计算机网络学习笔记（六）——应用层

一、应用层协议

应用层协议主要定义一下几个事情：

1. 应用进程交换的报文类型，请求还是响应？
2. 各种报文类型的语法，如报文中的各个字段及其详细描述
3. 字段的语义，即包含在字段中的信息的含义
4. 进程何时、如何发送报文，以及对报文进行响应的规则。

二、应用层的功能

• 文件传输、访问和管理
• 电子邮件
• 虚拟终端
• 查询服务和远程作业登录

三、重要协议

• FTP
• SMTP、POP3
• HTTP
• DNS

四、网络应用模型

4.1 C/S模型

服务器
提供计算服务的设备。

1. 永久提供服务
2. 永久性访问地址/域名

客户机
请求计算服务的主机

1. 与服务器通信，使用服务器提供的服务
2. 间歇性接入网络
3. 可能使用动态IP地址
4. 不与其他客户机直接通信

应用
Web、文件传输FTP、远程登录、电子邮件

4.2 P2P模型

• 不存在永远在线的服务器
• 每个主机既可以提供服务，也可以请求服务
• 任意端系统/结点之间可以直接通讯
• 结点间歇性接入网络
• 结点可能改变IP地址
• 可扩展性好
• 网络健壮性强

五、域名解析系统DNS

1. 域名

• 根域名
• 顶级域名

• 国家顶级域名 cn.us.uk
• 通用顶级域名 com,net,org,gov,int,aero,museum,travel
• 基础结构域名/反向域名 arpa

• 二级域名

• 类别域名 ac,com,gov,edu,mil,net,org
• 行政区域名 用于我国各省、自治区、直辖市 bj,js
• 自己可以注册的域名 cctv cskaoyan

• 三级域名
• 四级域名

2. 三种域名服务器

• 根域名服务器
  知道各个顶级域名服务器及其地址
  13个不同地址的根域名服务器
  a.rootservers.net … m.rootservers.net
• 顶级域名服务器
  管理该顶级域名服务器注册的所有二级域名
• 权限域名服务器
  负责一个区的域名服务器

本地域名服务器： 当一个主机发出DNS查询请求时，这个查询请求报文就发给本地域名服务器

3. 域名解析过程

递归
迭代

六、文件传输协议

TFTP 简单文件传送协议 Trivial File Transfer Protocol

1. FTP

1. 提供不同种类主机系统（硬、软件体系等都可以不同个）之间的文件传输能力。
2. 是基于C/S的协议。
3. 用户通过一个客户机程序连接至在远程计算机上运行的服务器程序
4. 依照FTP协议提供服务，进行文件传送的计算机就是FTP服务器
5. 连接FTP服务器，遵循FTP协议与服务器传送文件的电脑就是FTP客户端

2. FTP工作原理

登录
ftp地址 用户名&密码

或匿名登录
互联网中有很大一部分FTP服务器被称为“匿名”FTP服务器。这类服务器的目的是向公众提供文件拷贝服务，不要求用户事先在该服务器进行登记注册，也不用取得FTP服务器的授权。

匿名文件传能够使用户与远程主机建立连接并以匿名身份从远程主机上拷贝文件，而不必是该远程主机的注册用户。用户使用特殊的用户名“anonymous”登录FTP服务，就可以访问远程主机上公开的文件。

FTP使用TCP实现可靠传输

FTP服务器进程
1个主进程
n个从属进程

TCP控制连接端口21
传请求
始终保持

TCP数据连接端口20
传文件
保持一会儿，数据传输完成后断开。

是否使用TCP 20端口建立数据连接与传输模式有关
主动方式使用20端口
被动方式由服务器和客户端自行协商决定（端口>1024）

传输模式

• 文本模式
  ASCII模式，以文本序列传输数据
• 二进制模式
  Binary模式，以二进制序列传输数据

七、万维网和HTTP协议

万维网WWW（World Wide Web）是一个大规模的、联机式的信息储藏所/资料空间，是无数个网络站点和网页的集合。

1. URL统一资源定位符

唯一标识资源（文字、音频、视频……）
一般形式： <协议（http\ftp)>://<主机(域名、IP地址)>:<端口>/<路径>
URL不区分大小写

用户通过点击链接（http://www.baidu.com）获取资源，这些资源通过超文本传输协议（HTTP）传送给使用者
万维网以客户/服务器方式工作，用户使用的浏览器就是万维网客户程序，万维网文档所驻留的主机运行服务器程序。

