应用层应及用层协议.ppt

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1、第2章 应用层及应用层协议袁津生 主编主要内容 2.1 应用层的工作模式 2.2 域名系统DNS 2.3 万维网WWW 2.4 电子邮件系统 2.5 文件传输服务与FTP协议主要内容 因 特 网 体 系 结 构 的 最 高 层 是 应 用 层，它 与 OSI 七 层体 系 结 构 的 高 层（会 话 层、表 示 层、应 用 层）相对 应，其 协 议 主 要 有 域 名 系 统 DNS、超 文 本 传 输协 议 HTTP、简 单 邮 件 传 输 协 议 SMTP、文 件 传 输协议FTP 等。本章将讨论这些协议及其应用。2.1 应用层的工作模式应用层的工作模式 网络应用通过端系统上运行的应用程序

2、来实现。提供应用服务的一端称为服务器，运行服务器程序；使用应用服务的一端称为客户端，运行客户程序。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。运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB 请求服务 得到服务客户服务器客户 A 向服务器 B 发出请求服务，而服务器 B 向客户 A 提供服务。因特网应用体系结构 HTTP SMTP DNS RTPTCP UDPIP网际层网络接口层运输层应用层 网络接口 1网络接口 2网络接口 32.2 域名系统DNS域名系统DNS DNS 的全称是Domain Name System，即域名系统。在网络中，每台主机

3、有独立的IP 地址后，就可以使用IP 地址来进行通信。但是32 位二进制的主机IP 地址十分难记，即使用点分十进制表示，也不容易记住。为了便于记忆，人们希望使用便于记忆的主机名字进行通信，DNS 就应运而生了。域名的概念 因特网上每一台主机都有一个用32 位二进制数表示的IP 地址，这是真正的唯一地址，为了便于记忆，又用4 组十进制数来表示32 位二进制数，这些数字也是很难记忆的。为此，人们就仿照通信地址给每台主机起个名字，因特网上称为域名。域名系统就是在层次型命名机制的原理上建立的一种网络名字标识系统，其核心是域名（Domain Name）。因特网采用了层次树状结构的命名方法。任何一个连接在

4、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。域名的概念 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。域名只是个逻辑概念，并不代表计算机所在的物理地点。域是根据网络中主机的组织性质或者地理位置关系进行划分的。根据组织性质划分的域称为组织域，根据地理位置划分的域称为地理域。顶级域名 为了保证域名系统的通用性，因特网定义了一些最高级别的域，称为顶级域名。顶级域名分为国家顶级域名nTLD 和通用顶级域名gTLD。国家顶级域名：如：.cn 表示中国，.us 表示美国，.uk 表示英国，.jp 表示日本等等。通用顶级域名：如：.c

5、om 表示公司和企业，.net表示网络服务机构，.org 表示非赢利性组织，.edu 表示教育机构，.gov 表示政府部门，.mil 表示军事部门，.int 表示国际组织等。因特网的域名空间根四级域名mailwwwbj edu comcctv ibm hp二级域名pku bjfu 三级域名mail www com net org edu gov aero cn uk 顶级域名 域名服务器 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。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：负责一个区的域名服务器。本地域名服务器：当一个主机发出DNS 查询请求

6、时，这个查询请求报文就发送给本地域名服务器。域名解析原理 域名是一种层次结构的地址形式，但是在网络传输中，数据包中地址的标识采用的是IP 地址，因此就存在从域名地址到IP 地址的映射问题，也就是域名解析。当需要将一个主机域名映射为IP 地址时，就调用域名解析函数，解析函数将待转换的域名放在DNS 请求中，以UDP 报文方式发给本地域名服务器。本地的域名服务器查到域名后，将对应的IP 地址放在应答报文中返回。域名的解析过程迭代查询 本地域名服务器向根域名服务器的查询。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：“下一步应当向哪一个

7、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。迭代查询过程顶级域名服务器本地域名服务器根域名服务器迭代查询 的 IP 地址 递归查询需要查找 的 IP 地址域名管理系统 域名系统DNS 提供了管理名字的方法。正如前面介绍的，系统中的每一层叫做一个域，每个域用圆点分开，如，等，域名的级数通常不多于 5 个，从左到右级别逐渐变高，高一级域包含低一级域。每一级域内可以更改或增加子域名。例如在某个域中增加另一个子域名就不需任何上级批准，只是在全球性域名数据库中增加了一个新域名记录而已。同样，在某个域下增加一台新计算机，并分配一个名字给这台计算机，也无需任何上级同意。只要每个上级给它的下级的

