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计算机网络-应用层

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  • Computer-Network

计算机网络理论，应用层。

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。

应用程序通过套接字接入到网络。

域名系统DNS

域名系统（Domain Name System，DNS）是Internet使用的命名系统，用于将域名转换为IP地址。

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采用层次树状结构的域名系统，根域名服务器（root name server）是树的根节点。··· .三级域名.二级域名.顶级域名。

顶级域名（Top-Level Domain，TLD）：

  • 国家顶级域名（Country Code Top-Level Domain，ccTLD）：如.cn、.us、.uk
  • 通用顶级域名（Generic Top-Level Domain，gTLD）：如.com、.org、.net

域名服务器的层次结构：

  1. 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
  2. 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
  3. 权威域名服务器：负责一个区（zone）的域名服务器
  4. 本地域名服务器：负责域名解析的本地域名服务器

根域名服务器共有13台，分布在全球。

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

DNS查询过程

文件传输协议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

要解决的几个问题：

  1. 怎样标识分布在Internet上的万维网文档？——URL
  2. 用什么协议实现万维网上各种超链的链接？——HTTP
  3. 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的一般形式为：

<协议>://<主机名>:<端口号>/<路径>
  • 协议：指明访问资源所使用的协议，如http、ftp、news等
  • 主机名：指明资源所在主机的域名或IP地址
  • 端口号：指明服务器正在监听的端口号，http默认端口号为80
  • 路径：指明服务器上资源的具体位置，若省略路径，则默认指主页

超文本传输协议HTTP（HyperText Transfer Protocol）

HTTP是一个无状态的协议，即服务器不保留关于客户的任何信息。

基于TCP协议，使用80端口。

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。

请求一个页面的过程：

  • 首先建立TCP连接，需3次握手
  • 在2次握手后，第3次握手报文的数据部分可传送HTTP请求报文
  • 服务器收到请求报文后，返回HTTP应答报文
  • 请求文档所需时间 = 2 * RTT + 文件传输时间

HTTP/1.0每传送一个文件都需要建立一次TCP连接；HTTP/1.1进行了改进。 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

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。

  • 方法：一些命令，如GET、POST、HEAD
  • URL：请求资源的URL
  • 版本：HTTP的版本号

在请求报文中，开始行就是请求行

HTTP请求报文

HTTP应答报文的开始行是状态行。状态码都是三位数字：

  • 1XX：通知信息
  • 2XX：成功
  • 3XX：重定向
  • 4XX：客户端错误
  • 5XX：服务器错误

HTTP应答报文

超文本标记语言HTML（HyperText Markup Language）

HTML是一种标记语言，用于描述超文本文档的结构。定义了很多排版的命令，即标签（tag）。

安全的HTTP协议：HTTPS

HTTPS是HTTP的安全版本，使用SSL/TLS协议进行加密传输。HTTPS使用443端口。

SSL/TLS协议是在TCP之上的协议，SSL/TLS协议的主要功能是保护Internet通信的安全性。

电子邮件

发送电子邮件的协议：SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）

接收电子邮件的协议：POP3（Post Office Protocol Version 3）、IMAP（Internet Mail Access Protocol）

电子邮件发送过程

电子邮件系统的两种实体：

  • 用户代理（User Agent，UA）：用户使用的邮件客户程序
  • 邮件服务器（Mail Server）：接收、存储和转发邮件的服务器，邮件服务器既可以作为客户，也可以作为服务器

SMTP协议

SMTP通信的三个阶段

  1. 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
  2. 邮件传送
  3. 连接释放：邮件发送完毕后，SMTP释放TCP 连接

电子邮件的格式

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协议

MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）协议是为了解决SMTP协议只能传送ASCII码文本的问题。

邮件首部中增加字段，定义数据类型和编码规则。