NET17第8章：应用层b

1、计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层2本章学习要求本章学习要求： 理解：理解：TCP/IP协议栈与应用层协议之间的协议栈与应用层协议之间的关系关系 掌握：域名系统的基本工作原理掌握：域名系统的基本工作原理 掌握：电子邮件的基本工作原理掌握：电子邮件的基本工作原理 掌握：文件传输掌握：文件传输FTP的基本工作原理的基本工作原理 掌握：掌握：WWW服务的基本工作原理服务的基本工作原理 掌握：掌握：DHCP的工作原理的工作原理 了解：应用层协议的分析方法了解：应用层协议的分析方法计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用

2、层38.1 TCP/IP的应用层的应用层 应用层是应用层是OSI/RM的最高层，也是的最高层，也是TCP/IP模型的最模型的最高层。高层。 应用层通过使用传输层所提供的服务，直接为用户应用层通过使用传输层所提供的服务，直接为用户提供服务，是提供服务，是TCP/IP网络与用户之间的界面或接口。网络与用户之间的界面或接口。 应用层由若干面向用户提供服务的应用协议和支持应用层由若干面向用户提供服务的应用协议和支持这些应用的支撑协议组成。这些应用的支撑协议组成。 Internet技术的发展促进了技术的发展促进了TCP/IP应用层协议的发应用层协议的发展。基于这些协议，应用层向用户提供了众多的网展。基于

3、这些协议，应用层向用户提供了众多的网络应用。络应用。 TCP/IP应用层的典型应用应用层的典型应用 WWW服务、服务、E-mail服务、服务、FTP服务、服务、Telnet服务、服务、DHCP服务、服务、DNS服务等服务等计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层4TCP/IP应用层相关协议应用层相关协议计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层5TCP/IP常用协议解释常用协议解释 HTTP 用来在浏览器和用来在浏览器和WWW服务器之间传送超文本协议。服务器之间传送超文本协议。 SMTP 用于实现电子邮件传输的应用协议用于实现电子邮件传输的应用协议 F

4、TP 用于实现文件传输服务的协议用于实现文件传输服务的协议 TFTP 用于提供小型简单的文件传输协议用于提供小型简单的文件传输协议 Telnet 实现虚拟或仿真终端的服务实现虚拟或仿真终端的服务 DNS 域名服务系统，用于实现域名和域名服务系统，用于实现域名和IP地址之间的相互转换地址之间的相互转换 SNMP 简单网络管理协议，用于监控和管理计算机网络简单网络管理协议，用于监控和管理计算机网络 DHCP 动态主机配置协议动态主机配置协议计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层68.2 DNS域名解析系统域名解析系统 8.2.1DNS概述概述 什么是域名什么是域名(Doma

5、in Name) Internet中为便于用户记忆和操作，给中为便于用户记忆和操作，给Internet中每台主中每台主机分配一个机分配一个唯一唯一的层次结构的名字，叫域名。的层次结构的名字，叫域名。 域名为层次结构，分为若干级，各级域名之间用域名为层次结构，分为若干级，各级域名之间用点点隔开：隔开： .三级域名三级域名.二级域名二级域名.顶级域名顶级域名 每一级域名均由英文字母和阿拉伯数字组成，每一级域名均由英文字母和阿拉伯数字组成，不超过不超过63字符，不区分字母大小写。一个完整的域字符，不区分字母大小写。一个完整的域名总字符数不超过名总字符数不超过255个。不规定一定包含多少个个。不规定一

6、定包含多少个级别。级别。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层7顶级域名顶级域名 TLD (Top Level Domain)(1) 国家顶级域名国家顶级域名 nTLD：如：如: .cn 表示中国，表示中国，.us 表示表示美国，美国，.uk 表示英国，等等。表示英国，等等。(2) 国际顶级域名国际顶级域名 iTLD：采用：采用.int。国际性的组织可。国际性的组织可在在 .int 下注册。下注册。(3) 通用顶级域名通用顶级域名 gTLD：最早的顶级域名是：最早的顶级域名是： .com 表示公司企业表示公司企业 .net 表示网络服务机构表示网络服务机构 .org 表

