计算机网络基础-课件第8章-应用层协议

第8章应用层协议本章学习目标：了解应用层的概念理解客户端服务器（B/S）的网络计算模式了解DNS的作用掌握DNS的域名体系和域名解析过程了解实现电子邮件服务的两个主要协议了解FTP和TELNET协议的工作原理掌握HTTP协议的工作原理理解WWW所使用的URL和HTML8.1域名系统DNS域名系统DNS（DomainNameSystem），实现主机的域名与主机的IP地址之间的转换。应用层的很多软件经常使用DNS，但对于计算机用户来说只是间接使用而不是直接使用域名系统。由于DNS是分布式系统，所以即使某个DNS服务器出现了故障，也不会影响整个网络DNS系统的正常工作。DNS的标准描述：RFC1034,10358.1.1DNS概述域名服务器的工作过程：当计算机中的某个应用层进程需要把主机名解析为IP地址时，该进程就成为DNS服务器的一个客户端，把待解析的域名放在DNS请求报文中，以UDP数据报的方式发给DNS服务器（在本地的网络参数中配置）使用UDP协议而不使用TCP协议是为了减少系统开销。DNS服务器查找到域名对应的IP地址后放在UDP的应答报文中发送给客户端进程。客户端得到目的主机的IP地址后就可以进行通信。因特网使用分层的树状结构来表示整个域名体系。图8-1表示的就是域名体系的结构，是一个倒置的树最上面的是树根，没有对应的名字，叫做根域。根域下面一级的节点是顶级域依次向下划分就是二级域、三级域等。8.1.2域名体系图8-1因特网的域名空间DNS域名的字符由英文字母（不区分大小写）和数字组成，可以使用连字符“-”外，不能使用其他特殊符号每一个标记段不超过63个字符。有多个标记段组成的完整域名总共不能超过255个字符。级别最低的域名写在最左边，级别最高的顶级域名写在最右边。各级域名由其上一级的域名管理机构管理，顶级域名则由非盈利组织ICANN管理。DNS域名体系使用的这种结构和管理方法可以使每一个域名在整个因特网内保持唯一性，并且使查找域名的方法也变得相对容易。1.根域（root）根域是最高层次的域名，所有的根域服务器都知道所有的下级域名服务器（顶级域）的名称和IP地址。当本地的域名服务器无法解析地址时，就首先求助根域服务器。因特网上共有13个不同IP地址的根域服务器，他们的名字用一个英文字符命名，从a一直到m，名称如下,……。但根域服务器的数量并不仅仅是13台服务器，而是13套装置。2.顶级域TLD（TopLevelDomain）位于根域下面的域名称为顶级域名。根据2006年统计，现在顶级域名已经超过260多个。顶级域名分三大类，（1）国家代码域名。采用ISO3166的标准，使用2个字符表示一个国家的顶级域名。如：cn表示中国，us表示美国，in表示印度等。截止2006年底，国家代码顶级域名一共有247个。国家顶级域名里面也包括某些地区的域名，如tw表示我国的台湾，hk表示香港，mo表示澳门等。（2）通用代码域名。按照组织管理的层次结构划分的域名。一般用3个字符表示。根据2006年底的统计数据，通用代码域名总数有18个。最常见的有表中列出的几个（3）基础结构域名，只有一个，用于反向域名解析，又称为反向域名。3.二级域名顶级域名下面细化为多个二级域名。由分布在各地的InterNIC子机构负责管理。如果是在国家顶级域名下注册的二级域名则由该国家自行管理。三级以下的域名都可以称为子域，通常由获得二级域名的单位自行创建和指派，也可以在自行添加子域。在图8-1中，三级域名habc就自行创建了两个主机名www和mail。同时需要注意，在图8-1中，虽然hp和habc各有一台www名称的计算机，但他们的域名不一样，前者是，后者是。所以虽然世界上还有很多单位的计算机名称都是www，但他们在DNS的域名体系中必须保持唯一性。域名服务器不仅能够完成一些域名到IP地址的解析工作，还能够连接到其他的域名服务器。域名服务器的查询过程分两种，递归查询和迭代查询。1.递归查询（recursivequery）。客户端主机向本地域名服务器发出的查询一般都是递归查询。2.迭代查询（iterativequery）。DNS服务器之间的查询通常是这种方法。8.1.3域名解析图8-2DNS的查询过程8.2电子邮件协议RFC2821、2822定义了电子邮件的两个标准。电子邮件的工作方式依然是客户端服务器模式。一个电子邮件系统应具备图8-3中的三个主要部分，客户端邮件程序，邮件服务器，邮件协议。邮件协议包括邮件发送协议SMTP（SimpleMailTransferProtocol）和邮件读取协议POP（PostOfficeProtocol）。8.2.1概述图8-3电子邮件系统的构成SMTP协议规定在两个互相通信的SMTP进程之间如何交换信息。邮件服务器之间SMTP通信的过程：1.建立连接。发送端邮件服务器发送邮件的时候，使用SMTP的周知端口（25）与接收方邮件服务器的SMTP进程建立TCP连接。不管发送方和接收方的邮件服务器距离多远，TCP总是在这两者之间建立连接。如果接收方邮件服务器出现故障，发送方邮件服务器只能等待一段时间后再次尝试建立连接，而不能先找一个其他的邮件服务器建立连接。8.2.2邮件传输协议SMTP邮件服务器之间SMTP通信的过程：2.邮件传输。

