第七章应用层

第七章应用层

7.1域名系统

7.1.1IP地址与域名1、主机IP地址为了确保通信时能相互识别，在Internet上的每台主机都必须有一个惟一的标识，即主机的IP地址。IP协议就是根据IP地址实现信息传递的。IP地址由32位（即4字节）二进制数组成，为书写方便起见，常将每的个字节作为一段并以十进制数来表示，每段间用“.”分隔。例如，就是一个合法的IP地址。

IP地址由网络标识和主机标识两部分组成。常用的IP地址有A、B、C三类，每类均规定了网络标识和主机标识在32位中所占的位数。这三类IP地址的的表示范围分别为：

A类地址：～55

B类地址：～55

C类地址：～55

在IP地址的某个网络标识中，可以包含大量的主机（如A类地址的主机标识域为24位、B类地址的主机标识域为16位），而在实际应用中不可能将这么多的主机连接到单一的网络中，这将给网络寻址和管理带来不便。为解决这个问题，可以在网络中引入“子网”的概念。将主机标识域进一步划分为子网标识和子网主机标识，通过灵活定义子网标识域的位数，可以控制每个子网的规模。将一个大型网络划分为若干个既相对独立又相互联系的子网后，网络内部各子网便可独立寻址和管理，各子网间通过跨子网的路由器连接，这样也提高了网络的安全性。利用子网掩码可以产判断两台主机是否在同一子网中。子网掩码与IP地址一样也是32位二进制数，不同的是它的子网主机标识部分为全"0"。若两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相“与”后的结果相同，则说明这两台主机在同一网中。2.域名网络内部使用IP地址来引用资源，而人们往往倾向于使用便于记忆的ASCII名字，这就需要在资源的ASCII名字和它的IP地址之间建立起一种映射关系。域名系统是一种分级结构的基于域的命名方案和实现这种命名方案的分布式数据库：层次命名解决了大规模网络中名字冲突的问题；分布式数据库解决了表的维护与传播问题。域名系统通常由其它应用使用，将用户提供的主机名字或电子邮件地址转换成IP地址。7.1.2域名系统的概念Internet上的域名由域名系统DNS(DomainNameSystem)统一管理。DNS是一个分布式数据库系统，由域名空间、域名服务器和地址转换请求程序三部分组成。有了DNS，凡域名空间中有定义的域名可以有效地转换为对应的IP地址，同样，IP地址也可通过DNS转换成域名。DNS在概念上将因特网分成了200多个顶级域，每个顶级域被进一步划分成若干个二级子域，每个二级子域还可以再分子域，依次类推。一个指定的域是指树中一个特定的节点以及该节点以下所有的节点。某个域的域名用从该域开始向上直到树根（为空）的标号序列表示，标号之间用句点隔开，如。域名的任一后缀也是一个域。顶级域分为通用域和国家域两类。域名空间示意图7.1.3域名解析原理DNS的工作方式如下：应用程序调用一个称为解析器的库例程，将名字作为参数传递进去；解析器的内部配置了本地DNS服务器的地址，解析器将需要查询的信息封装成一个DNS请求报文，发送给本地域名服务器；若本地数据库中有所需的信息，本地域名服务器将查到的信息封装成DNS响应报文，封装到另一个UDP包（端口为53）中，发回给解析器；解析器从DNS响应报文取出查询结果，返回给调用者。若本地域名服务器不能查到结果，将向上一级域名服务器查询。DNS服务器的组织方式三种类型的DNS服务器：本地域名服务器：只保存属于本子域的域名－IP地址对。根DNS服务器：知道所有顶级域服务器的IP地址，因特网上共有13个根DNS服务器；授权域名服务器：是经过上一级授权对域名进行解析的服务器，同时它可以把解析授权转授给其他人。许多域名服务器同时充当授权域名服务器和本地域名服务器7.2电子邮件E-mail是Internet上使用最广泛的一种服务。用户只要能与Internet连接，具有能收发电子邮件的程序及个人的E-mail地址，就可以与Internet上具有E-mail所有用户方便、快速、经济地交换电子邮件可以在两个用户间交换，也可以向多个用户发送同一封邮件，或将收到的邮件转发给其它用户。电子邮件中除文本外，还可包含声音、图像、应用程序等各类计算机文件。此外，用户还可以邮件方式在网上订阅电子杂志、获取所需文件、参与有关的公告和讨论组，甚至还可浏览WWW资源。

7.2.1电子邮件的基本概念用户E-mail地址的格式为：用户名@主机域名。其中用户名是用户在邮件服务器上的信箱名，通常为用户的注册名、姓名或其它代号，主机域名则是邮件服务器的域名。用户名和主机域名之间用“@”分隔。例如，hmchang@即表示域名为“”的邮件服务器上的用户“hmchang”的E-mail地址。

由于主机域名在Internet上的惟一性，所以，只要E-mail地址中用户名在该邮件服务器中是惟一的，则这个E-mail地址在整个Internet上也是惟一的。

收发电子邮件必须有相应的软件支持。常用的收发电子邮件的软件有Exchange、OutlookExpress等，这些软件提供邮件的接收、编辑、发送及管理功能。大多数浏览器也都包含收发电子邮件的功能，如InternetExplorer。

邮件服务器使用的协议有简单邮件转输协议SMTP(SimpleMailTransferProtocol)、电子邮件扩充协议MIME(MultipurposeInternetMailExtensions)和邮局协议POP(PostOfficeProtocol)。POP服务需由一个邮件服务器来提供，用户必须在该邮件服务器上取得账号才可能使用这种服务。目前使用得较普遍的POP协议为第3版，故又称为POP3协议。

