计算机网络（谢希仁版）--应用层
应用层：
1. 域名系统（DNS）:
1. 概述：
许多应用层软件经常直接使用域名系统 DNS (Domain Name System)，但计算机的用户只是间接而不是直接使用域名系统。
因特网采用层次结构的命名树作为主机的名字，并使用分布式的域名系统 DNS。
名字到 IP 地址的解析是由若干个域名服务器程序完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行，运行该程序的机器称为域名服务器。
2. 因特网的域名结构：
因特网采用了层次树状结构的命名方法。
任何一个连接在因特网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名。
域名的结构由标号序列组成，各标号之间用点隔开：
域名不区分大小写，顶级域名由ICANN管理
3. 域名服务器：
一个服务器所负责管辖的（或有权限的）范围叫做区(zone)。
各单位根据具体情况来划分自己管辖范围的区。但在一个区中的所有节点必须是能够连通的。
每一个区设置相应的权限域名服务器，用来保存该区中的所有主机的域名到IP地址的映射。
DNS 服务器的管辖范围不是以“域”为单位，而是以“区”为单位。
域名服务器有以下四种类型：根域名服务器、顶级域名服务器、权限域名服务器、本地域名服务器
4. 根域名服务器：
根域名服务器是最重要的域名服务器。所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和 IP 地址。
不管是哪一个本地域名服务器，若要对因特网上任何一个域名进行解析，只要自己无法解析，就首先求助于根域名服务器。
在因特网上共有13 个不同 IP 地址的根域名服务器，它们的名字是用一个英文字母命名，从a 一直到 m（前13 个字母）。
到 2006 年底全世界已经安装了一百多个根域名服务器机器，分布在世界各地。
这样做的目的是为了方便用户，使世界上大部分 DNS 域名服务器都能就近找到一个根域名服务器。
根域名服务器并不直接把域名直接转换成 IP 地址。
在使用迭代查询时，根域名服务器把下一步应当找的顶级域名服务器的 IP 地址告诉本地域名服务器。
5. 顶级域名服务器：
这些域名服务器负责管理在该顶级域名服务器注册的所有二级域名。
当收到 DNS 查询请求时，就给出相应的回答（可能是最后的结果，也可能是下一步应当找的域名服务器的 IP 地址）。
6. 权限域名服务器：
这就是前面已经讲过的负责一个区的域名服务器。
当一个权限域名服务器还不能给出最后的查询回答时，就会告诉发出查询请求的 DNS 客户，下一步应当找哪一个权限域名服务器。
7. 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送给本地域名服务器。
每一个因特网服务提供者 ISP，或一个大学，甚至一个大学里的系，都可以拥有一个本地域名服务器，
这种域名服务器有时也称为默认域名服务器。 就是PC机上默认DNS。
8. 提高域名服务器的可靠性：
DNS 域名服务器都把数据复制到几个域名服务器来保存，其中的一个是主域名服务器，其他的是辅助域名服务器。
当主域名服务器出故障时，辅助域名服务器可以保证 DNS 的查询工作不会中断。
主域名服务器定期把数据复制到辅助域名服务器中，而更改数据只能在主域名服务器中进行。这样就保证了数据的一致性。
9. 域名的解析过程：
主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址，那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份，向其他根域名服务器继续发出查询请求报文。
本地域名服务器向根域名服务器的查询通常是采用迭代查询。当根域名服务器收到本地域名服务器的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的 IP 地址，要么告诉本地域名服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地域名服务器进行后续的查询。
10. 名字的高速缓存：
每个域名服务器都维护一个高速缓存，存放最近用过的名字以及从何处获得名字映射信息的记录。
可大大减轻根域名服务器的负荷，使因特网上的 DNS 查询请求和回答报文的数量大为减少。
为保持高速缓存中的内容正确，域名服务器应为每项内容设置计时器，并处理超过合理时间的项（例如，每个项目只存放两天）。
