应用层

应用层协议原理

1. 概念解释

进程： 运行在端系统中的程序。

客户机和服务器： 在给定的一对进程之间的通信会话中，发起通信（即在该会话开始时与其他进程联系）的进程被标示为客户机，在会话开始时等待联系的进程是服务器。

2. 实例分析

1. 客户机/服务器体系结构

1） 客户机相互之间不直接通信。

2） 服务器具有固定的，周知的地址，称为IP地址。

2. P2P体系结构

1） P2P体系结构具有自扩展性（即作为客户机产生负载，但是作为服务器又增加了服务能力）

2） 成本有效。

3. 进程间通信

备注：有本大名鼎鼎的书叫做：UNIX网络编程卷2：进程间通信

4. 可供应用程序使用的运输服务

1） 可靠数据传输

2） 吞吐量

3） 定时

4） 安全性

5. TCP服务

1） 面向连接服务：通过握手标志客户机和服务器做好传输分组的准备，是全双工的。当应用程序结束报文发送时，必须拆除该连接。

2） 可靠数据传输服务： 进行通信的进程依靠TCP协议，无差错，按适当顺序交付发送的数据。当应用程序的一端通过套接字传送一个字节流时，它能够依靠TCP协议将相同的字节流交付给接收方的套接字，而没有字节的丢失和冗余。

6. UDP服务

UDP是一种不提供不必要服务的轻量级运输层协议，它仅提供最小服务。UDP是无连接的，因此在两个进程通信前没有握手过程。UDP协议提供的是不可靠数据传输服务，并且可能是乱序到达的。

7. 进程寻址

一个进程要与另一个进程进行通信，则需要以下信息：1） 该主机的名称或地址。2） 用来指定目的主机上接收进程的标识。（即IP和端口）

8. 应用层协议

应用层协议定义了：

1） 交换的报文类型，如请求报文和响应报文。

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，如何发送报文及对报文进行相应的规则。

WEB应用和HTTP协议

1. 概念解释

非持久连接： 当客户机/服务器交互时，每个请求/响应对是经一个单独的TCP连接发送。

持久连接： 当客户机/服务器交互时，所有的请求及相应的响应经相同的TCP连接发送。

往返时间RTT： 一个小分组从客户机到服务器再回到客户机所花费的时间。

静态文本： 页面显示的是相同的一个文档

动态页面： 页面本身包含一个程序，显示的是程序按需产生的内容。

2. 实例分析

1. HTTP概况

HTTP协议由两部分程序实现：一个客户机程序和一个服务器程序，它们运行在不同的端系统中，通过交换HTTP报文进行会话。服务器向客户机发送被请求的文件时，并不存储任何关于该客户机的状态信息。

2. 三次握手

客户机发送请求（1次握手），服务器返回确认（2次握手），客户机返回确认（3次握手），然后打开一个TCP连接，保证文件的传输。

3. HTTP报文格式

请求报文：

Get(方法) /somedir/page.html(URL) HTTP/1.1(协议)
Host:www.someschool.edu(主机)
Connection:close(非持续连接)
User-agent:Mozilla/4.0(浏览器)
Accept-language:fr(语言，这里为法语)

响应报文：

HTTP/1.1(协议) 200（状态码） OK
Connection:close(非持续连接)
Date: Thu,03 jul 2003 12:00:15 GMT(文件从服务器发出时间)
Server: Apache/1.3.0( Unix)
Last-Modified: Sun,6 May 2007 09:23:24 GMT
Content-Length: 6821(数据长度)
Content-Type: text/html(数据格式)
（data data data data data...）

4. web缓存

通过web缓存器，可以在不增加带宽的情况下，降低响应时间。

5. 条件GET方法

作用：保证web缓存器上面的内容是最新的。

6. 万维网体系结构

客户端：

由统一资源定位符（URL）来实现，包括三个部分：协议，页面所在及其的DNS名字，以及唯一指向特定页面的路径。

服务端：

被设计成多线程模式：

这里为一个前端和多个处理模块（多线程模式），公用缓存。如果请求的页面不在缓存中，则从磁盘中进行读取并更新缓存。

cookie：

如图，cookie有4个组成部分：1） 在HTTP响应报文中有一个cookie首部行；2） 在HTTP请求报文中有一个cookie首部行；3）在用户段系统中保留有一个cookie文件，由用户的浏览器管理；4）在web站点有一个后端数据库。

