第七章應用層

第七章應用層

7.1域名系統(tǒng)

7.1.1IP地址與域名1、主機IP地址為了確保通信時能相互識別，在Internet上的每臺主機都必須有一個惟一的標識，即主機的IP地址。IP協(xié)議就是根據(jù)IP地址實現(xiàn)信息傳遞的。IP地址由32位（即4字節(jié)）二進制數(shù)組成，為書寫方便起見，常將每的個字節(jié)作為一段并以十進制數(shù)來表示，每段間用“.”分隔。例如，就是一個合法的IP地址。

IP地址由網(wǎng)絡標識和主機標識兩部分組成。常用的IP地址有A、B、C三類，每類均規(guī)定了網(wǎng)絡標識和主機標識在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地址的某個網(wǎng)絡標識中，可以包含大量的主機（如A類地址的主機標識域為24位、B類地址的主機標識域為16位），而在實際應用中不可能將這么多的主機連接到單一的網(wǎng)絡中，這將給網(wǎng)絡尋址和管理帶來不便。為解決這個問題，可以在網(wǎng)絡中引入“子網(wǎng)”的概念。將主機標識域進一步劃分為子網(wǎng)標識和子網(wǎng)主機標識，通過靈活定義子網(wǎng)標識域的位數(shù)，可以控制每個子網(wǎng)的規(guī)模。將一個大型網(wǎng)絡劃分為若干個既相對獨立又相互聯(lián)系的子網(wǎng)后，網(wǎng)絡內(nèi)部各子網(wǎng)便可獨立尋址和管理，各子網(wǎng)間通過跨子網(wǎng)的路由器連接，這樣也提高了網(wǎng)絡的安全性。利用子網(wǎng)掩碼可以產(chǎn)判斷兩臺主機是否在同一子網(wǎng)中。子網(wǎng)掩碼與IP地址一樣也是32位二進制數(shù)，不同的是它的子網(wǎng)主機標識部分為全"0"。若兩臺主機的IP地址分別與它們的子網(wǎng)掩碼相“與”后的結(jié)果相同，則說明這兩臺主機在同一網(wǎng)中。2.域名網(wǎng)絡內(nèi)部使用IP地址來引用資源，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系。域名系統(tǒng)是一種分級結(jié)構(gòu)的基于域的命名方案和實現(xiàn)這種命名方案的分布式數(shù)據(jù)庫：層次命名解決了大規(guī)模網(wǎng)絡中名字沖突的問題；分布式數(shù)據(jù)庫解決了表的維護與傳播問題。域名系統(tǒng)通常由其它應用使用，將用戶提供的主機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Internet上的域名由域名系統(tǒng)DNS(DomainNameSystem)統(tǒng)一管理。DNS是一個分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，由域名空間、域名服務器和地址轉(zhuǎn)換請求程序三部分組成。有了DNS，凡域名空間中有定義的域名可以有效地轉(zhuǎn)換為對應的IP地址，同樣，IP地址也可通過DNS轉(zhuǎn)換成域名。DNS在概念上將因特網(wǎng)分成了200多個頂級域，每個頂級域被進一步劃分成若干個二級子域，每個二級子域還可以再分子域，依次類推。一個指定的域是指樹中一個特定的節(jié)點以及該節(jié)點以下所有的節(jié)點。某個域的域名用從該域開始向上直到樹根（為空）的標號序列表示，標號之間用句點隔開，如。域名的任一后綴也是一個域。頂級域分為通用域和國家域兩類。域名空間示意圖7.1.3域名解析原理DNS的工作方式如下：應用程序調(diào)用一個稱為解析器的庫例程，將名字作為參數(shù)傳遞進去；解析器的內(nèi)部配置了本地DNS服務器的地址，解析器將需要查詢的信息封裝成一個DNS請求報文，發(fā)送給本地域名服務器；若本地數(shù)據(jù)庫中有所需的信息，本地域名服務器將查到的信息封裝成DNS響應報文，封裝到另一個UDP包（端口為53）中，發(fā)回給解析器；解析器從DNS響應報文取出查詢結(jié)果，返回給調(diào)用者。若本地域名服務器不能查到結(jié)果，將向上一級域名服務器查詢。DNS服務器的組織方式三種類型的DNS服務器：本地域名服務器：只保存屬于本子域的域名－IP地址對。根DNS服務器：知道所有頂級域服務器的IP地址，因特網(wǎng)上共有13個根DNS服務器；授權域名服務器：是經(jīng)過上一級授權對域名進行解析的服務器，同時它可以把解析授權轉(zhuǎn)授給其他人。許多域名服務器同時充當授權域名服務器和本地域名服務器7.2電子郵件E-mail是Internet上使用最廣泛的一種服務。用戶只要能與Internet連接，具有能收發(fā)電子郵件的程序及個人的E-mail地址，就可以與Internet上具有E-mail所有用戶方便、快速、經(jīng)濟地交換電子郵件可以在兩個用戶間交換，也可以向多個用戶發(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、應用程序等各類計算機文件。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@主機域名。其中用戶名是用戶在郵件服務器上的信箱名，通常為用戶的注冊名、姓名或其它代號，主機域名則是郵件服務器的域名。用戶名和主機域名之間用“@”分隔。例如，hmchang@即表示域名為“”的郵件服務器上的用戶“hmchang”的E-mail地址。