7、示非赢利性组织表示非赢利性组织 .edu 表示教育机构（美国专用）表示教育机构（美国专用） .gov 表示政府部门（美国专用）表示政府部门（美国专用） .mil 表示军事部门（美国专用）表示军事部门（美国专用） 计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层8新增加了七个通用顶级域名新增加了七个通用顶级域名 .aero 用于航空运输企业用于航空运输企业 .biz 用于公司和企业用于公司和企业 .coop 用于合作团体用于合作团体 .info 适用于各种情况适用于各种情况 .museum 用于博物馆用于博物馆 .name 用于个人用于个人 .pro 用于会计、律师和医师等自由职业

8、者用于会计、律师和医师等自由职业者 计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层9 国家级域名下注册的二级域名结构由各国自己确定。国家级域名下注册的二级域名结构由各国自己确定。中国互联网信息中心负责管理我国的顶级域名，我中国互联网信息中心负责管理我国的顶级域名，我国将二级域名划分为类别域名和行政区域名国将二级域名划分为类别域名和行政区域名 。 二级域类别域名二级域类别域名 AC 科研机构科研机构 COM 工、商、金融等企业工、商、金融等企业 EDU 教育机构教育机构 GOV 政府部门政府部门 NET 互联网络、接入网络的信息中心互联网络、接入网络的信息中心(NIC)和运行中心

9、和运行中心(NOC) ORG 各种非盈利性的组织各种非盈利性的组织 二级域行政区域名二级域行政区域名 BJ-北京市；北京市；SH-上海市；上海市；JS-江苏省江苏省 二级域名二级域名edu下申请三级域名由中国教育和科研计算机网网络中心下申请三级域名由中国教育和科研计算机网网络中心负责，其它由负责，其它由CNNIC负责。负责。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层108.2.1 DNS概述概述 DNS (Domain Name System) 负责主机名和负责主机名和IP地址之间的转换，它是一个联机地址之间的转换，它是一个联机分布式数据库系统。分布式数据库系统。 域名域名

10、IP的解析的解析 DNS结构结构 DNS是基于是基于C/S结构的分布式数据库系统的实现，结构的分布式数据库系统的实现，是一个分层的等级系统。是一个分层的等级系统。 域名系统由域名空间和资源记录、域名服务域名系统由域名空间和资源记录、域名服务器与地址解析程序三部分组成。器与地址解析程序三部分组成。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层11DNS概述概述(续续) DNS 域名空间域名空间 层次结构的域名就构成了一个域名树，域名树也称作层次结构的域名就构成了一个域名树，域名树也称作“域名空间域名空间”。 人们根据管理的需要将域名空间划分成多个不重叠的区人们根据管理的需要将域名

11、空间划分成多个不重叠的区域，每个被管理的域名区域成为一个域；域，每个被管理的域名区域成为一个域； 每个区域包含着域名空间的一个部分，同时也包含着存每个区域包含着域名空间的一个部分，同时也包含着存储域名信息的域名服务器。储域名信息的域名服务器。 资源记录资源记录 一个域名标识一个结点。每个结点都有一组资源信息。一个域名标识一个结点。每个结点都有一组资源信息。与某个名称相关联的这组资源信息是由相互独立的资源与某个名称相关联的这组资源信息是由相互独立的资源记录所组成。记录所组成。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层128.2.2 INTERNET 域命名空间域命名空间 DN

12、S 域命名空域命名空间基于命名域间基于命名域树的概念。树的概念。 树的每个等级树的每个等级都可代表树的都可代表树的一个分支或叶。一个分支或叶。 分支是多个名分支是多个名称被用于标识称被用于标识一组命名资源一组命名资源的等级。的等级。 叶代表在该等叶代表在该等级中仅使用一级中仅使用一次来指明特定次来指明特定资源的单个名资源的单个名称称 example计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层13因特网的名字空间因特网的名字空间 com net org edu gov milcoopbizinfoaeroint cnukhkjsshbjorg net gov edu com a

13、cpkufudansjtutsinghua树根cctvibmhpmot顶级域名二级域名三级域名mailep四级域名mail csnetlseu计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层14域名空间说明及域名空间说明及FQDN(完全限定的域名完全限定的域名) FQDN:southnwtraderscomsaleswesteastorgnetHost: server1cnsjujsHost: wwwHost: FTP计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层158.2.3 域名服务器和域名解析域名服务器和域名解析 DNS 服务器服务器 一组用来保存域名树结构

