应用层--计算机网络

应用层

1.网络应用模型

1.1客户/服务器模型

在客户/服务器模型中，有一个总是打开的主机称为服务器，它服务于许多来自其他称为客户机的主机请求。其工作流程：

 （1）服务器处于接受请求的状态 （2）客户机发出服务请求，并等待接收结果。 （3）服务器收到请求后，分析请求，进行必要的处理，得到结果并发送给客户机。

客户/服务器模型的主要特点还有：
1）网络中各计算机的地位不平等，服务器可以通过对用户权限来达到管理客户机的目的，使它们不能随意存储/删除数据，或进行其他受限的活动。
2）客户机相互之间不直接通信。
3）可扩展性不佳。

1.2 P2P模型

C/S模型中，服务器性能的好坏决定了整个系统的性能，当大量用户请求服务时，服务器就必然成为系统的瓶颈。P2P的思想是整个网络中的传输内容不再被保存在中心服务器上，每个结点都具有下载、上传的功能，其权利和义务都是大体对等的。
与C/S模型相比，P2P模型的优点主要体现在在：
1）减轻了服务器的计算压力，消除了对某个服务器的完全依赖，可以将任务分配到各个结点上，因此大大提高了系统效率和资源利用率。
2）多个客户机之间可以直接共享文档。
3）可扩展性好，传统服务器有响应和带宽的限制，因此只能接受一定数量的请求。
4）网络健壮性强，单个结点的失效也不会影响其他部分的结点。

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2.域名系统DNS

域名系统DNS是因特网使用的命名系统，用来把便于人们记忆的含有特定含义的主机名转换为便于机器处理的IP地址。DNA系统采用客户/服务器模型，其协议运行在UDP之上，使用53号端口。
从概念上可将DNS分为3个部分：层次域名空间、域名服务器和解析器。

2.1 层次域名空间

因特网采用层次树状结构的命名方法。每一个域名都是由标号序列组成，各标号之间用点隔开。在域名系统中，每个域分别由不同的组织进行管理。每个组织都可以将它的域再分成一定数目的子域，并将这些子域委托给其他组织去管理。

2.2 域名服务器

每一个域名服务器不但能够进行一些域名到IP地址的解析，而且还必须具有连向其他域名服务器的信息。DNS使用了大量的域名服务器，它们以层次方式组织。主要有四种类型的域名服务器。
1.根域名服务器
根域名服务器是最高层次的域名服务器，所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的IP地址。
2.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。
3.授权域名服务器
每个主机都必须在授权域名服务器处登记。
4.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。

2.3 域名解析过程

域名解析是指域名映射成为IP地址或把IP地址映射成为域名的过程。当客户端需要域名解析时，通过本机的DNS客户端构造一个DNS请求报文，以UDP数据报方式发往本地域名服务器。域名解析有两种方式：递归查询和递归与迭代相结合的查询。

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3.文件传送协议FTP

3.1 FTP的工作原理

文件传输协议FTP是因特网上使用得最广泛的文件传送协议。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采用客户/服务器的工作方式，它使用TCP可靠的传输服务。
FTP服务器必须在整个会话期间保留用户的状态信息。特别是服务器必须把指定的用户账户与控制连接联系起来，服务器必须追踪用户在远程目录树上的当前位置。

3.2 控制连接与数据连接

FTP在工作时使用两个并行的TCP连接，一个是控制连接（端口号21），一个是数据连接（端口号20）.使用两个不同的端口号可使协议更加简单和更容易实现。
1.控制连接
服务器监听在21号端口，等待客户连接，建立在这个端口上的连接称为控制连接，控制连接用来传输控制信息（如连接请求、传送请求等）。控制连接在整个会话期间一直保持打开状态。
2.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“数据传送进行”和“数据连接”。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。

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4.电子邮件EMAIL

4.1 电子邮件系统的组成结构

电子邮件是一种异步通信方式，通信时不需要双方同时在场。一个电子邮件系统应具有三个最主要的组成构件，用户代理、邮件服务器和电子邮件使用的协议，如SMTP、POP3（或IMAP）等。
用户代理UA：用户与电子邮件系统的接口，用户代理使用户能够通过一个很友好的接口来发送和接收邮件，用户代理至少应当具有撰写、显示和邮件处理的功能。如Foxmail。
邮件服务器：组成了电子邮件系统的核心。邮件服务器采用客户/服务器方式工作，但它能够同时充当客户和服务器。
邮件发送协议和读取协议：邮件发送协议用于用户代理向邮件服务器发送邮件或在邮件服务器之间发送邮件，通常使用的是SMTP；邮件读取协议用于用户代理从邮件服务器读取邮件，如POP3。

4.2 电子邮件格式与MIME

1.电子邮件格式：分为信封和内容。内容又分为首部和主体两部分。首部是from，to，subject，主体是邮件内容。
2.MIME（多用途国际邮件扩充）
SMTP只能传送一定长度的ASCII码，许多其他非英语国家的文字就无法传送，且无法传送可执行文件及其他二进制对象，因此提出了MIME。

4.3 SMTP协议和POP3协议

1.SMTP协议：简单邮件传输协议是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议，控制两个相互通信的SMTP进程交换信息。SMTP用TCP连接，端口号25.SMTP通信有三个阶段：连接建立、邮件传送、连接释放。
2.POP3协议：邮局协议是一个非常简单、但功能有限的邮件读取协议。POP也是基于客户服务器的工作方式，在传输层使用TCP协议，端口号110.POP有两种工作方式：下载并保留和下载并删除模式。

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5.万维网WWW

5.1 WWW的概念与组成结构

万维网是一个资料空间。在这个空间中:一样有用的事物称为一样“资源”；并且由一个全域“统一资源定位符URL”标识。这些资源通过超文本传输协议http传送给使用者，而后者通过点击链接来获取资源。
万维网的内核部分是由三个标准构成：统一资源定位符URL、超文本传输协议http，超文本标记语言html。
万维网用客户服务器方式工作。浏览器是在用户计算机上的万维网客户程序，而万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序，这个计算机称万维网服务器。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文档。

超文本传输协议HTTP

从层次角度看，HTTP是面向事务的应用层协议，它规定了再浏览器和服务器之间的请求和相应的格式和规则，它是万维网上能够可靠地交换文件的重要基础。
1.HTTP的操作过程
万维网的大致工作过程。每个万维网站点都有一个服务器进程，它不断地监听TCP的端口80，当监听到连接请求后便与浏览器简历连接。TCP连接建立后，浏览器就向服务器发送请求获取某一Web页面的HTTP请求。服务器收到HTTP请求后，将构建所请求的Web页必需的信息，并通过HTTP响应返回浏览器。浏览器再将信息进行解释，然后将Web页显示给用户。最后，TCP连接释放。
2.HTTP协议的特点
是无状态的。HTTP协议的无状态特性简化了服务器的设计，使服务器更容易支持大量并发的HTTP请求。在实际应用中，通常使用Cookie加数据库的方式来跟踪用户的活动。Cookie是一个存储在用户主机中的文本文件，里面包含识别码，用于Web服务识别用户。
HTTP采用TCP作为运输层协议，保证了数据的可靠传输。
HTTP既可以使用非持久连接，也可以使用持久连接。
3.HTTP的报文结构
HTTP是面向文本的，因此在报文中的每个字段都是一些ASCII码串，并且每个字段的长度都是不确定的。有两类HTTP报文：请求报文、响应报文。