而我在浏览器上只能找到如下的信息：

文件传输协议：FTP

1. 概念解释

2. 实例分析

1. FTP概述

FTP使用两个并行的TCP连接来传输文件，一个是控制连接，一个是数据连接。控制连接用于在两个主机之间传输控制信息，如用户标识，口令，改变远程目录的命令以及"put"和"get"文件的命令。数据连接用于实际传输一个文件。

FTP命令和问答：

1) USER username

2) PASS password

3) LIST:用于请求服务器返回远程主机当前目录的所有文件列表。

4) RETR filename：用于从远处主机的当前目录检索（即get）文件。

5) STOR filename： 用于向远程主机的当前目录存放（即put）文件。

因特网中的电子邮件

1. 概念解释

2. 实例分析

1. 概述

邮件发送接收的基本流程：

2. 邮件格式

RFC 5322-----internet邮件格式

MIME-----多用途internet邮件扩展

MIME可处理RFC822不支持的特性：如中文，带有重音符的语言等非ASCII能解决的难题。MIME添加的邮件头如下：

而MIME内容类型和子类型实例如下：

以下是邮件的一个例子：用户发送一个邮件，包含生日歌词和生日歌曲，并且同步播放：

3.邮件传送

可通过IMAP协议来完成。

telnet imap.qq.com 143

但是我本机上并不支持LOGIN命令的使用，导致无法进行发送和接收邮件。

DNS:因特网的目录服务

1. 概念解释

DNS: 1) 一个由分层的DNS服务器实现的分布式数据库。2) 一个允许主机查询分布式数据库的应用层协议。

2. 实例分析

1. DNS使用方法

2. 域名资源记录

一条资源记录是一个五元组。格式如下：

Domain_name Time_to_live ClassTypeValue

Domain_name: 用于指出这条记录适用于哪个域。

Time_to_live: 该条记录的稳定程度（单位为秒，极稳定为一天86400，非常不稳定就一分钟60）

Class: 类别（对于internet信息，总是为IN）

Type: 记录的类型

Value: 类型相对于的值

以下表是一些重要类型：

类型	含义	值
SOA	授权开始	本区域的参数
A	主机的IPv4地址	32位整数
AAAA	主机的IPv6地址	128位整数
MX	邮件交换	优先级，愿意接受邮件的域
NS	域名服务器	本域的服务器名字
CNAME	规范名	域名
PTR	指针	IP地址的别名
SPF	发送者的政策框架	邮件发送政策的文本编码
SRV	服务	提供服务的主机
TXT	文本	说明的ASCII文本

以下例子解释了DNS记录：

假设我们发送邮件到flits.cs.vu.nl，如果失效，则zephyr和top是第二个和第三个选择。它们对应的IP地址（130.37.20.10,130.37.20.11）为邮件存放地点（注意查看flits的信息）。而rowboat则提供IP地址（130.37.56.201），主要邮件存放处（rowboat），次要邮件存放处（zephyr）

3. DNS工作机理概述

最简单的DNS设计是因特网上只使用一个DNS服务器。这样会造成以下问题：

1) 单点故障：如果该DNS服务器崩溃，整个因特网将随之瘫痪。

2) 通信容量：单个DNS服务器不得不处理所有的DNS查询。

3) 远距离的集中式数据库：如果DNS服务器在纽约，澳大利亚的人民就惨了。

4) 维护： 单个DNS服务器不仅处理大量的数据，而且得时时更新，维护难度非常大。

所以，DNS服务器被设计成分布式数据库形式：

而DNS的查询也利用了递归查询和迭代查询：

递归查询： 服务器返回完整答案（如上图中的第一步，向本地服务器发送查询时候得到的答案）

迭代查询： 服务器返回部分答案（向根域名服务器查询等）

我们来运行一个实例，在fedora下运行dig，通过域名（我的事192。168.0.1，来查询华科网址）：