7.2.2

简单邮件传输协议SMTP使用SMTP的邮件传输过程：客户机上的消息传输代理与服务器上的SMTP守护进程（在端口25上监听）建立TCP连接；服务器发送准备好报文，若服务器未准备好，客户机释放连接；客户机向服务器通报信件的发送方和接收方；若接收方信箱在服务器上，服务器通知客户机继续，客户机将信件发给服务器，服务器将信件放入相应的信箱后进行响应；重复以上过程，将信件全部发完；服务器交换发送方和接收方的身份，邮件反向流动；当两个方向的信件均交换完后，释放连接。Messagetransferagent:信息（邮件）传输代理

Useragent:用户代理7.2.3邮局协议POP邮局协议POP3用户激活一个POP3客户，该客户与带有永久邮箱的计算机的端口110（POP3守护进程）建立一个TCP连接；用户发送用户名和口令进行身份鉴别；身份鉴别成功，用户发送POP3命令，将邮件接收到本地，并可将邮件标记为删除；当客户发出退出命令时，服务器删除所有标记的邮件，回应客户；释放连接。POP3协议支持将邮件下载到客户机，同时在服务器上保留备份，但是大多数邮件软件都是简单地下载邮件，然后将邮箱清空。7.2.4Internet消息访问协议IMAPInternet邮件访问协议IMAPIMAP可以和POP一样，工作在离线方式IMAP客户机也可以在线方式或断开连接方式下工作。在线方式中,IMAP允许用户将所有邮件无限期地保留在服务器中，在线地阅读邮件，并允许用户动态地在服务器上创建、删除和管理多个信箱，将阅读过的信件放到相应的信箱中保存。在断开连接方式下,一部分信函在服务器上,而另部分信函是在本地客户机上。由于在断开连接方式下,本地系统上的消息状态与服务器上的消息状态再次连接时,可能会出现错误,因此需要一种同步措施。IMAP给信函信箱内的各个消息分配了一个统一的识别符。7.3万维网（WorldWideWeb）从用户的角度来看，Web是由数量巨大且遍布全球的文档组成，这些文档称为Web页（Webpage）。每个页除了含有基本的信息之外，还包含格式命令和指向其它页的链接：格式命令：用于指示如何显示文档中的数据；链接：用于指示如何获取另一个文件。包含链接信息的文本串或图形称为超级链接（hyperlink），当用户点击一个超级链接时，该超级链接指向的页会被取回，并显示在用户屏幕上。包含超级链接的页称为超文本（hypertext）页或超媒体（hypermedia）页，它们的区别在于文档内容。页需要用称为浏览器的程序阅读，浏览器负责取回指定的页，并按照指定的格式显示在屏幕上。网页获取Web采用客户/服务器模式工作，客户为浏览器软件，服务器是运行在Web服务器上的一个软件程序；服务器平时总在端口80上监听客户的连接请求，当用户点击了一个超级链接后：浏览器找到该链接所指的网页的名字与网页所在的服务器建立一个TCP连接向服务器发送取网页的请求服务器将请求的网页发送给浏览器释放TCP连接Web工作模型7.3.2超文本传输协议HTTPHTTP协议：浏览器与Web服务器之间通信使用的协议，规定了客户方与服务器方通信所使用的命令及响应。HTTP通常运行在TCP连接之上，使用端口80。基本工作模式：浏览器向服务器发送HTTP请求，服务器返回响应，然后释放连接。服务器不保留以前的请求或会话的历史记录。持久连接：从HTTP/1.1开始使用持久连接方式，一旦客户建立了和特定服务器的TCP连接，该连接就在多个请求和响应过程中一直存在，直到某一方关闭连接。HTTP/1.1的默认方式为使用持久连接。非流水线方式：客户只能在收到前一个请求的响应后才能发送下一个请求；流水线方式：客户可以连续发送多个请求而不需要等待响应，服务器也可以进行连续响应。使用持久连接的缺点是要标识发送的每一个数据项的开头和结尾。HTTP通常使用的方法是先发送数据项的长度，然后再发送数据项。7.3.3统一资源定位器URL为在全网范围内确定一个页，页名必须包括：页的存放地址，页在宿主机中的全路径名，页的访问方法。符合这三个条件的名字称为URL。UniformResourceLocator（URL）的一般格式为schemename://host/pathSchemename：方法名，指出访问网页的协议名称，常见的方法有http、ftp、telnet等；Host：网页所在宿主机的域名Path：网页在宿主机上的全路径名如：http:///wwwroot/index.htm7.4其它服务

7.4.1文件传输FTP文件传输协议FTP：规定了两台计算机上的FTP软件如何进行交互；FTP使用两条TCP连接完成文件传输：控制连接：使用端口21，用于传送客户的命令和服务器的响应；控制连接在整个会话期间一直保持。数据连接：使用端口20，用于传输文件，每个数据连接只传输一个文件；FTP用关闭连接来表示一个文件传输结束。文件传输（续）使用分开的控制连接和数据连接的优点：简化协议的设计和实现；控制连接在文件传输过程中一直可用，比如客户可以随时发送终止传输的命令；数据连接的关闭可用于通知对方文件传输结束，允许动态创建文件；建立数据连接的过程：客户进程为数据连接选择一个本地的临时端口号，并在该临时端口上等待服务器的连接请求；客户进程在控制连接上用PORT命令将临时端口号发送给服务器；服务器收到端口号后，发送一个连接请求，同客户机的该端口建立一个数据连接，服务器用于数据连接的端口号总是20。FTP连接7.4.2远程登录TelnetTelnet协议是Internet远程登陆服务的标准协议和主要方式。它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工