邮件传输使用MAIL命令，如果SMTP服务器已经就绪，则回答“250OK”消息。接着使用RCPT命令，把邮件发送给一个人或多个人。3.连接释放。

邮件发送完成后，客户端发送QUIT命令，服务器返回“221”的信息，表示同意释放TCP连接，邮件的传输过程即结束。SMTP使用可靠传输的TCP协议试图达到邮件的可靠传输，但是也不能保证不丢失邮件。SMTP传输邮件只能保证可靠的交付到接收方的邮件服务器中，然后接收方从服务器读取邮件的过程和对方的邮件服务器都有可能出现故障而造成邮件的丢失。虽然存在这些情况，但是基于SMTP的邮件传输协议一般都被认为是可靠的。POP3与IMAP（InternetMessageAccessProtocol）是当前最流行的两个邮件接收协议。POP3协议是一个非常简单，但功能有限的邮件读取协议。POP3的缺陷：当用户接收电子邮件时，所有的邮件信息都从邮件服务器上下载到客户机，然后POP服务器就把这些邮件删除了。在整个过程中，用户无法知道邮件的具体信息。这使得用户无法对收到的邮件进行甄别。8.2.3邮件读取协议POP3和IMAPIMAP允许用户像访问和操纵本地数据一样来访问和操纵邮件服务器上的信息。IMAP提供摘要浏览功能可以查阅所有的邮件到达时间、主题、发件人、等信息。IMAP提供同步机制。IMAP的不足。8.3文件传输协议FTP文件传输协议FTP(FileTransferProtocol)[RFC959]，是专门用来传输文件的协议。FTP的主要作用，就是让用户能够把文件从远程计算机上拷到本地，或者把本地计算机的文件传送到远程计算机去。早期在Internet上传输文件，并不是一件容易的事。8.3.1概述

FTP也是一个C/S模式的系统。用户通过一个支持FTP协议的客户端进程，连接到远程主机上的FTP服务器进程。用户通过客户端进程向服务器进程发出命令，服务器进程执行用户所发出的命令，并将执行的结果返回到客户机。客户端进程接收到这个文件，将其存放在用户指定目录中。FTP客户端程序有字符界面和图形界面两种。字符界面所使用的FTP命令比较复杂、繁多。图形界面的FTP客户端程序，在操作上要简洁方便的多。FTP使用TCP提供的可靠传输服务。一个FTP服务器进程可以为多个客户端进程提供服务。FTP的服务器进程由两部分组成：主进程，负责接受新的客户进程请求；若干个从属进程，负责处理单个客户进程的请求。8.3.2FTP的工作原理主进程的作用或工作步骤如下：监听21端口，等待客户端进程的连接；启动从属进程处理客户端进程的请求，从属进程处理完客户端请求后即终止；继续监听21端口，处理其他客户进程的请求。主进程与从属进程可以并发进行。FTP的工作过程如图8-4所示。图8-4FTP工作过程8.4远程登录TELNETTELNET是一个简单的远程终端协议[RFC854]，也是因特网的一个正式标准。TELNET协议的目的是提供一个相对通用的，双向的，面向八位字节的通信方法。应用TELNET协议能够把本地用户所使用的计算机变成远程主机系统的一个终端。所以，TELNET也叫做仿真终端协议。TELNET也是使用客户端服务器的工作模式。本地系统运行TELNET的客户端进程，远程的服务器上则运行TELNET的服务器进程。和FTP类似，服务器进程监听23端口，等待客户进程的连接，并产生从属进程来处理每一个连接为了使不同的计算机和操作系统间的TELNET交互操作成为可能，就必须详细了解异构计算机和操作系统。为了适应异构环境，TELNET协议定义了数据和命令在Internet上的传输方式，即网络虚拟终端NVT（NetVirtualTerminal）。8.5万维网万维网WWW（WorldWideWeb），英文简称Web，是一个由许多互相链接的超文本组成的系统，通过互联网访问。万维网是一个分布式的超媒体系统，它是对超文本系统的扩充。万维网使用客户端服务器的模式工作。万维网使用统一资源定位符URL（UniformResourceLocator）来标识各种文档。