第七章應(yīng)用層

第七章應(yīng)用層

7.1域名系統(tǒng)

7.1.1IP地址與域名1、主機(jī)IP地址為了確保通信時(shí)能相互識(shí)別，在Internet上的每臺(tái)主機(jī)都必須有一個(gè)惟一的標(biāo)識(shí)，即主機(jī)的IP地址。IP協(xié)議就是根據(jù)IP地址實(shí)現(xiàn)信息傳遞的。IP地址由32位（即4字節(jié)）二進(jìn)制數(shù)組成，為書寫方便起見(jiàn)，常將每的個(gè)字節(jié)作為一段并以十進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，每段間用“.”分隔。例如，就是一個(gè)合法的IP地址。

IP地址由網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)兩部分組成。常用的IP地址有A、B、C三類，每類均規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)在32位中所占的位數(shù)。這三類IP地址的的表示范圍分別為：

A類地址：～55

B類地址：～55

C類地址：～55

在IP地址的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)中，可以包含大量的主機(jī)（如A類地址的主機(jī)標(biāo)識(shí)域?yàn)?4位、B類地址的主機(jī)標(biāo)識(shí)域?yàn)?6位），而在實(shí)際應(yīng)用中不可能將這么多的主機(jī)連接到單一的網(wǎng)絡(luò)中，這將給網(wǎng)絡(luò)尋址和管理帶來(lái)不便。為解決這個(gè)問(wèn)題，可以在網(wǎng)絡(luò)中引入“子網(wǎng)”的概念。將主機(jī)標(biāo)識(shí)域進(jìn)一步劃分為子網(wǎng)標(biāo)識(shí)和子網(wǎng)主機(jī)標(biāo)識(shí)，通過(guò)靈活定義子網(wǎng)標(biāo)識(shí)域的位數(shù)，可以控制每個(gè)子網(wǎng)的規(guī)模。將一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)既相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的子網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各子網(wǎng)便可獨(dú)立尋址和管理，各子網(wǎng)間通過(guò)跨子網(wǎng)的路由器連接，這樣也提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。利用子網(wǎng)掩碼可以產(chǎn)判斷兩臺(tái)主機(jī)是否在同一子網(wǎng)中。子網(wǎng)掩碼與IP地址一樣也是32位二進(jìn)制數(shù)，不同的是它的子網(wǎng)主機(jī)標(biāo)識(shí)部分為全"0"。若兩臺(tái)主機(jī)的IP地址分別與它們的子網(wǎng)掩碼相“與”后的結(jié)果相同，則說(shuō)明這兩臺(tái)主機(jī)在同一網(wǎng)中。2.域名網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用IP地址來(lái)引用資源，而人們往往傾向于使用便于記憶的ASCII名字，這就需要在資源的ASCII名字和它的IP地址之間建立起一種映射關(guān)系。域名系統(tǒng)是一種分級(jí)結(jié)構(gòu)的基于域的命名方案和實(shí)現(xiàn)這種命名方案的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)：層次命名解決了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中名字沖突的問(wèn)題；分布式數(shù)據(jù)庫(kù)解決了表的維護(hù)與傳播問(wèn)題。域名系統(tǒng)通常由其它應(yīng)用使用，將用戶提供的主機(jī)名字或電子郵件地址轉(zhuǎn)換成IP地址。7.1.2域名系統(tǒng)的概念I(lǐng)nternet上的域名由域名系統(tǒng)DNS(DomainNameSystem)統(tǒng)一管理。DNS是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，由域名空間、域名服務(wù)器和地址轉(zhuǎn)換請(qǐng)求程序三部分組成。有了DNS，凡域名空間中有定義的域名可以有效地轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的IP地址，同樣，IP地址也可通過(guò)DNS轉(zhuǎn)換成域名。DNS在概念上將因特網(wǎng)分成了200多個(gè)頂級(jí)域，每個(gè)頂級(jí)域被進(jìn)一步劃分成若干個(gè)二級(jí)子域，每個(gè)二級(jí)子域還可以再分子域，依次類推。一個(gè)指定的域是指樹中一個(gè)特定的節(jié)點(diǎn)以及該節(jié)點(diǎn)以下所有的節(jié)點(diǎn)。某個(gè)域的域名用從該域開(kāi)始向上直到樹根（為空）的標(biāo)號(hào)序列表示，標(biāo)號(hào)之間用句點(diǎn)隔開(kāi)，如。域名的任一后綴也是一個(gè)域。頂級(jí)域分為通用域和國(guó)家域兩類。域名空間示意圖7.1.3域名解析原理DNS的工作方式如下：應(yīng)用程序調(diào)用一個(gè)稱為解析器的庫(kù)例程，將名字作為參數(shù)傳遞進(jìn)去；解析器的內(nèi)部配置了本地DNS服務(wù)器的地址，解析器將需要查詢的信息封裝成一個(gè)DNS請(qǐng)求報(bào)文，發(fā)送給本地域名服務(wù)器；若本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中有所需的信息，本地域名服務(wù)器將查到的信息封裝成DNS響應(yīng)報(bào)文，封裝到另一個(gè)UDP包（端口為53）中，發(fā)回給解析器；解析器從DNS響應(yīng)報(bào)文取出查詢結(jié)果，返回給調(diào)用者。若本地域名服務(wù)器不能查到結(jié)果，將向上一級(jí)域名服務(wù)器查詢。DNS服務(wù)器的組織方式三種類型的DNS服務(wù)器：本地域名服務(wù)器：只保存屬于本子域的域名－IP地址對(duì)。根DNS服務(wù)器：知道所有頂級(jí)域服務(wù)器的IP地址，因特網(wǎng)上共有13個(gè)根DNS服務(wù)器；授權(quán)域名服務(wù)器：是經(jīng)過(guò)上一級(jí)授權(quán)對(duì)域名進(jìn)行解析的服務(wù)器，同時(shí)它可以把解析授權(quán)轉(zhuǎn)授給其他人。許多域名服務(wù)器同時(shí)充當(dāng)授權(quán)域名服務(wù)器和本地域名服務(wù)器7.2電子郵件E-mail是Internet上使用最廣泛的一種服務(wù)。用戶只要能與Internet連接，具有能收發(fā)電子郵件的程序及個(gè)人的E-mail地址，就可以與Internet上具有E-mail所有用戶方便、快速、經(jīng)濟(jì)地交換電子郵件可以在兩個(gè)用戶間交換，也可以向多個(gè)用戶發(fā)送同一封郵件，或?qū)⑹盏降泥]件轉(zhuǎn)發(fā)給其它用戶。電子郵件中除文本外，還可包含聲音、圖像、應(yīng)用程序等各類計(jì)算機(jī)文件。此外，用戶還可以郵件方式在網(wǎng)上訂閱電子雜志、獲取所需文件、參與有關(guān)的公告和討論組，甚至還可瀏覽WWW資源。

