第六章：应用层

6.1 网络应用模型

1、应用层概述

应用层对应用程序的通信提供服务。

应用层协议定义：应用进程交换的报文类型，请求还是相应；各种报文类型的语法，如报文中的各个字段及其详细描述；字段的语义，即包含在字段中的信息的含义；进程何时、如何发送报文，以及对报文进行相应的规则。

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

应用层的重要协议：FTP、SMTP、POP3、HTTP、DNS

2、网络应用模型

1）客户/服务器（C/S）模型（Client/Server）

服务器（提供计算服务的设备）：永久提供服务；永久性访问地址/域名。

客户机（请求计算服务的主机）：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

2）P2P模型（Peer-to-Peer）

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/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；可扩展性好；网络健壮性强。

6.2 DNS系统（域名解析系统）

DNS就是将域名解析为IP地址

1、域名

域名就是类似于www.xxx.com，.com之后还可以有东西，称之为根。域名从左向右，级别逐渐增高。

2、域名服务器层次结构：

DNS服务器有很多台，根据层次结构分为三层，根域名服务器，顶级域名服务器，权限域名服务器。本地域名服务器不算层次结构，特点是离主机比较近，当主机和另一台比较近的主机通信时，就不用走那些更高级的服务器了。根域名服务器并不是一个域名只有一台，而是一个域名对应多台域名服务器，全世界一共有13个这样的域名，分别是a.rootservers.net，b.rootservers.net，c.rootservers.net，~m.rootservers.net  在权限域名服务器中，虽然看似abc.com比y.abc.com少了一位，但是他们的地位仍是对等的，对应的两台权限域名服务器。
 

3、域名解析过程：

1）递归查询：主机先是想本地域名服务器发送请求，如果查不到的话，本地域名服务器向根域名服务器发送请求（找别人），如果还是查不到的话，根域名域名服务器向顶级域名服务器发送请求（找别人），如果还是查不到的话，顶级域名服务器向权限域名服务器发送请求（找别人）。可以看到每一次向下一个查询的服务器都变了，不是主机一个个去问，而是服务器自己一个个问下去

2）迭代查询：主机先是想本地域名服务器发送请求，如果查不到的话，本地域名服务器就让主机去向根域名服务器发送请求（主机去找，本地域名给目标根域名服务器的IP地址），如果还是查不到的话，根域名域名服务器让主机去向对应的顶级域名服务器发送请求（主机去找，根域名给目标顶级域名服务器的IP地址），如果还是查不到的话，顶级域名服务器让主机去向权限域名服务器发送请求（主机去找，顶级域名给目标权限域名服务器的IP地址）。可以看到这里是主机一个个挨个问的地址。

高速缓存：为了减少多次查询同一个域名的资源浪费，本地域名服务器会存储最近使用的ip地址解析，下次再访问同一个域名就不需要这么多查询步骤了。同时这个高速缓存主机本身也有存储。同时本地域名服务器还可以对顶级域名服务器，权限域名服务器的地址进行缓存，下一次即使是不知道的ip地址，查询也可以更快。高速缓存为了保持正确性，需要定时更新。

6.3 文件传输协议FTP

文件传送协议FTP（file transfer protocol）：提供不同种类主机系统（硬、软件体系等都可以不同）之间的文件传输能力。

简单文件传送协议TFTP（trivial file transfer protocol）：是一个轻量的，比较容易实现的，面对小文件的，UDP的文件传输协议。

拷贝（上传/下载）

1、FTP服务器和用户端

FTP是基于客户/服务器（C/S）的协议。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。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。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

为什么有匿名登陆：对于一些公共服务器来说，增加验证阶段就是增加资源开销，减少验证阶段就可以节省资源来更好地服务

主进程和从属进程的区别：主进程是打开端口，让外部发送的数据可以进来，并且将这些数据逐个分配各从属进程。从属进程则是单独为这些数据服务

这里的主进程被忽略，没标在上图
客户端和服务器端先建立TCP连接，端口是21，称为控制连接
然后看情况是主动建立连接还是被动建立连接
主动建立连接是指服务器端主动发送请求和客户端进行连接，此时端口号固定是20
被动连接是指客户端发送请求和服务器端建立数据传送连接，此时端口号不确定，由两者协商得到
数据传输完成之后，数据连接断开，控制连接继续保持，直至两边发送断开请求