8.5.1概述URL用来表示网络中资源的具体位置和访问这些资源的方法。“资源”可以是因特网上任何可以被访问的对象，包括文件，目录，文档，音频视频等。只要能够找到这些资源在网络中具体的位置，就可以对这些资源进行各种操作，如读取、更新、替换等。URL可以指定某个信息所在的位置和访问方式，所以说URL是一种表示因特网中信息资源地址的统一格式。8.5.2统一资源定位符URLURL的一般形式如下：<协议>://<主机>[:<端口>/<文件路径>]<协议>是指使用什么协议来获取该资源，现在常用的是http协议和ftp协议。<主机>指出这个资源是在网络中的哪台主机上。<端口>和<文件路径>为可选内容。URL一般形式就变成：http://<主机>[:<端口>/<文件路径>]http://这个URL表明使用http协议（使用默认端口80）访问主机名称是上的主页内容（未指明路径，所以访问主页）。HTTP[RFC2616]协议定义了万维网中的客户端进程（浏览器软件）怎样向服务器（Web服务器）请求文档，以及服务器怎么把文档传输给客户端进程。HTTP是应用层的一种协议，是万维网上可靠传输交换文件（文本，音频视频文档等）的基础。万维网中所有的客户端和服务器都必须遵守这个协议。8.5.3超文本传输协议HTTP图8-5HTTP的工作过程每一个www服务器中都有一个服务器进程（IIS，Apache等）在运行，不断监听80端口，以便及时发现是否有客户端的浏览器进程向它发出连接请求。如果收到客户端的请求，就首先建立TCP连接，然后浏览器发出要求浏览某个页面的请求，服务器就返回客户端所请求的页面作为响应。最后，释放TCP连接。HTTP协议的报文有两类：1.请求报文，客户端向服务器发送的请求页面的报文，图8-6（a）。2.响应报文，服务器对客户端的回答报文，图8-6（b）。图8-6HTTP的报文结构两种报文都由三个部分构成，从图8-6可以看出，两种报文的区别就是开始行的不同。报文中的每一个字段都是一些ASCII码串，每个字段都是变长的。开始行可以区分是请求报文还是响应报文。请求报文的开始行叫做请求行（Request-Line），响应报文的开始行叫做状态行（Status-Line）。开始行的三个字段之间以空格分隔，最后以回车换行结束（CR+LF）。首部行，用来说明客户端、服务器或者是报文主体的信息。可以包括多行，也可以不使用。每一行都有首部字段名和它的值，同样以回车换行结束。整个首部行的最后用一个空行和后面的实体数据分隔。实体字段，在请求报文中一般不使用，响应报文中也可能不使用这个字段。第一行请求行中的“方法”就是对所请求对象进行的操作，实际上是一些命令。请求报文的类型就是由这些不同的命令决定。表8-2给出了请求报文中常用的几种方法。URL字段指明所请求文档的URL，版本字段指明所使用HTTP协议的版本。方法（命令）作用GET请求读取URL所标识的文档HEAD请求读取URL所标识的文档的头部POST给服务器添加信息PUT在指定的URL下存储一个文档DELETE删除指定的URL所标识的资源TRACE进行环回测试的请求报文CONNECT用于代理服务器表8-2HTTP请求报文中的方法命令字段每一个请求报文发出后都会收到一个响应报文。响应报文的第一行就是状态行，包括三个字段，即HTTP的版本号，状态码和解释状态码的简单短语。状态代码有三位数字组成，第一个数字定义了响应的类别，且有五种可能取值：1xx：指示信息--表示请求已接收，继续处理2xx：成功--表示请求已被成功接收、理解、接受3xx：重定向--要完成请求必须进行更进一步的操作4xx：客户端错误--请求有语法错误或请求无法实现5xx：服务器端错误--服务器未能实现合法的请求常见状态代码、状态描述、说明：200OK//客户端请求成功400BadRequest//客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解401Unauthorized//请求未经授权，这个状态代码必须和WWW-Authenticate报头域一起使用403Forbidden//服务器收到请求，但是拒绝提供服务404NotFound//请求资源不存在，eg：输入了错误的URL500InternalServerError//服务器发生不可预期的错误503ServerUnavailable//服务器当前不能处理客户端的请求，一段时间后可能恢复正常超文本标记语言HTML（HyperTextMarkupLanguage，）是为“网页创建和其它可在网页浏览器中看到的信息”设计的一种标记语言。HTML被用来结构化信息——例如标题、段落和列表等等，也可用来在一定