7.2.1電子郵件的基本概念用戶E-mail地址的格式為：用戶名@主機(jī)域名。其中用戶名是用戶在郵件服務(wù)器上的信箱名，通常為用戶的注冊(cè)名、姓名或其它代號(hào)，主機(jī)域名則是郵件服務(wù)器的域名。用戶名和主機(jī)域名之間用“@”分隔。例如，hmchang@即表示域名為“”的郵件服務(wù)器上的用戶“hmchang”的E-mail地址。

由于主機(jī)域名在Internet上的惟一性，所以，只要E-mail地址中用戶名在該郵件服務(wù)器中是惟一的，則這個(gè)E-mail地址在整個(gè)Internet上也是惟一的。

收發(fā)電子郵件必須有相應(yīng)的軟件支持。常用的收發(fā)電子郵件的軟件有Exchange、OutlookExpress等，這些軟件提供郵件的接收、編輯、發(fā)送及管理功能。大多數(shù)瀏覽器也都包含收發(fā)電子郵件的功能，如InternetExplorer。

郵件服務(wù)器使用的協(xié)議有簡(jiǎn)單郵件轉(zhuǎn)輸協(xié)議SMTP(SimpleMailTransferProtocol)、電子郵件擴(kuò)充協(xié)議MIME(MultipurposeInternetMailExtensions)和郵局協(xié)議POP(PostOfficeProtocol)。POP服務(wù)需由一個(gè)郵件服務(wù)器來(lái)提供，用戶必須在該郵件服務(wù)器上取得賬號(hào)才可能使用這種服務(wù)。目前使用得較普遍的POP協(xié)議為第3版，故又稱為POP3協(xié)議。

