，便于用户查找邮件。抄送“Cc:”表示应给某某人发送一个邮件副本。“From”和“Date”表示发信人的电子邮件地址和发信日期。一般由邮件系统自动填入。“Reply-To”是对方回信所用的地址。,6.5.4 邮件读取协议1.邮局协议（版本3）POP3邮局协议 POP 是一个非常简单、但功能有限的邮件读取协议，现在使用的是它的第三个版本 POP3。POP 也使用客户服务器工作方式。在接收邮件的用户 PC 机中必须运行 POP 客户程序，而在用户
24、所连接的 ISP 的邮件服务器中则运行 POP 服务器程序。POP3协议的一个特点：只要用户从POP服务器读取了邮件，POP服务器就把该邮件删除。,2.网际报文存取协议IMAP 也是按客户服务器方式工作，现在较新的是版本 4，即 IMAP4。用户在自己的 PC 机上就可以操纵 ISP 的邮件服务器的邮箱，就像在本地操纵一样。因此 IMAP 是一个联机协议。当用户 PC 机上的 IMAP 客户程序打开 IMAP 服务器的邮箱时，用户就可看到邮件的首部。若用户需要打开某个邮件，该邮件才传到用户的计算机上。,IMAP 的特点IMAP最大的好处就是用户可以在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读和处理
25、自己的邮件。IMAP 还允许收件人只读取邮件中某一个部分。例如，收到了一个带有视频附件（此文件可能很大）的邮件。为了节省时间，可以先下载邮件的正文部分，待以后有时间再读取或下载这个很长的附件。IMAP 的缺点是如果用户没有将邮件复制到自己的PC机上，则邮件一直存放在IMAP服务器上。因此用户需要经常与 IMAP 服务器建立连接。,必须注意，不要将邮件读取协议 POP 或 IMAP 与邮件传送协议 SMTP 弄混。发信人的用户代理向源邮件服务器发送邮件，以及源邮件服务器向目的邮件服务器发送邮件，都是使用 SMTP 协议。而 POP 协议或 IMAP 协议则是用户从目的邮件服务器上读取邮件所使用的
26、协议。,6.5.5 基于万维网的电子邮件电子邮件从 A 发送到网易邮件服务器是使用 HTTP 协议。两个邮件服务器之间的传送使用 SMTP。邮件从新浪邮件服务器传送到 B 是使用 HTTP 协议。,HTTP,HTTP,A,B,SMTP,网易邮件服务器,新浪邮件服务器,6.5.6 通用因特网邮件扩充 MIME1.MIME 概述 SMTP 有以下缺点：SMTP不能传送可执行文件或其他的二进制对象。SMTP限于传送 7 位的 ASCII 码。许多其他非英语国家的文字（如中文、俄文，甚至带重音符号的法文或德文）就无法传送。SMTP服务器会拒绝超过一定长度的邮件。某些SMTP 的实现并没有完全按照SMT
27、P的因特网标准。,MIME 的特点MIME 并没有改动 SMTP 或取代它。MIME 的意图是继续使用目前的因特网文本报文格式RFC 822，但增加了邮件主体的结构，并定义了传送非 ASCII 码的编码规则。,MIME 主要包括三个部分 5 个新的邮件首部字段，它们可包含在RFC 822首部中。这些字段提供了有关邮件主体的信息。定义了许多邮件内容的格式，对多媒体电子邮件的表示方法进行了标准化。定义了传送编码，可对任何内容格式进行转换，而不会被邮件系统改变。,MIME 增加 5 个新的邮件首部 MIME-Version:标志 MIME 的版本。现在的版本号是 1.0。若无此行，则为英文文本。Co
28、ntent-Description:这是可读字符串，说明此邮件主体是否是图像、音频或视频。Content-Id:邮件的唯一标识符。Content-Transfer-Encoding:在传送时邮件的主体是如何编码的。Content-Type:说明邮件主体的数据类型和子类型。,2.内容传送编码最简单的编码就是 7 位 ASCII 码，而每行不能超过 1000 个字符。MIME 对这种由 ASCII 码构成的邮件主体不进行任何转换。另一种编码称为 quoted-printable，这种编码方法适用于当所传送的数据中只有少量的非 ASCII 码。对于任意的二进制文件，可用 base64 编码。,3.内容类型 MIME着标准规定 Content-Type 说明必须含有两个标识符，即内容类型(type)和子类型(subtype)，中间用“/”分开。MIME 标准定义了 7 个基本内容类型和15种子类型。详见教材P263。,