14、和对应信息的服务一组用来保存域名树结构和对应信息的服务器程序。器程序。 DNS 客户端客户端 也称作解析程序，用于查询服务器，以搜索也称作解析程序，用于查询服务器，以搜索并将名称解析为查询中指定的资源记录类型。并将名称解析为查询中指定的资源记录类型。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层168.2.3域名服务器和域名解析过程 因特网上的域名服务器是按层次安排的。因特网上的域名服务器是按层次安排的。每一个域名服务器只对域名体系中的一每一个域名服务器只对域名体系中的一部分进行管辖。部分进行管辖。 根据域名服务器所起的作用，可以把域根据域名服务器所起的作用，可以把域名服务器划

15、分为以下四种类型名服务器划分为以下四种类型 ：计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层178.2.3域名服务器和域名解析过程 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有的顶级域名服务器的域名和 IP 地址。地址。 顶级域名服务器顶级域名服务器 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。当收到收到 DNS 查询请求时，就给出相应的回答（可能是最查询请求时，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

16、服务器的后的结果，也可能是下一步应当找的域名服务器的 IP 地址）。地址）。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层188.2.3域名服务器和域名解析过程 权限域名服务器权限域名服务器 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。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

17、到机的域名到IP地址的映射。地址的映射。 本地域名服务器本地域名服务器 很重要，很重要，当一个主机发出当一个主机发出 DNS 查询请求时，这个查询查询请求时，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提供者 ISP，或一个大学，甚至一个大学里的系，都可，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。为默认域名服务器。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层19权限域名服务器 因特网允许根据具体情况将某

18、一域名空间划分为若干个域因特网允许根据具体情况将某一域名空间划分为若干个域名服务器名服务器管辖区管辖区(zone)，并在各管辖区中设置相应的，并在各管辖区中设置相应的权限权限域名服务器域名服务器。 管辖区内的主机必须在管辖区内的主机必须在权限域名服务器权限域名服务器处注册登记，处注册登记，DNS数据库中记录了辖区内数据库中记录了辖区内主机的域名主机的域名和和IP地址地址的映射表。的映射表。comyabcwvxu根域名服务器域 管辖区 的授权域名服务器 管辖区 管辖区管辖区 的授权域名服务器t计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层20域名服务器系统的组织方式域名服务器系统

19、的组织方式 本地域名服务器本地域名服务器 （对每个管辖区内的主机，其管辖区（对每个管辖区内的主机，其管辖区内的权限域名服务器）内的权限域名服务器） 根域名服务器根域名服务器 （负责顶级域的授权域名服务器）（负责顶级域的授权域名服务器） 每个域名服务器都至少知道根域名服务器的每个域名服务器都至少知道根域名服务器的IP地址及地址及其父结点服务器的其父结点服务器的IP地址地址 根域名服务器知道其下属的二级域名服务器的根域名服务器知道其下属的二级域名服务器的IP地址地址 每个域名服务器又知道其下一级域名服务器的每个域名服务器又知道其下一级域名服务器的IP地址地址计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八

20、章第八章 应用层应用层218.2.3 域名服务器和域名解析过程域名服务器和域名解析过程DNS Servers on the InternetLocal DNS ServersDNS ClientsRoot “.”.Namespace: training.nwtraders.msftResourceRecordResourceRecordDNS Clients : Local DNS Servers : DNS Servers on the Internet 计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层22什么是什么是 DNS 解析解析?DNS 解析就是通过解析就

21、是通过 DNS 服务器进行名称解析（域名服务器进行名称解析（域名IP地址地址）的过程的过程 DNS 解析类型解析类型: 递归和迭代查询递归和迭代查询计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层23DNS 解析解析/查询算法查询算法 递归解析递归解析/查询查询 迭代解析迭代解析/查询查询计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层24递归解析递归解析/查询（查询（ Recursive Query ） 递归解析要求域名服务系统一次性完成全部名字的地递归解析要求域名服务系统一次性完成全部名字的地址变换。址变换。 1.从客户机向从客户机向本地域名服务器本地域名服务器