7.2.2

簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議SMTP使用SMTP的郵件傳輸過(guò)程：客戶機(jī)上的消息傳輸代理與服務(wù)器上的SMTP守護(hù)進(jìn)程（在端口25上監(jiān)聽(tīng)）建立TCP連接；服務(wù)器發(fā)送準(zhǔn)備好報(bào)文，若服務(wù)器未準(zhǔn)備好，客戶機(jī)釋放連接；客戶機(jī)向服務(wù)器通報(bào)信件的發(fā)送方和接收方；若接收方信箱在服務(wù)器上，服務(wù)器通知客戶機(jī)繼續(xù)，客戶機(jī)將信件發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器將信件放入相應(yīng)的信箱后進(jìn)行響應(yīng)；重復(fù)以上過(guò)程，將信件全部發(fā)完；服務(wù)器交換發(fā)送方和接收方的身份，郵件反向流動(dòng)；當(dāng)兩個(gè)方向的信件均交換完后，釋放連接。Messagetransferagent:信息（郵件）傳輸代理

Useragent:用戶代理7.2.3郵局協(xié)議POP郵局協(xié)議POP3用戶激活一個(gè)POP3客戶，該客戶與帶有永久郵箱的計(jì)算機(jī)的端口110（POP3守護(hù)進(jìn)程）建立一個(gè)TCP連接；用戶發(fā)送用戶名和口令進(jìn)行身份鑒別；身份鑒別成功，用戶發(fā)送POP3命令，將郵件接收到本地，并可將郵件標(biāo)記為刪除；當(dāng)客戶發(fā)出退出命令時(shí)，服務(wù)器刪除所有標(biāo)記的郵件，回應(yīng)客戶；釋放連接。POP3協(xié)議支持將郵件下載到客戶機(jī)，同時(shí)在服務(wù)器上保留備份，但是大多數(shù)郵件軟件都是簡(jiǎn)單地下載郵件，然后將郵箱清空。7.2.4Internet消息訪問(wèn)協(xié)議IMAPInternet郵件訪問(wèn)協(xié)議IMAPIMAP可以和POP一樣，工作在離線方式IMAP客戶機(jī)也可以在線方式或斷開(kāi)連接方式下工作。在線方式中,IMAP允許用戶將所有郵件無(wú)限期地保留在服務(wù)器中，在線地閱讀郵件，并允許用戶動(dòng)態(tài)地在服務(wù)器上創(chuàng)建、刪除和管理多個(gè)信箱，將閱讀過(guò)的信件放到相應(yīng)的信箱中保存。在斷開(kāi)連接方式下,一部分信函在服務(wù)器上,而另部分信函是在本地客戶機(jī)上。由于在斷開(kāi)連接方式下,本地系統(tǒng)上的消息狀態(tài)與服務(wù)器上的消息狀態(tài)再次連接時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤,因此需要一種同步措施。IMAP給信函信箱內(nèi)的各個(gè)消息分配了一個(gè)統(tǒng)一的識(shí)別符。7.3萬(wàn)維網(wǎng)（WorldWideWeb）從用戶的角度來(lái)看，Web是由數(shù)量巨大且遍布全球的文檔組成，這些文檔稱為Web頁(yè)（Webpage）。每個(gè)頁(yè)除了含有基本的信息之外，還包含格式命令和指向其它頁(yè)的鏈接：格式命令：用于指示如何顯示文檔中的數(shù)據(jù)；鏈接：用于指示如何獲取另一個(gè)文件。包含鏈接信息的文本串或圖形稱為超級(jí)鏈接（hyperlink），當(dāng)用戶點(diǎn)擊一個(gè)超級(jí)鏈接時(shí)，該超級(jí)鏈接指向的頁(yè)會(huì)被取回，并顯示在用戶屏幕上。包含超級(jí)鏈接的頁(yè)稱為超文本（hypertext）頁(yè)或超媒體（hypermedia）頁(yè)，它們的區(qū)別在于文檔內(nèi)容。頁(yè)需要用稱為瀏覽器的程序閱讀，瀏覽器負(fù)責(zé)取回指定的頁(yè)，并按照指定的格式顯示在屏幕上。網(wǎng)頁(yè)獲取Web采用客戶/服務(wù)器模式工作，客戶為瀏覽器軟件，服務(wù)器是運(yùn)行在Web服務(wù)器上的一個(gè)軟件程序；服務(wù)器平時(shí)總在端口80上監(jiān)聽(tīng)客戶的連接請(qǐng)求，當(dāng)用戶點(diǎn)擊了一個(gè)超級(jí)鏈接后：瀏覽器找到該鏈接所指的網(wǎng)頁(yè)的名字與網(wǎng)頁(yè)所在的服務(wù)器建立一個(gè)TCP連接向服務(wù)器發(fā)送取網(wǎng)頁(yè)的請(qǐng)求服務(wù)器將請(qǐng)求的網(wǎng)頁(yè)發(fā)送給瀏覽器釋放TCP連接Web工作模型7.3.2超文本傳輸協(xié)議HTTPHTTP協(xié)議：瀏覽器與Web服務(wù)器之間通信使用的協(xié)議，規(guī)定了客戶方與服務(wù)器方通信所使用的命令及響應(yīng)。HTTP通常運(yùn)行在TCP連接之上，使用端口80?；竟ぷ髂Ｊ剑簽g覽器向服務(wù)器發(fā)送HTTP請(qǐng)求，服務(wù)器返回響應(yīng)，然后釋放連接。服務(wù)器不保留以前的請(qǐng)求或會(huì)話的歷史記錄。持久連接：從HTTP/1.1開(kāi)始使用持久連接方式，一旦客戶建立了和特定服務(wù)器的TCP連接，該連接就在多個(gè)請(qǐng)求和響應(yīng)過(guò)程中一直存在，直到某一方關(guān)閉連接。HTTP/1.1的默認(rèn)方式為使用持久連接。非流水線方式：客戶只能在收到前一個(gè)請(qǐng)求的響應(yīng)后才能發(fā)送下一個(gè)請(qǐng)求；流水線方式：客戶可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)請(qǐng)求而不需要等待響應(yīng)，服務(wù)器也可以進(jìn)行連續(xù)響應(yīng)。使用持久連接的缺點(diǎn)是要標(biāo)識(shí)發(fā)送的每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的開(kāi)頭和結(jié)尾。HTTP通常使用的方法是先發(fā)送數(shù)據(jù)項(xiàng)的長(zhǎng)度，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)項(xiàng)。7.3.3統(tǒng)一資源定位器URL為在全網(wǎng)范圍內(nèi)確定一個(gè)頁(yè)，頁(yè)名必須包括：頁(yè)的存放地址，頁(yè)在宿主機(jī)中的全路徑名，頁(yè)的訪問(wèn)方法。符合這三個(gè)條件的名字稱為URL。UniformResourceLocator（URL）的一般格式為schemename://host/pathSchemename：方法名，指出訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)的協(xié)議名稱，常見(jiàn)的方法有http、ftp、telnet等；Host：網(wǎng)頁(yè)所在宿主機(jī)的域名Path：網(wǎng)頁(yè)在宿主機(jī)上的全路徑名如：http:///wwwroot/index.htm7.4其它服務(wù)

