第六节 应用层1.ppt

1、第6 章 应用层,李彬 山东轻工业学院 理学院,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。,TCP/IP协议栈及之间的关系,1.为什么有了IP地址，还需要域名? 域 名 用字符表示的网络主机名，是一种主机标识符； IP地址 数字型，难于

2、记忆与理解； 域 名 字符型，直观，便于记忆与理解； IP地址 用于网络层； 域 名 用于应用层； IP地址与域名都应该是全网唯一的，并且它们之间具有对应关系。,6.1 域名系统 DNS6.1.1 域名系统概述,TCP/IP协议中规定的层次型名字管理机制叫做域名系统； 域名系统将整个Internet划分为多个顶级域，并为每个顶级域规定了通用的顶级域名； Internet主机域名的一般格式为：,2. Internet域名结构,因特网采用了层次树状结构的命名方法。 任何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

3、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：最早的顶级域名是： .com （公司和企业） .net （网络服务机构） .org （非赢利性组织） .edu （美国专用的教育机构（） .gov （美国专用的政府部门） .mil （美国专用的军事部门） .int （国际组织）,Internet域名空间的树状结构,6.1.2 域名服务器的层次结构,1.域名服务器的基本工作原理 域名系统的一个主

4、要特点是允许区域自治； 域名系统在设计了层次的域名的同时，提出了与其相对应的域名服务器系统； 整个域名系统是以一个大型的分布式数据库的方式工作的； 大多数具有Internet连接的组织都有一个域名服务器，每个服务器包含连向其他域名服务器的信息，这些服务器形成了一个大的协同工作的域名数据库 。,2.域名服务器的层次 DNS服务器的层次是与域名的层次相适应的； 每一个域名服务器都只对域名体系中的一部分进行管辖； 一个根服务器（root server）在这个层次体系的顶部，它是顶层域的管辖者； DNS服务器的层次对应着域名的层次，但是这两者并不是对等的。一个公司网络或校园网可以选择将它所有的域名都放

5、在一个域名服务器上，也可以选择运行几个域名服务器。,举例：根域名服务器的地点分布图,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,6.2.3 域名解析,1.域名解析的基本工作原理 将域名转换为对应的IP地址的过程称为域名解析; 完成该功能的软件叫域名解析器; 每个本地域名服务器配置一个域名解析器软件; 由于每个服务器都知道根服务器的地址，因此无论经过几步查询，在域名树中最终总会找出正确的解析结果。,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

6、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：“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 IP 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

7、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,2.域名解析算法：递归解析、反复解析,域名解析中客户与服务器的交互过程,6.2.4 域名系统性能优化,复制与缓存 1.复制 每个根服务器的许多副本存在于世界各地； 当一个新的子网加入Internet时，它在本地的DNS服务器中配置一个根服务器表； 本地的DNS服务器可以为本网用户的域名服务选择响应最快的根服务器； 在实际应用中，地理上最近的域名服务器往往响应最好。,2.缓存,DNS缓存比复制更为重要，使用名字的高速缓存可优化查询的开销； 每个服务器都保留一个域名缓存，每当查找一个新的域名时，服务器将它置于缓存中； 主机在

8、启动时从本地域名服务器下载域名和地址的全部数据库，维护存放自己最近使用的域名的高速缓存，并且只在从缓存中找不到域名时才使用域名服务器。,1 文件传输的概念 文件传输服务又称为FTP服务，它是Internet中最早提供的服务功能之一，目前仍然在广泛使用中 ； 文件传输服务是由FTP应用程序提供的，而FTP应用程序遵循的是TCP/IP协议组中的文件传输协议，它允许用户将文件从一台计算机传输到另一台计算机上，并且能保证传输的可靠性； 在Internet中，许多公司、大学的主机上含有数量众多的各种程序与文件，这是Internet的巨大与宝贵的信息资源。通过使用FTP服务，用户就可以方便地访问这些信息资