8、名字是唯一的，那么因特网上就不会有任何两个系统的域名是相同的。2.3 万维网WWW万维网的基本组成 万维网WWW（World Wide Web）是一个大规模的、联机式的信息储藏所，也可以简称为Web。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，从而主动地获取网络上丰富的信息。万维网采用客户/服务器模式，万维网由Web 服务器、Web 浏览器、超文本传输协议HTTP 和Web 网页组成。WWW 的工作流程 WWW 采用客户机/服务器的工作模式，工作流程具体如下：（1）用户使用浏览器或其他程序建立客户机与服务器连接，并发送浏览请求。（2）Web 服务器接收到请求后，返回信息到

9、客户机。（3）通信完成，关闭连接。万维网的工作过程 因特网服务器链接到URL的超链HTTP 使用此 TCP 连接浏览器 程序服务器 程序HTTP客户建立 TCP 连接释放 TCP 连接HTTP 响应报文 响应文档HTTP 请求报文 请求文档Web 服务器 Web 服务器也称为WWW（Word Wide Web）服务器，主要功能是提供网上信息浏览服务。Web 服务器是指驻留于因特网上某种类型计算机的程序。当Web 浏览器（客户端）连到服务器上并请求文件时，服务器将处理该请求并将文件发送到该浏览器上。服务器使用HTTP（超文本传输协议）进行信息交流。Web 服务器使用三种技术：文件的传输使用HTT

10、P 协议来完成；文档格式采用超文本标记语言HTML；浏览器使用统一资源定位器URL 来浏览网上的资源。浏览器的结构与远程服务器通信输出至显示器从鼠标和键盘输入网 络 接 口可选客户程序HTML解释程序可选解释程序控 制 程 序驱动程序HTTP 客户程序缓 存超文本传输协议HTTP 超文本传输协议HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）是因特网上应用最为广泛的一种网络协议。HTTP 定义了Web服务器和浏览器之间信息交换的格式规范。运行在不同操作系统上的客户浏览器程序和Web 服务器程序通过HTTP 协议实现彼此之间的信息交流和理解。HTTP 协议主要定义了两种报文格

11、式，一种是HTTP 请求报文，定义了浏览器向Web 服务器请求Web 服务时所使用的报文格式；另一种是HTTP 响应报文，定义了Web 服务器将响应得信息文件返回给用户浏览器所使用的报文格式。Web 网页 Web 网页是采用超文本标记语言HTML（HyperText Markup Language）格式形成的文件。每一个Web 页面可以由多个对象构成，一个对象是可以由单个URL 指定的文件，如 HTML 文件、JPG 图像、GIF 图像、Java 程序、语音片段等。大多数Web 页面由一个基本的HTML 文件和若干个所引用的对象构成。HTML 文档又分静态和动态文档。静态HTML 文档由标准的

12、HTML 语言构成，并不需要通过服务器或用户浏览器即时运算或处理生成。而动态HTML 文档是在用户请求Web 服务的同时产生的。超文本标记语言HTML 超文本标记语言HTML（Hyper Text Markup Language）是WWW 的描述语言。它是一种标记语言，用以标记信息的表示方式，它告诉浏览器如何显示信息，如何进行链接等。HTML 标记标签通常被称为HTML 标签，HTML 标签是由尖括号包围的关键词，比如。HTML 标签通常是成对出现的，比如 和，标签对中的第一个标签是开始标签，第二个标签是结束标签，开始和结束标签也被称为开放标签和闭合标签。个最基本的HTML 文档的代码 一个简

13、单的HTML 示例 欢迎光临我的主页 这是我的第一个主页 2.电子邮件系统电子邮件E-mail 电子邮件简称E-mail（Electronic Mail），是因特网为用户提供的最基本的服务，也是因特网上最广泛的应用。电子邮件系统一般都遵循以下几个原则：所有的电子邮件都使用标准的地址格式，并且每个邮箱在其名字空间里是唯一的。所有电子邮件报文都使用统一的报文格式，从而保证不同系统之间的邮件可以交换。电子邮件的发送方和接收方都使用统一的邮件传输协议对邮件进行传送，使用统一的报文传递协议向最终用户传递报文。SMTPPOP3发送邮件发送邮件 SMTP读取邮件TCP连接TCP连接发送方邮件服务器SMTP客