7.4.1文件傳輸FTP文件傳輸協(xié)議FTP：規(guī)定了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)上的FTP軟件如何進(jìn)行交互；FTP使用兩條TCP連接完成文件傳輸：控制連接：使用端口21，用于傳送客戶的命令和服務(wù)器的響應(yīng)；控制連接在整個(gè)會(huì)話期間一直保持。數(shù)據(jù)連接：使用端口20，用于傳輸文件，每個(gè)數(shù)據(jù)連接只傳輸一個(gè)文件；FTP用關(guān)閉連接來(lái)表示一個(gè)文件傳輸結(jié)束。文件傳輸（續(xù)）使用分開(kāi)的控制連接和數(shù)據(jù)連接的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；控制連接在文件傳輸過(guò)程中一直可用，比如客戶可以隨時(shí)發(fā)送終止傳輸?shù)拿?；?shù)據(jù)連接的關(guān)閉可用于通知對(duì)方文件傳輸結(jié)束，允許動(dòng)態(tài)創(chuàng)建文件；建立數(shù)據(jù)連接的過(guò)程：客戶進(jìn)程為數(shù)據(jù)連接選擇一個(gè)本地的臨時(shí)端口號(hào)，并在該臨時(shí)端口上等待服務(wù)器的連接請(qǐng)求；客戶進(jìn)程在控制連接上用PORT命令將臨時(shí)端口號(hào)發(fā)送給服務(wù)器；服務(wù)器收到端口號(hào)后，發(fā)送一個(gè)連接請(qǐng)求，同客戶機(jī)的該端口建立一個(gè)數(shù)據(jù)連接，服務(wù)器用于數(shù)據(jù)連接的端口號(hào)總是20。FTP連接7.4.2遠(yuǎn)程登錄TelnetTelnet協(xié)議是Internet遠(yuǎn)程登陸服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和主要方式。它為用戶提供了在本地計(jì)算機(jī)上完成遠(yuǎn)程主機(jī)工