22、进行的查询，在这一查进行的查询，在这一查询中，该服务器承担全部工作量和责任，为查询提供询中，该服务器承担全部工作量和责任，为查询提供完全的答案。完全的答案。 2.本地域名服务器本地域名服务器又是又是解析器解析器，它不能解析时，就变，它不能解析时，就变为解析器请求其他域名服务器解析，如此递归，直至为解析器请求其他域名服务器解析，如此递归，直至得到解析结果。得到解析结果。 递归查询迫使递归查询迫使DNS服务器做出查询成功或失败的响应。服务器做出查询成功或失败的响应。域名解析使用最多的就是这种查询方法域名解析使用最多的就是这种查询方法 。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层

23、25DNS递归递归查询算法如何工作查询算法如何工作(原理原理)？递归查询递归查询。从客户机向。从客户机向Local DNS servers 进行的查询，进行的查询， Local DNS server解解析不了，逐级向上解析，最终交给根域析不了，逐级向上解析，最终交给根域DNS服务器。再由根域服务器。再由根域DNS服务器，服务器，逐级查询，并由根域逐级查询，并由根域DNS服务器将权威性应答逐级向下交给服务器将权威性应答逐级向下交给Local DNS server ，最终由，最终由Local DNS server将查询到的将查询到的PCB的的IP地址交给地址交给PCA。(-dns.-根域服务器根域

24、服务器的工作量最重！的工作量最重！)PCALocal DNS SRoot Hint (.).comRecursive query递归查询递归查询 for www. 27Recursive Query递归查询递归查询 Recursive QueryRecursive QueryAuthoritative Response权威性应答权威性应答PCB计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层26迭代迭代/反复反复 （Iterative Query ）查询）查询 迭代查询：由客户自己每次请求一个服务器，服务器不能解迭代查询：由客户自己每次请求一个服务器，服务器

25、不能解析则返回下一个服务器的析则返回下一个服务器的IP地址给客户，客户反复进行解析，地址给客户，客户反复进行解析，直至得到解析结果。直至得到解析结果。 使用迭代时，使用迭代时，DNS 服务器根据它自身对与查询的域名数据服务器根据它自身对与查询的域名数据有关的域命空间的特定知识应答客户端。有关的域命空间的特定知识应答客户端。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层27迭代迭代/反复查询算法如何工作反复查询算法如何工作(原理原理)？迭代查询迭代查询。客户机首先向。客户机首先向Local DNS server 进行的查询，若没有，则由进行的查询，若没有，则由Local DNS

26、server提供下一个可能有解析结果的提供下一个可能有解析结果的DNS server，在查询过程中，在查询过程中，客户机客户机PCA的解析程序承担全部工作量和责任，为查询提供答案，减少的解析程序承担全部工作量和责任，为查询提供答案，减少了根域服务器的工作量，查询的每个了根域服务器的工作量，查询的每个DNS服务器，都要向服务器，都要向PCA的解析程的解析程序回答，最终由序回答，最终由PCA的解析程序将查询到的的解析程序将查询到的PCB的的IP地址交给地址交给PCA。PCALocal DNS SRoot Hint (.).comIterative Query迭代查询for www. 222.73.

27、23.227Iterative Query迭代查询Iterative Query迭代查询Iterative Query迭代查询Ask .comAsk Authoritative Response权威性应答PCBwww. Ask 计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层288.2.3域名服务器和域名解析过程一个域名的解析过程，主要有两点。一个域名的解析过程，主要有两点。 1.主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。查询。 2.本地域名服务器向根域名服务器的查询通常是采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。用迭

28、代查询。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层298.2.3域名服务器和域名解析过程如图如图8.6所示，域名为所示，域名为的主机打算发送邮件给域名的主机打算发送邮件给域名为为的另一个主机，那么域名为的另一个主机，那么域名为的主机的主机就必须知道域名为就必须知道域名为主机的主机的IP地址。地址。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层308.2.3域名服务器和域名解析过程 主机主机先向本地域名服务器先向本地域名服务器进行递归查询。进行递归查询。 本地域名服务器采用迭代查询，向一个根域名服务本地域名服务器采用迭代查询，向一个根域名服务器查询。器查询。

29、 根域名服务器告诉本地域名服务器，下一次应查询根域名服务器告诉本地域名服务器，下一次应查询的顶级域名服务器的顶级域名服务器的的IP地址。地址。 本地域名服务器向顶级域名服务器本地域名服务器向顶级域名服务器进行查进行查询。询。 顶级域名服务器顶级域名服务器告诉本地域名服务器，下告诉本地域名服务器，下一次应该查询的权限域名服务器一次应该查询的权限域名服务器的的IP地址。地址。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层318.2.3域名服务器和域名解析过程 本地域名服务器向权限域名服务器本地域名服务器向权限域名服务器进进行查询。行查询。 权限域名服务器权限域名服务器告诉本地域名服