9、源。,6.2 文件传送协议 6.2.1 FTP概述,8.4.2 文件传输的工作过程,FTP服务工作模式 ：客户/服务器,匿名FTP服务的实质是：提供服务的机构在它的FTP服务器上建立一个公开账户（一般为anonymous），并赋予该账户访问公共目录的权限，以便提供免费服务； 如果用户要访问这些提供匿名服务的FTP服务器，一般不需要输入用户名与用户密码； 大多数FTP服务都是匿名服务； 为了保证FTP服务器的安全，几乎所有的匿名FTP服务器都只允许用户下载文件，而不允许用户上载文件。,匿名FTP服务,FTP 使用的两个 TCP 连接,控制进程,FTP 客户端,FTP 服务器端,因特网,TCP 控

10、制连接,TCP 数据连接,用户界面,控制进程,数据传送 进程,数据传送 进程,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。 接着，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。,两个不同的端口号,6.2.3 简单文件传送协议 TFTP(Trivial File Transfer Protocol),TFTP 是一个很小且易于实现的文件传送协议。 TFTP 使用客户服务器方式和使

11、用 UDP 数据报，因此 TFTP 需要有自己的差错改正措施。 TFTP 只支持文件传输而不支持交互。 TFTP 没有一个庞大的命令集，没有列目录的功能，也不能对用户进行身份鉴别。,TFTP 的主要特点是,(1) 每次传送的数据 PDU 中有 512 字节的数据，但最后一次可不足 512 字节。 (2) 数据 PDU 也称为文件块(block)，每个块按序编号，从 1 开始。 (3) 支持 ASCII 码或二进制传送。 (4) 可对文件进行读或写。 (5) 使用很简单的首部。,TFTP 的工作很像停止等待协议,发送完一个文件块后就等待对方的确认，确认时应指明所确认的块编号。 发完数据后在规定时

12、间内收不到确认就要重发数据 PDU。 发送确认 PDU 的一方若在规定时间内收不到下一个文件块，也要重发确认 PDU。这样就可保证文件的传送不致因某一个数据报的丢失而告失败。,TFTP 的工作很像停止等待协议,在一开始工作时。TFTP 客户进程发送一个读请求 PDU 或写请求 PDU 给 TFTP 服务器进程，其熟知端口号码为 69。 TFTP 服务器进程要选择一个新的端口和 TFTP 客户进程进行通信。 若文件长度恰好为 512 字节的整数倍，则在文件传送完毕后，还必须在最后发送一个只含首部而无数据的数据 PDU。 若文件长度不是 512 字节的整数倍，则最后传送数据 PDU 的数据字段一定

13、不满512字节，这正好可作为文件结束的标志。,6.3 按远程终端协议 TELNET,TELNET 是一个简单的远程终端协议，也是因特网的正式标准。 用户用 TELNET 就可在其所在地通过 TCP 连接注册（即登录）到远地的另一个主机上（使用主机名或 IP 地址）。 TELNET 能将用户的击键传到远地主机，同时也能将远地主机的输出通过 TCP 连接返回到用户屏幕。这种服务是透明的，因为用户感觉到好像键盘和显示器是直接连在远地主机上。,TELNET 使用网络虚拟终端 NVT 格式,因特网,TCP 连接,客户端,服务器端,使用客户端的格式,使用服务器端的格式,使用 NVT 格式,客户,服务器,6

14、.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,WWW服务具有以下几个主要特点,以超文本方式组织网络多媒体信息，用户可以访问文本、语音、图形和视频信息； 用户可以在Internet范围内的任意网站之间查询、检索、浏览及发布信息，并实现对各种信息资源透

15、明的访问； 提供生动、直观、统一的图形用户界面； WWW服务的核心技术是： 超文本标记语言HTML 超文本传输协议HTTP 超链接 hyperlink,6.4.2 超文本、超媒体与超文本标记语言,1.超文本与超媒体的概念 超文本方式的工作方式,超媒体工作方式,WWW以客户/服务器方式工作； 浏览器browser是在用户计算机上运行的WWW客户程序； WWW服务器程序运行在服务器，管理着提供浏览的文档； WWW在实现过程中必须解决以下几个问题： 如何标识分布在整个Internet上的WWW文档？ 如何实现WWW上各种链接的链接？ 如何显示不同风格的WWW文档？,2.主页的概念 信息资源以网页We