当权限域名服务器回答一个查询请求时，在响应中都指明绑定有效存在的时间值。增加此时间值可减少网络开销，而减少此时间值可提高域名转换的准确性。
不但在本地域名服务器中需要高速缓存，在主机中也需要，就是Linux中的host文件。
11. 补充：
DNS 请求报文是 UDP报文。
2. 文件传送协议（FTP）:
1. 概述：
FTP 提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型与格式，并允许文件具有存取权限。
FTP 屏蔽了各计算机系统（主要是文件系统）的细节，因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件。
2. 特点：
文件传送协议 FTP 只提供文件传送的一些基本的服务，它使用 TCP 可靠的运输服务。
FTP 的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。
FTP 使用客户服务器方式。一个 FTP 服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。FTP 的服务器进程由两大部分组成：一个主进程，负责接受新的请求；另外有若干个从属进程，负责处理单个请求。
3. 主进程的工作步骤如下：
打开熟知端口（端口号为 21），使客户进程能够连接上。
等待客户进程发出连接请求。
启动从属进程来处理客户进程发来的请求。从属进程对客户进程的请求处理完毕后即终止，但从属进程在运行期间根据需要还可能创建其他一些子进程。
回到等待状态，继续接受其他客户进程发来的请求。主进程与从属进程的处理是并发地进行。
4. 两个连接：
控制连接在整个会话期间一直保持打开，FTP 客户发出的传送请求通过控制连接发送给服务器端的控制进程，但控制连接不用来传送文件。
实际用于传输文件的是“数据连接”。服务器端的控制进程在接收到 FTP 客户发送来的文件传输请求后就创建“数据传送进程”和“数据连接”，用来连接客户端和服务器端的数据传送进程。
数据传送进程实际完成文件的传送，在传送完毕后关闭“数据传送连接”并结束运行。
5. 两个不同的端口号：
当客户进程向服务器进程发出建立连接请求时，要寻找连接服务器进程的熟知端口(21)，同时还要告诉服务器进程自己的另一个端口号码，用于建立数据传送连接。
接着，服务器进程用自己传送数据的熟知端口(20)与客户进程所提供的端口号码建立数据传送连接。
由于 FTP 使用了两个不同的端口号，所以数据连接与控制连接不会发生混乱。
6. 文件共享协议：
FTP 和 TFTP 都属于文件共享协议的一大类：复制整个文件。
NFS （网络文件系统）则属于文件共享协议的另一大类：联机访问。
NFS 允许应用进程打开一个远地文件，并能在该文件的某一个特定的位置上开始读写数据。
NFS 可使用户只复制一个大文件中的一个很小的片段，而不需要复制整个大文件。（FTP、TFTP则需要复制整个大文件）
对于上述例子，计算机 A 的 NFS 客户软件，把要添加的数据和在文件后面写数据的请求一起发送到远地的计算机 B 的 NFS 服务器。NFS 服务器更新文件后返回应答信息。在网络上传送的只是少量的修改数据。
7. 简单文件传送协议 TFTP：
1. 概述：
TFTP 是一个很小且易于实现的文件传送协议。
TFTP 使用客户服务器方式和使用 UDP 数据报，因此 TFTP 需要有自己的差错改正措施。
TFTP 只支持文件传输而不支持交互。
TFTP 没有一个庞大的命令集，没有列目录的功能，也不能对用户进行身份鉴别。
2. 特点：
(1) 每次传送的数据 PDU 中有 512 字节的数据，但最后一次可不足 512 字节。
(2) 数据 PDU 也称为文件块(block)，每个块按序编号，从 1 开始。
(3) 支持 ASCII 码或二进制传送。
(4) 可对文件进行读或写。
(5) 使用很简单的首部。
3. 工作流程（像停止等待协议）：
发送完一个文件块后就等待对方的确认，确认时应指明所确认的块编号。
发完数据后在规定时间内收不到确认就要重发数据 PDU。
发送确认 PDU 的一方若在规定时间内收不到下一个文件块，也要重发确认 PDU。这样就可保证文件的传送不致因某一个数据报的丢失而告失败。
在一开始工作时。TFTP 客户进程发送一个读请求 PDU 或写请求 PDU 给 TFTP 服务器进程，其熟知端口号码为 69。
