计算机网络02-应用层（http、email、dns)

计算机网络02

第二章 应用层（http、email、dns)

一、应用层协议原理

1 · 应用层的概念与作用

应用层规定了 网络应用程序之间用什么方式通信 、互联网有哪些典型的应用以及应用程序之间的通信规程。

2 · 网络应用体系结构

在第一章我们提及了两种主流体系结构：

• 客户端/服务器（c/s方式）
  所描述的是进程之间服务和被服务的关系，客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方，客户发送请求，接收服务器响应。
  服务器的特点：

  • 服务器具有固定的地址/域名
  • 服务器是永久打开的
  • 利用大量服务器实现可扩展性

  客户机的特点

  • 与服务器通信，使用服务器提供的服务
  • 间歇性接入网络
  • 可能使用动态IP地址
  • 不会与其他客户机直接通信

• P2P（点对点)
  两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方，通信在对等实体之间直接进行（如QQ)，他的特点是高度可伸缩，但难以管理

  • 没有永远在线的服务器
  • 任意端系统/节点之间可以直接通讯
  • 节点间歇性接入网络
  • 节点可能改变IP地址

3 · 进程之间如何通信

一个进程可以被认为是运行在端系统中的程序。不论是c/s结构还是p2p结构中都有客户机进程与服务及进程之分。

注意：进程！= 程序 引申：春招12.17-1-什么是进程

• 同一端系统中的通信：
  使用进程间的通信规则进行通信，其规则由端系统的操作系统决定。操作系统中的进程通信方法见->春招12.23日-1
• 不同端系统中的通信：
  通过跨越计算机网络 交换报文 而相互通信。发送进程生成并向网络中发送报文，接收进程接收报文并可能通过会送报文进行响应。
• 通信的方法：
  在不同主机上的进程间通信，每个进程必须拥有标识符。这个标识符由IP地址（主机的地址）+ 端口号（在目的主机中指定接收进程的标识）决定。

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二、常用应用层协议

1 · 万维网的构成

万维网即 WWW 的缩写 (简称'3W'，英文全称为“World Wide Web”)，其核心部分由三个部分组成：

• 统一资源定位符（Uniform Resource Locator，URL）
  统一资源定位符又称网页地址，一个完整的URL由资源类型、存放资源的主机域名、资源文件（包括路径和名称）这三个部分。常见的url类型有：http、ftp、telnet、gopher等。
• 超文本传送协议（Hyper Text Transport Protocol，HTTP）
  是万维网的应用层协议
• 超文本标记语言（Hypertext Markup Language，HTML）
  HTML是一种简单、通用的网络通用语言，它允许建立文本与图片相结合的页面，并支持被网上任何其他人浏览。

2 · Http协议

http定义了web客户端向web服务器请求web页面的方式，以及服务器向客户端传送web页面的方式。

• http使用tcp作为支撑运输协议。 传输过程为：
  • 服务器在80端口等待客户的请求
  • 浏览器发起到服务器的TCP连接，并发送http请求报文
  • 服务器接受TCP连接
  • 客户端与服务器交换HTTP消息，发送响应报文
  • 关闭TCP连接
• http是无状态的。 因为服务器不保存任何有关客户端过去所发请求的信息，假如在短时间内发送两次同样的请求，服务器不会因为已经提供了对象而不再反应。

3 · E-mail

因特网的电子邮件系统的3个主要组成部分：

• 用户代理
  作为邮件阅读器，允许用户阅读、回复、发送、保存和撰写报文。
  发送邮件时从发送方的用户代理传输到发送方的邮件服务器，再传输到接收方的邮件服务器中。当接收邮件的时候，接收方的用户代理载从邮件服务器中获取报文。
• 邮件服务器(mail servet)
  接收方的邮件服务器上有邮箱，存储发送给用户的报文。
  发送方的邮件服务器通常处于报文队列，通过SMTP协议转发到接收方邮件服务器。
• 简单邮件传输协议(SMTP)
  是因特网点子邮件中的主要应用层协议，使用tcp可靠数据传输服务。分为客户机端和服务器端，每个邮件服务器上都有SMTP的客户机端和服务器端。

4 · DNS

因特网上识别主机的方式有两种：1.使用主机名（域名），2.使用IP地址。而DNS（域名解析系统 Domain Name System）的作用就是进行主机名到IP地址的目录服务。
DNS是：

• 一个由分层的DNS服务器实现的分布式数据库
• 一个使得主机能够查询分布式数据库的应用层协议。

DNS提供的服务有：

• 域名向IP地址的翻译
  dns通常是由其他应用层协议所使用的，包括http、smtp、ftp，将用户提供的主机名解析为IP地址
• 主机别名。
  一台主机可能拥有多个别名，应用程序可以调用DNS对提供的主机名别名进行解析成主机名。
• 邮件服务器别名
  和主机别名类似，dns可以将邮件服务器名称解析成其对应的主机名。
• 负载均衡：Web服务器
  dns用于在冗余的服务器之间进行负载分配。繁忙的站点被冗余分布在多台服务器上，每台服务器运行在不同的端系统上，有着不同的ip地址，并记录在dns数据库中。

为什么不使用集中式的dns（即因特网上只使用一个dns，对其余进行映射）：

• 单点故障 若该dns服务器崩溃，将造成因特网瘫痪
• 通信容量 单个dns服务器将处理所有的dns请求
• 距离问题 远距离的dns请求将经过低俗和拥塞的链接，将造成严重的时延
• 维护 单个dns服务器将为所有的因特网主机保留记忆，并且因每个新添加的主机而频繁更新

分布式数据库：
为了处理扩展性问题，dns使用了大量的dns服务器，以层次方式组织且分布在全世界范围内。
DNS服务器一般分三种，都处在dns服务器的层次结构中:

• 根域名服务器 本地域名解析服务器无法解析域名时，访问根域名服务器。它提供顶级域名服务器的ip地址。
• 顶级域名服务器 提供权威域名服务器的ip地址，负责com, org, net,edu等 顶级域名和国家顶级域名，例如cn, uk, fr等。
• 权威域名服务器 组织的域名解析服务器，提供组织内部服务器的解析服务
  

除了上述三类，还有一种重要的dns服务器，本地DNS服务器：

• 不严格属于层次结构
• 每个ISP有一个本地域名服务器（默认名字服务器）
• 局域网中主机发出dns请求时，被发往本地dns服务器，它起着代理的作用，并再转发到dns服务器层次结构中。