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

收發(fā)電子郵件必須有相應的軟件支持。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。

郵件服務器使用的協(xié)議有簡單郵件轉(zhuǎn)輸協(xié)議SMTP(SimpleMailTransferProtocol)、電子郵件擴充協(xié)議MIME(MultipurposeInternetMailExtensions)和郵局協(xié)議POP(PostOfficeProtocol)。POP服務需由一個郵件服務器來提供，用戶必須在該郵件服務器上取得賬號才可能使用這種服務。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

簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP使用SMTP的郵件傳輸過程：客戶機上的消息傳輸代理與服務器上的SMTP守護進程（在端口25上監(jiān)聽）建立TCP連接；服務器發(fā)送準備好報文，若服務器未準備好，客戶機釋放連接；客戶機向服務器通報信件的發(fā)送方和接收方；若接收方信箱在服務器上，服務器通知客戶機繼續(xù)，客戶機將信件發(fā)給服務器，服務器將信件放入相應的信箱后進行響應；重復以上過程，將信件全部發(fā)完；服務器交換發(fā)送方和接收方的身份，郵件反向流動；當兩個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POP3客戶，該客戶與帶有永久郵箱的計算機的端口110（POP3守護進程）建立一個TCP連接；用戶發(fā)送用戶名和口令進行身份鑒別；身份鑒別成功，用戶發(fā)送POP3命令，將郵件接收到本地，并可將郵件標記為刪除；當客戶發(fā)出退出命令時，服務器刪除所有標記的郵件，回應客戶；釋放連接。POP3協(xié)議支持將郵件下載到客戶機，同時在服務器上保留備份，但是大多數(shù)郵件軟件都是簡單地下載郵件，然后將郵箱清空。7.2.4Internet消息訪問協(xié)議IMAPInternet郵件訪問協(xié)議IMAPIMAP可以和POP一樣，工作在離線方式IMAP客戶機也可以在線方式或斷開連接方式下工作。在線方式中,IMAP允許用戶將所有郵件無限期地保留在服務器中，在線地閱讀郵件，并允許用戶動態(tài)地在服務器上創(chuàng)建、刪除和管理多個信箱，將閱讀過的信件放到相應的信箱中保存。在斷開連接方式下,一部分信函在服務器上,而另部分信函是在本地客戶機上。由于在斷開連接方式下,本地系統(tǒng)上的消息狀態(tài)與服務器上的消息狀態(tài)再次連接時,可能會出現(xiàn)錯誤,因此需要一種同步措施。IMAP給信函信箱內(nèi)的各個消息分配了一個統(tǒng)一的識別符。7.3萬維網(wǎng)（WorldWideWeb）從用戶的角度來看，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（Webpage）。每個頁除了含有基本的信息之外，還包含格式命令和指向其它頁的鏈接：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文件。包含鏈接信息的文本串或圖形稱為超級鏈接（hyperlink），當用戶點擊一個超級鏈接時，該超級鏈接指向的頁會被取回，并顯示在用戶屏幕上。包含超級鏈接的頁稱為超文本（hypertext）頁或超媒體（hypermedia）頁，它們的區(qū)別在于文檔內(nèi)容。頁需要用稱為瀏覽器的程序閱讀，瀏覽器負責取回指定的頁，并按照指定的格式顯示在屏幕上。