16、b page的形式存储在WWW服务器中 ； 用户通过浏览器向WWW服务器发出请求，服务器根据客户请求内容，将保存在WWW服务器中的某个页面发送给客户； 用户可以通过页面中的链接，方便地访问位于其他WWW服务器中的页面，或是其他类型的网络信息资源； 主页home page是一种特殊的Web页面，是指包含个人或机构基本信息的页面，用于对个人或机构进行综合性介绍，是访问个人或机构详细信息的入口点。,主页一般包含以下几种基本元素：,文本（text） 最基本的元素，就是通常所说的文字 图像（image） WWW浏览器一般只识别GIF与JPEG 两种图像格式 表格（table） 类似于Word中的表格，表

17、格单元内容 一般为字符类型 超链接（hyperlink） 用于将HTML与其他主页相连,3.超文本标记语言HTML,WWW服务器中所存储的页面是一种结构化的文档，采用超文本标记语言书写而成； HTML是WWW上用于创建超文本链接的基本语言，可以定义WWW主页格式化的文本、色彩、图像与超文本链接； HTML文档可以将声音、图像、视频等多媒体信息集成在一起 ； 使用HTML语言开发的HTML超文本文件一般具有.htm（或.html）后缀。,6.4.3 URL与信息定位,URL是对能从Internet上得到的资源的位置和访问方法的一种简洁的表示 ； 标准的URL由3部分组成：服务器类型、主机名和路径

18、及文件名 http：/ 协议类型 主机名 路径及地址,URL通过指定其他协议类型访问其他类型服务器: gopher：/ 连接到名为的Gopher服务器 ftp：/ 通过FTP连接来获得一个名为readme.txt的文本文件 file：/ 要在所连接的主机上获得并显示一个名为wu.gif的图形文件 telnet：/ 远程登录到名为的主机,6.4.4 WWW浏览器,WWW浏览器的基本功能 WWW浏览器是用来浏览Internet上主页的客户软件 ； 浏览器软件应具备以下的基本功能 ： 查找、启动与终止链接 通过按钮与菜单项来链接 历史（history）与书签（bookmark）的使用 自由设定屏幕窗

19、口 选择起始页 改变式样、字体与色彩 查看内嵌图像与外部图像 保存与打印主页,WWW浏览器的结构,WWW基本工作过程与协议层次,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,清华大学 院系设置,用户点击鼠标后所发生的事件,(1) 浏览器分析超链指向页面的 URL。 (2) 浏览器向 DNS 请求解析 的 IP 地址。 (3) 域名系统 DNS 解析出清华大学服务器的 IP 地址。 (4) 浏览器与服务器建立 TCP 连接 (5) 浏览器发出取文件命令： GET /chn/yxsz/index.htm。 (6)

20、 服务器给出响应，把文件 index.htm 发给浏览器。 (7) TCP 连接释放。 (8) 浏览器显示“清华大学院系设置”文件 index.htm 中的所有文本。,6.5 电子邮件6.5.1 概述,电子邮件(e-mail)是因特网上使用得最多的和最受用户欢迎的一种应用。 电子邮件把邮件发送到收件人使用的邮件服务器，并放在其中的收件人邮箱中，收件人可随时上网到自己使用的邮件服务器进行读取。 电子邮件不仅使用方便，而且还具有传递迅速和费用低廉的优点。 现在电子邮件不仅可传送文字信息，而且还可附上声音和图像。,电子邮件服务的工作过程,电子邮件服务基于客户/服务器结构,电子邮件应用程序基本服务功能

21、： 创建与发送电子邮件； 接收、阅读与管理电子邮件； 账号、邮箱与通信簿管理。 电子邮件协议： 在电子邮件程序向邮件服务器中发送邮件时，使用的是简单邮件传输协议SMTP； 在电子邮件程序从邮件服务器中读取邮件时，可以使用邮局协议POP3或交互式邮件存取协议IMAP，它取决于邮件服务器支持的协议类型。,电子邮件的最主要的组成构件,发送方,邮件缓存,接收端 邮件服务器,用户代理,SMTP,SMTP,POP3,发送端 邮件服务器,用户代理,用户邮箱,接收方,(发送邮件),（发送邮件）,(读取邮件),因特网,SMTP,POP3,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,HT