14、户POP3客户发件人用户代理接收方邮件服务器SMTP服务器POP3服务器SMTP服务器SMTP客户收件人用户代理TCP 连接电于邮件的工作原理 电子邮件系统结构 电子邮件系统一般包括两个子系统：用户代理 UA（Use Agent）和报文传输代理MTA（Message Transfer Agent）。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。报文传输代理MTA 主要负责邮件的传输，将邮件从发送端传送到接收端，是电子邮件系统的核心。邮件报文交付的3 个阶段 接收方发送方邮件缓存接收端邮件服务器用户代理SMTPSMTPPOP3发送端邮件服务器用户代理用户邮箱(发送邮件)（发送

15、邮件）(读取邮件)因特网第1阶段（SMTP）第2阶段（SMTP）第3阶段（邮件存取）SMTP客户 SMTP服务器 SMTP服务器用户读取邮件POP3 协议 POP3 即邮局协议的第3 个版本，该协议规定了将个人计算机与邮件服务器之间收发邮件的标准。它是因特网电子邮件的第一个离线协议标准，POP3 协议允许用户从服务器上把邮件存储到本地主机上，同时根据客户端的操作删除或保存在邮件服务器上的邮件，而POP3 服务器则是遵循POP3 协议的接收邮件服务器，用来接收电子邮件的。POP3 协议是TCP/IP 协议族中的一员，默认端口为110，该协议支持使用客户端对远程服务器上的电子邮件进行管理。IMAP

16、 协议 IMAP 协议是斯坦福大学在1986 年开发的研发的一种邮件获取协议。它的主要作用是邮件客户端可以通过这种协议从邮件服务器上获取邮件的信息，下载邮件等。IMAP 协议运行在TCP/IP 协议之上，使用的端口是143。它与POP3 协议的主要区别是用户可以不用把所有的邮件全部下载，可以通过客户端直接对服务器上的邮件进行操作。基于Web 的电子邮件 在基于Web 的邮件系统中用户代理就是浏览器，用户与远程邮箱之间的通信使用的是HTTP 协议，而不是POP3 或IMAP 协议。邮件服务器之间的通信仍然使用SMTP 协议。HTTP HTTPA BSMTP发送方邮件服务器 接收方邮件服务器2.5

17、文件传输服务与FTP协议FTP 特点 文件传送协议 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。FTP 的两个连接 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。数据连接：专门用于传输文件。服务器端的控制进程在接收到 FTP 客户发送来

18、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 控制进程数据传送进程用户界面控制进程数据传送进程客户端 服务器端因特网控制连接数据连接 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

19、连接不会发生混乱。FTP 的访问机制 FTP 访问可以分为严格的FTP 访问和匿名FTP 访问两种方式。严格的FTP 访问要求客户给出文件所在主机上的一个合法账号，包括登录名和口令，才能访问文件。匿名访问给用户提供了一种方便的访问方式，它是一种非严格的访问控制，但FTP 服务器通常将匿名访问限制在某一个目录下的公共文件。常用的FTP 客户程序有3 种类型：传统的FTP 命令行、Web 浏览器、FTP 下载工具。FTP 登录过程 正常数据连接 被动数据连接 思考题 1 什么是客户服务器模式？它们各有何特点？2 域名系统的主要功能是什么？3 简述域名解析的过程。4 连接在因特网上的主机名必须是惟一的吗？5 一个单位的DNS 服务器可以采用集中式的一个DNS 服务器，也可以采用分布式的多个DNS 服务器，哪一种方案更好些？6 对同一个域名向DNS 服务器发出好几次的DNS 请求报文后，每一次得到IP 地址都不一样，这可能吗？7 简述FTP 的工作原理。8 简述电子邮件的工作过程。9 简要说明WWW、HTTP 和HTML 的联系和区别。10 FTP 为什么要分别创建控制连接和数据连接？在通常的应用中，采用什么样的文件格式和传输模式进行文件传输。