TFTP 服务器进程要选择一个新的端口和 TFTP 客户进程进行通信。
若文件长度恰好为 512 字节的整数倍，则在文件传送完毕后，还必须在最后发送一个只含首部而无数据的数据 PDU。
若文件长度不是 512 字节的整数倍，则最后传送数据 PDU 的数据字段一定不满512字节，这正好可作为文件结束的标志。
3. 远程终端协议(TELNET)：
1. TELNET 能将用户的击键传到远地主机，同时也能将远地主机的输出通过 TCP 连接返回到用户屏幕。这种服务是透明的，因为用户感觉到好像键盘和显示器是直接连在远地主机上。
2. 工作流程：
客户软件把用户的击键和命令转换成 NVT （网路虚拟终端）格式，并送交服务器。
服务器软件把收到的数据和命令，从 NVT 格式转换成远地系统所需的格式。
向用户返回数据时，服务器把远地系统的格式转换为 NVT 格式，本地客户再从 NVT 格式转换到本地系统所需的格式。
4. 万维网（WWW）:
1. 概述：万维网用链接的方法能非常方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需获取丰富的信息。
2. 超媒体与超文本：
万维网是分布式超媒体(hypermedia)系统，它是超文本(hypertext)系统的扩充。
一个超文本由多个信息源链接成。利用一个链接可使用户找到另一个文档。这些文档可以位于世界上任何一个接在因特网上的超文本系统中。超文本是万维网的基础。
超媒体与超文本的区别是文档内容不同。超文本文档仅包含文本信息，而超媒体文档还包含其他表示方式的信息，如图形、图像、声音、动画，甚至活动视频图像。
3. 工作方式：
万维网以客户-服务器方式工作。
浏览器就是在用户计算机上的万维网客户程序。万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序，因此这个计算机也称为万维网服务器。
客户程序向服务器程序发出请求，服务器程序向客户程序送回客户所要的万维网文档。
在一个客户程序主窗口上显示出的万维网文档称为页面(page)。
4. 怎样标志分布在整个因特网上的万维网文档？
使用统一资源定位符 URL (Uniform Resource Locator)来标志万维网上的各种文档。
使每一个文档在整个因特网的范围内具有唯一的标识符 URL。
URL的一般形式：
在 URL 中的字符对大写或小写没有要求。
http协议的默认端口号为80，可以不写。
5. 用何协议实现万维网上各种超链的链接？
为了使超文本的链接能够高效率地完成，需要用 HTTP 协议来传送一切必须的信息。
从层次的角度看，HTTP 是面向事务的(transaction-oriented)应用层协议。
万维网的工作过程：
用户点击鼠标后所发生的事件：
(1) 浏览器分析超链指向页面的 URL。
(2) 浏览器向 DNS 请求解析 www.tsinghua.edu.cn 的 IP 地址。
(3) 域名系统 DNS 解析出清华大学服务器的 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：
GET /chn/yxsz/index.htm。
(6) 服务器给出响应，把文件 index.htm 发给浏览器。
(7) TCP 连接释放。
(8) 浏览器显示“清华大学院系设置”文件 index.htm 中的所有文本。
HTTP的主要特点：
HTTP 是面向事务的客户服务器协议。
HTTP 1.0 协议是无状态的(stateless)。
HTTP 协议本身也是无连接的，虽然它使用了面向连接的 TCP 向上提供的服务。
请求一个万维网文档所需的时间（使用HTTP/1.0协议）：
缺点是没请求一个文档，就要两倍RTT时间。
持续连接（解决上述问题）：
HTTP/1.1 协议使用持续连接。
万维网服务器在发送响应后仍然在一段时间内保持这条连接，使同一个客户（浏览器）和该服务器可以继续在这条连接上传送后续的 HTTP 请求报文和响应报文。
这并不局限于传送同一个页面上链接的文档，而是只要这些文档都在同一个服务器上就行。
持续连接的两种工作方式：
非流水线方式：客户在收到前一个响应后才能发出下一个请求。这比非持续连接的两倍 RTT 的开销节省了建立 TCP 连接所需的一个 RTT 时间。但服务器在发送完一个对象后，其 TCP 连接就处于空闲状态，浪费了服务器资源。
流水线方式：客户在收到 HTTP 的响应报文之前就能够接着发送新的请求报文。一个接一个的请求报文到达服务器后，服务器就可连续发回响应报文。使用流水线方式时，客户访问所有的对象只需花费一个 RTT时间，使 TCP 连接中的空闲时间减少，提高了下载文档效率。