網(wǎng)頁獲取Web采用客戶/服務器模式工作，客戶為瀏覽器軟件，服務器是運行在Web服務器上的一個軟件程序；服務器平時總在端口80上監(jiān)聽客戶的連接請求，當用戶點擊了一個超級鏈接后：瀏覽器找到該鏈接所指的網(wǎng)頁的名字與網(wǎng)頁所在的服務器建立一個TCP連接向服務器發(fā)送取網(wǎng)頁的請求服務器將請求的網(wǎng)頁發(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服務器之間通信使用的協(xié)議，規(guī)定了客戶方與服務器方通信所使用的命令及響應。HTTP通常運行在TCP連接之上，使用端口80?；竟ぷ髂Ｊ剑簽g覽器向服務器發(fā)送HTTP請求，服務器返回響應，然后釋放連接。服務器不保留以前的請求或會話的歷史記錄。持久連接：從HTTP/1.1開始使用持久連接方式，一旦客戶建立了和特定服務器的TCP連接，該連接就在多個請求和響應過程中一直存在，直到某一方關閉連接。HTTP/1.1的默認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請求的響應后才能發(fā)送下一個請求；流水線方式：客戶可以連續(xù)發(fā)送多個請求而不需要等待響應，服務器也可以進行連續(xù)響應。使用持久連接的缺點是要標識發(fā)送的每一個數(shù)據(jù)項的開頭和結(jié)尾。HTTP通常使用的方法是先發(fā)送數(shù)據(jù)項的長度，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)項。7.3.3統(tǒng)一資源定位器URL為在全網(wǎng)范圍內(nèi)確定一個頁，頁名必須包括：頁的存放地址，頁在宿主機中的全路徑名，頁的訪問方法。符合這三個條件的名字稱為URL。UniformResourceLocator（URL）的一般格式為schemename://host/pathSchemename：方法名，指出訪問網(wǎng)頁的協(xié)議名稱，常見的方法有http、ftp、telnet等；Host：網(wǎng)頁所在宿主機的域名Path：網(wǎng)頁在宿主機上的全路徑名如：http:///wwwroot/index.htm7.4其它服務

7.4.1文件傳輸FTP文件傳輸協(xié)議FTP：規(guī)定了兩臺計算機上的FTP軟件如何進行交互；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器的響應；控制連接在整個會話期間一直保持。數(shù)據(jù)連接：使用端口20，用于傳輸文件，每個數(shù)據(jù)連接只傳輸一個文件；FTP用關閉連接來表示一個文件傳輸結(jié)束。文件傳輸（續(xù)）使用分開的控制連接和數(shù)據(jù)連接的優(yōu)點：簡化協(xié)議的設計和實現(xiàn)；控制連接在文件傳輸過程中一直可用，比如客戶可以隨時發(fā)送終止傳輸?shù)拿?；?shù)據(jù)連接的關閉可用于通知對方文件傳輸結(jié)束，允許動態(tài)創(chuàng)建文件；建立數(shù)據(jù)連接的過程：客戶進程為數(shù)據(jù)連接選擇一個本地的臨時端口號，并在該臨時端口上等待服務器的連接請求；客戶進程在控制連接上用PORT命令將臨時端口號發(fā)送給服務器；服務器收到端口號后，發(fā)送一個連接請求，同客戶機的該端口建立一個數(shù)據(jù)連接，服務器用于數(shù)據(jù)連接的端口號總是20。FTP連接7.4.2遠程登錄TelnetTelnet協(xié)議是Internet遠程登陸服務的標準協(xié)議和主要方式。它為用戶提供了在本地計算機上完成遠程主機工