万维网使用超文本标记语言HTML，使得万维网页面设计者可以很方便地从一个界面的链接转到另一个界面，并能够在自己的屏幕上显示出来。

2. HTTP

HTTP协议定义了浏览器（万维网客户进程）怎样向万维网服务器请求万维网文档，以及服务器怎样把文档传送给浏览器。

用户浏览页面方法：

1. 输入URL
2. 点击超链接

具体过程：

1. 浏览器分析URL
2. 浏览器向DNS请求解析IP地址
3. DNS解析出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
6. 服务器响应
7. 释放TCP连接
8. 浏览器显示

注：浏览器可以只下载文本部分。

特点：
HTTP协议是无状态的。
同一个客户第二次访问同一个服务器的界面的时候，服务器的响应与第一次的情况相同。
但是在实际工作中，一些万维网站点常常希望能够识别用户。 （淘宝）

Cookie
Cookie是存储在用户主机中的文本文件，记录一段时间内某用户（使用识别码识别，如“123456”）的访问记录。 提供个性化服务
HTTP采用TCP作为运输层协议，但HTTP协议本身是无连接的（通信双方在交换HTTP报文之前不需要先建立HTTP连接）。

HTTP连接方式

• 持久连接Keep-alive

• 非流水线
• 流水线

• 非持久连接Close

HTTP报文结构

HTTP报文
请求报文
响应报文
HTTP报文是面向文本的，因此在报文中的每一个字段都是一些ASCII码串。

状态码：

• 1xx
  表示通知信息的，如请求收到了或正在处理
• 2xx
  表示成功，如接受或知道了。 202 Accepted
• 3xx
  表示重定向，如要完成请求还必须采取进一步的行动。 301 Moved Permanently
• 4xx
  表示客户的差错，如请求中有错误的语法或不能完成 404 Not Found
• 5xx
  表示服务器的差错，如服务器失效无法完成请求。

八、电子邮件

1. 信息格式

信封
abc@163.com
内容
首部
To: abc@163.com
Subject: Hello!
主体

2. 组成结构

2.1 用户代理

电子邮件客户端软件
比如：foxmail、outlook等
功能

1. 撰写
2. 显示
3. 处理
4. 通信

2.2 邮件服务器

功能

1. 发送&接收邮件
2. 向发件人报告邮件传送结果
   C/S方式

2.3 协议

2.3.1 SMTP

规定了在两个互相通信的SMTP进程之间应如何交换信息
负责发送邮件的SMTP进程就是SMTP客户，负责接收邮件的进程就是SMTP服务器
SMTP规定了14条命令（几个字母）和21种应答信息（三位数字代码+简单文字说明）。
TCP连接、端口号25 C/S

SMTP通信三个阶段：

• 连接建立
  220 Service ready
  HELLO命令
  250 OK/421 Service not available
• 邮件传送
• 连接释放

缺点

1. SMTP不能传送可执行文件或者其他二进制对象
2. SMTP仅限于传送7位ASCII码，不能传送其他非英语国家的文字
3. SMTP服务器会拒绝超过一定长度的邮件
   通用因特网邮件扩充MIME
   转换成ACII码，支持声音、图像、视频、多国语言等等

2.3.2（邮局协议）POP3

TCP连接 端口号110 C/S

POP3工作方式

• 下载并保留（在服务器）
• 下载并删除

2.3.3 IMAP网际报文存在协议

IMAP协议比POP协议复杂。当用户Pc上的IMAP客户程序打开IMAP服务器的邮箱时，用户可以看到邮箱的首部，若用户需要打开某个邮件，该邮件才上传到用户的计算机上
IMAP可以让用户在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读处理邮件，还允许只读取邮件中的某一个部分（先看正文，有WIFI的时候再下载附件）

2.4 MIME

2.5 基于万维网的电子邮件

方便
HTTP STMP HTTP