代理服务器：
代理服务器(proxy server)又称为万维网高速缓存(Web cache)，它代表浏览器发出 HTTP 请求。
万维网高速缓存把最近的一些请求和响应暂存在本地磁盘中。
当与暂时存放的请求相同的新请求到达时，万维网高速缓存就把暂存的响应发送出去，而不需要按 URL 的地址再去因特网访问该资源。
HTTP 的报文结构：
HTTP 有两类报文：
请求报文——从客户向服务器发送请求报文。
响应报文——从服务器到客户的回答。
由于 HTTP 是面向正文的(text-oriented)，因此在报文中的每一个字段都是一些 ASCII 码串，因而每个字段的长度都是不确定的。
请求报文结构：
报文由三个部分组成，即开始行、首部行（用来说明浏览器、服务器或报文主体的一些信息）和实体主体。
HTTP 请求报文的一些方法：
版本就是HTTP的版本。
响应报文结构：
报文由三个部分组成，即状态行、首部行（用来说明浏览器、服务器或报文主体的一些信息）和实体主体。
状态码都是三位数字：
1xx 表示通知信息的，如请求收到了或正在进行处理。
2xx 表示成功，如接受或知道了。（202Accepted）
3xx 表示重定向，表示要完成请求还必须采取进一步的行动。
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。
短语：解释状态码的简单短语
在服务器上存放用户的信息：
万维网站点使用 Cookie 来跟踪用户。
Cookie 表示在 HTTP 服务器和客户之间传递的状态信息。
使用 Cookie 的网站服务器为用户产生一个唯一的识别码。利用此识别码，网站就能够跟踪该用户在该网站的活动。
5. 电子邮件：
1. 其中的一些协议：
发送邮件的协议：SMTP
读取邮件的协议：POP3 和 IMAP
MIME 在其邮件首部中说明了邮件的数据类型(如文本、声音、图像、视像等)，使用 MIME 可在邮件中同时传送多种类型的数据。
2. 电子邮件的最主要的组成构件：
用户代理（UA）：用户代理 UA 就是用户与电子邮件系统的接口，是电子邮件客户端软件。用户代理的功能：撰写、显示、处理和通信。
邮件服务器：发送和接收邮件，同时还要向发信人报告邮件传送的情况（已交付、被拒绝、丢失等）。邮件服务器按照客户-服务器方式工作。邮件服务器需要使用发送和读取两个不同的协议。
3. 发送和接收电子邮件的 几个重要步骤：
（1） 发件人调用 PC 中的用户代理撰写和编辑要发送的邮件。
（2）发件人的用户代理把邮件用 SMTP 协议发给发送方邮件服务器，
（3）SMTP 服务器把邮件临时存放在邮件缓存队列中，等待发送。
（4）发送方邮件服务器的 SMTP 客户与接收方邮件服务器的 SMTP 服务器建立 TCP 连接，然后就把邮件缓存队列中的邮件依次发送出去。
（5）运行在接收方邮件服务器中的SMTP服务器进程收到邮件后，把邮件放入收件人的用户邮箱中，等待收件人进行读取。
（6）收件人在打算收信时，就运行 PC 机中的用户代理，使用 POP3（或 IMAP）协议读取发送给自己的邮件。
请注意，POP3 服务器和 POP3 客户之间的通信是由 POP3 客户发起的。
4. 简单邮件传送协议 SMTP：
SMTP 规定了 14 条命令和 21 种应答信息。每条命令用 4 个字母组成，而每一种应答信息一般只有一行信息，由一个 3 位数字的代码开始，后面附上（也可不附上）很简单的文字说明。
SMTP 通信的三个阶段：
1. 连接建立：TCP 连接是在发送主机的 SMTP 客户和接收主机的 SMTP 服务器之间建立的。SMTP不使用中间的邮件服务器。
2. 邮件传送
3. 连接释放：邮件发送完毕后，SMTP 应释放 TCP 连接。
注意：
SMTP 本来只能传送 ASCII 码，不能传送二进制数据，后来有了 MIME 可以传送二进制数据，但在传送非 ASCII 码的长报文时，在网络上的效率是不高的。
此外，SMTP 传送的邮件是明文的，不利于保密。
5. 邮件读取协议 POP3 和 IMAP：
邮局协议 POP 是一个非常简单、但功能有限的邮件读取协议，现在使用的是它的第三个版本 POP3。
注意： POP3协议，只要用户从 POP 服务器读取了邮件，POP 服务器就把该邮件删除。
用户在自己的 PC 机上就可以操纵 ISP 的邮件服务器的邮箱，就像在本地操纵一样。