3、FTP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

6.4 电子邮件

1、电子邮件的信息格式

2、组成结构

用户代理：
撰写就是给用户编辑信件的环境
显示就是可以看到自己写的和自己收的信件内容
处理就是对信件进行操作，包括删除，打印，转发等等
通信就是可以将邮件发送到邮件服务器当中，同时可以从邮件服务器当中读取邮件

邮件服务器：
邮件服务器端的发送和接受是指从自己的用户代理处接收邮件，之后向对面的邮件服务器发送邮件
邮件服务器的报告邮件发送结果就是投递是否成功这种情况
邮件服务器既可以作为客户端又可以作为服务器端，使用的是C/S方式

协议：
发邮件用的是SMTP
收邮件的是POP3或者IMAP
 

3、简单邮件传送协议SMTP

SMTP规定了在两个相互通信的SMTP进程之间应如何交换信息。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---->邮件传送---->连接释放

RCPT能有多条命令的原因是，电子邮件可以有多个收件人，就是群发，所以允许多个RCPT

这里服务器和客户端可以互换，视具体情况而定，发送方是客户端，接收方是服务器端

4、MIME协议（改进SMTP缺点）

SMTP的缺点：不能传送可执行文件或者其他二进制对象；仅限于传送7位ASCII码，不能传送其他非英语国家的文字；服务器会拒绝超过一定长度的邮件。

MIME改善SMTP发送数据的缺点，是SMTP的功能性扩展。MIME协议已经逐渐开始应用到浏览器当中，通过对不同文件类型用不同的标识符标识，来让浏览器读取通过MIME的相关文件。

5、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

6、网际报文存取协议IMAP

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）

7、基于万维网的电子邮件

基于万维网的电子邮件的邮件服务器端可以不同。同时，发送邮件使用的SMTP/MIME和收邮件时的POP3/IMAP协议都换成了HTTP协议。方便

6.5 万维网和HTTP协议

1、万维网概述

URL用来标识整个互联网当中的某一个资源（文字，视屏，音频等）的位置

HTTP用来将这些资源传送给用户

HTML帮助设计者来设计页面，让不同设计者设计的页面都可以在界面上显示

2、超文本传输协议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。

服务器通过TCP 80端口来监听HTTP请求

HTTP可以不一次性下载完页面的所有资源，可以只下载文本部分，其他音频视频等待用户下一步请求之后再传输

3、HTTP协议的特点

4、HTTP的连接方式

非持久连接：在TCP三次握手的第三次握手时发生，将HTTP请求作为第三次握手的数据部分发给服务器，服务器收到请求之后将HTTP相应报文传输给客户。耗时就是RTT*2+文档传输时间。
缺点就是这样如果再想传输，那么就需要重新建立TCP连接从头开始。

持久连接：和非持久连接类似，都是在第三次握手时发生，将HTTP请求作为第三次握手的数据部分发给服务器，服务器收到请求之后将HTTP相应报文传输给客户。但是持久连接再需要请资源的时候就不需要建立新的TCP连接了。

非流水线就是发一个，确认一个，才能再发下一个；流水线就是一个个连着发，然后多个确认

5、报文结构

HTTP报文分为请求报文和相应报文。

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。

开始行用于区别请求报文和响应报文。请求报文的方法是指命令，就是对所请求的对象进行什么操作，如获取/删除等。URL就是之间说的资源标识符。版本是指使用的是什么版本的HTTP协议。CRLF相当于我们程序里面的；，标识一行的结束。同时，在整个首部行结束时，为了区别首部行和实体主体还会有一行单独的CRLF 。

 例子：

6.6 总结

参考资料：王道考研