30、务器，告诉本地域名服务器，所查询的主机的所查询的主机的IP地址。地址。 最后，本地域名服务器把查询结果告诉主机最后，本地域名服务器把查询结果告诉主机。 以上八个步骤要使用以上八个步骤要使用8个个UDP用户数据报报文。本用户数据报报文。本地域名服务器经过三次迭代查询，从权限域名服务地域名服务器经过三次迭代查询，从权限域名服务器得到了主机器得到了主机的的IP地址，最后把结果返回地址，最后把结果返回给发起查询的主机给发起查询的主机。 计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层32DNS 查询过程查询过程 第第1步：名称查询从客户端计算机开始，并传输至解析程序步：名称查询从客户端计

31、算机开始，并传输至解析程序即即 DNS 客户端服务程序进行解析。客户端服务程序进行解析。 第第2步：不能在本客户端解析查询时，可根据需要查询步：不能在本客户端解析查询时，可根据需要查询 DNS 服务器来解析名称。服务器来解析名称。计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层33Internet 中中DNS的工作过程的工作过程(真实应用真实应用)？递归递归+迭代结合查询迭代结合查询：客户机向：客户机向Local DNS server （PCA所在所在Zone）进）进行查询，查询过程中，行查询，查询过程中，Local DNS server承担全部工作量和责任，为承担全部工作量和责

32、任，为查询提供完全的答案，减少了根域服务器的工作量，查询的每个查询提供完全的答案，减少了根域服务器的工作量，查询的每个DNS服务器，都要向服务器，都要向Local DNS server 回答，最终由回答，最终由Local DNS server 将查询到的将查询到的PCB的的IP地址交给地址交给PCA。整个查询分整个查询分2大部分：本地查询大部分：本地查询+异地查询异地查询www. 27PCALocal DNS Server域：域：Root Hint (.).comRecursive query递归查询 for www. 27Iterative Que

33、ry迭代查询Iterative Query迭代查询Iterative Query迭代查询Ask 域：域： .comAsk 域：域：Authoritative Response权威性应答PCB域：域：域的名称：域的名称：域的名称：域的名称：异地查询异地查询本地查询本地查询计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层34 本地查询本地查询 INTERNET网末端授权网末端授权DNS服务器管辖区域以内的查询，服务器管辖区域以内的查询，分两步：分两步： 第第1步：步：DNS客户端解析客户端解析 查询本机查询本机DNS缓存缓存(DNS cache)，DNS cache来源有两个：本机来

34、源有两个：本机hosts文件开机时自动加入，前期查询结果文件开机时自动加入，前期查询结果(有有TTL)，若存在匹配记录，若存在匹配记录，查询结束查询结束。 第第2步：步：DNS客户端客户端请求请求本地权限本地权限DNS服务器服务器解析解析 本地权限本地权限DNS服务器查询，先查服务器查询，先查zone数据库，后查数据库，后查DNS服务器缓存服务器缓存(DNS cache)，若存在匹配记录，若存在匹配记录，查询结束查询结束。 本地查询通常采用递归查询（阐述请参照递归查询解析过程）本地查询通常采用递归查询（阐述请参照递归查询解析过程） 异地查询异地查询 INTERNET网内权限网内权限DNS服务器

35、管辖区域外的查询。服务器管辖区域外的查询。 第第3步：本地权限步：本地权限DNS服务器服务器请求请求互联网互联网DNS服务器服务器解析解析 异地查询采用迭代查询（阐述请参照迭归查询解析过程）异地查询采用迭代查询（阐述请参照迭归查询解析过程）Internet中的中的DNS的工作过程（详细描述）的工作过程（详细描述）计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层35讨论：讨论：Internet 中中DNS工作过程如何？工作过程如何？ 本地查询本地查询 异地查询异地查询DNS ClientDNS ServerHOSTAHOSTA 的的IEIE浏览器浏览器首次首次访问访问 http:/http:/ 服务器服务器HOSTAHOST B本次课课堂小结本次课课堂小结计算机科学与工程系计算机科学与工程系第八章第八章 应用层应用层36Internet DNS 工作原理工作