因此 IMAP 是一个联机协议。当用户 PC 机上的 IMAP 客户程序打开 IMAP 服务器的邮箱时，用户就可看到邮件的首部。若用户需要打开某个邮件，则该邮件才传到用户的计算机上。
IMAP最大的好处就是用户可以在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读和处理自己的邮件。
IMAP 还允许收件人只读取邮件中的某一个部分。例如，收到了一个带有视像附件（此文件可能很大）的邮件。为了节省时间，可以先下载邮件的正文部分，待以后有时间再读取或下载这个很长的附件。
IMAP 的缺点是如果用户没有将邮件复制到自己的 PC 上，则邮件一直是存放在 IMAP 服务器上。因此用户需要经常与 IMAP 服务器建立连接。
6. 基于万维网的电子邮件（通过浏览器发送电子邮件）：
电子邮件从 A 发送到网易邮件服务器是使用 HTTP 协议。
两个邮件服务器之间的传送使用 SMTP。
邮件从新浪邮件服务器传送到 B 是使用 HTTP 协议。
7. 通用因特网邮件扩充 MIME：
SMTP 的缺点：
SMTP 不能传送可执行文件或其他的二进制对象。
SMTP 限于传送 7 位的 ASCII 码。许多其他非英语国家的文字（如中文、俄文，甚至带重音符号的法文或德文）就无法传送。
SMTP 服务器会拒绝超过一定长度的邮件。
MIME 的特点：
MIME 并没有改动 SMTP 或取代它。
MIME 的意图是继续使用目前的[RFC 822]格式，但增加了邮件主体的结构，并定义了传送非 ASCII 码的编码规则。
MIME 和 SMTP 的关系：
MIME 主要包括三个部分：
5 个新的邮件首部字段，它们可包含在[RFC 822]首部中。这些字段提供了有关邮件主体的信息。
定义了许多邮件内容的格式，对多媒体电子邮件的表示方法进行了标准化。
定义了传送编码，可对任何内容格式进行转换，而不会被邮件系统改变。
MIME 增加 5 个 新的邮件首部：
MIME-Version: 标志 MIME 的版本。现在的版本号是 1.0。若无此行，则为英文文本。
Content-Description: 这是可读字符串，说明此邮件是什么。和邮件的主题差不多。
Content-Id: 邮件的唯一标识符。
Content-Transfer-Encoding: 在传送时邮件的主体是如何编码的。
Content-Type: 说明邮件的性质。
内容传送编码：
最简单的编码就是 7 位 ASCII 码，而每行不能超过 1000 个字符。MIME 对这种由 ASCII 码构成的邮件主体不进行任何转换。
另一种编码称为 quoted-printable，这种编码方法适用于当所传送的数据中只有少量的非 ASCII 码。
对于任意的二进制文件，可用 base64 编码。
内容类型：
MIME着标准规定 Content-Type 说明必须含有两个标识符，即内容类型(type)和子类型(subtype)，中间用“/”分开。
MIME 标准定义了 7 个基本内容类型和 15 种子类型。
6. 动态主机配置协议 DHCP：
1. 工作方式：
需要 IP 地址的主机在启动时就向 DHCP 服务器广播发送发现报文（DHCPDISCOVER），这时该主机就成为 DHCP 客户。
本地网络上所有主机都能收到此广播报文，但只有 DHCP 服务器才回答此广播报文。
DHCP 服务器先在其数据库中查找该计算机的配置信息。若找到，则返回找到的信息。若找不到，则从服务器的 IP 地址池(address pool)中取一个地址分配给该计算机。DHCP 服务器的回答报文叫做提供报文
（DHCPOFFER）。
2. DHCP 中继代理：
并不是每个网络上都有 DHCP 服务器，这样会使 DHCP 服务器的数量太多。现在是每一个网络至少有一个 DHCP 中继代理，它配置了 DHCP 服务器的 IP 地址信息。
当 DHCP 中继代理收到主机发送的发现报文后，就以单播方式向 DHCP 服务器转发此报文，并等待其回答。收到 DHCP 服务器回答的提供报文后，DHCP 中继代理再将此提供报文发回给主机。
3. 租用期：
DHCP 服务器分配给 DHCP 客户的 IP 地址的临时的，因此 DHCP 客户只能在一段有限的时间内使用这个分配到的 IP 地址。DHCP 协议称这段时间为租用期。
租用期的数值应由 DHCP 服务器自己决定。
DHCP 客户也可在自己发送的报文中（例如，发现报文）提出对租用期的要求。
4. 注意：
DHCP 报文是 UDP 报文。
