第8章 典型应用层协议.doc

第8章 因特网的应用层协议知识要点：域名与域名系统：域名，DNS服务器，DNS系统组成，DNS解析原理。电子邮件：SMTP，MIME，POP，IMAP，电子邮件的发送与接收。FTP：基本原理，匿名FTP，TFTP。TELNET：虚拟终端VT。WWW：HTTP，HTML，XML，CGI，ASP，JAVA。网络管理：SNMP，网管主机与代理，MIB，SMI。网络服务质量：QoS的定义与分类。因特网的多媒体传输技术：RTP、RTCP、RTSP；IP电话；IntServ、DiffServ。Internet提供的服务一般都基于客户服务器方式，客户是主叫方，服务器是被叫方，它们都是通信中涉及的应用进程。1 域名系统DNS要点（1）性质与用途：基于客户服务器的联机分布式数据库系统，根据主机的域名解析出其IP地址。一般使用UDP传送，端口号53。（2）域名结构：树形结构，有相对域名和绝对域名之分，前者指某一级域名的下属域名，后者是一直写到根域名的完整域名。（3）域名服务器分类：本地域名服务器：负责解析本地域名的服务器。根域名服务器：管辖顶级域（如.com）的服务器。授权域名服务器：负责主机注册登记和解析主机名的服务器，往往同时担任本地域名服务器。（4）解析方法：递归查询：逐级查询，逐级回答。递归与迭代结合：根域名服务器在收到查询后，直接将下属的授权域名服务器的IP地址返回给发出查询的本地域名服务器，由本地域名服务器直接向授权域名服务器查询，从而可减轻根域名服务器的负担。2 文件传输协议FTP要点（1） 基于TCP。使用端口号20（数据连接）和21（控制连接）。传送文件类型分为两种：ASCII（文本）文件和二进制（非文本）文件。（2） FTP服务器进程由两部分组成：一个主进程，负责接受请求；若干个从属进程，负责处理单个请求。工作时需要建立两个连接：控制连接和数据连接。（3） 匿名FTP：使用默认的帐号（anonymous）、口令即可登录访问的FTP服务。（4） 特点：必须先获得文件的副本，才能修改文件，然后将该副本传回到服务器。（5） TFTP：简单文件传输协议，基于UDP。3 远程登录Telnet一个终端仿真协议，定义了网络虚拟终端NVT，使得支持NVT的终端都可以登录到支持NVT的主机。基于TCP，使用端口号23。4 电子邮件E-mail（SMTP）（1）概况：电子邮件是Internet最早开发的而且是使用最广泛的应用之一。早期的电子邮件系统仅由文件传输协议组成，存在不少问题。1982年制订了ARPANET的“简单电子邮件协议”SMTP和“电子邮件报文格式”MAIL。此后，CCITT制订了“报文处理系统”MHS的标准X.400。为传送多媒体数据，1993年又制订了“通用因特网扩充”MIME标准。目前，因特网的电子邮件系统已成为事实上的标准，而X.400则由于过于复杂而基本上被淘汰。（2）电子邮件系统组成与服务一般由两个子系统组成：用户代理UA：用户与系统的接口，本地程序，提供收发邮件的界面。邮件服务器：运行在后台的服务器软件，负责消息的管理、传送与提交。系统一般应支持5个基本功能：撰写：给用户提供创建、编辑消息的环境。传输：自动地将消息传送给接收者，一般为基于连接方式。报告：向发送者反馈消息的传送情况。呈现：显示来信的内容。处理：使收信人可根据情况按不同方式对来信进行处理。（3）SMTPUA向邮件服务器发送邮件和在服务器之间传送邮件的一个协议，基于TCP连接，使用端口号为25，只能传送ASCII文本文件。（4）MIME（谢希仁P271，达P510）属性：通过增加邮件主体的结构和定义，采用二次编码（伪ASCII码）技术实现基于SMTP的 非ASCII码文档与多媒体信息传送。基本内容5个新的邮件首部字段适应SMTP传输的二次编码标准。多媒体邮件内容的标准格式定义主要的内容编码ASIIC码不需进行二次编码标注可打印ASIIC编码用于仅含有少量非ASIIC字符的消息，编码简单，效率低。例：汉字系统的内码为CFB5 CDB3，其传输编码为CFB5CDB3；因为号的ASIIC码为3D，所以号的传输编码为3D3D；BASE64编码用于以字节为单位的任意二进制文件，通用性好，编码复杂，其要点：每3字节源码按序拆分成4个6位组，每组高位补零到8位，其值063用AZ、az、09和、/ASIIC码映射，最终组成4字节的伪ASIIC码；源码尾数字节不足3时，则用低位补零和号延伸方法补足到4字节传输码。例：字符串“张”的内码为：11010101（HEX：D5）11000101（HEX：C5）拆分补零成3字节组：00110101 00011100 00010100 映射转换成4字节传输码：ASIIC字符1、i、U、= 同理，若原代码只剩下一个字节，那么将会添加两个“=”。只有这两种情况，所以，Base64的编码最多会在编码结尾有两个“=”。内容类型（6） 邮件读取协议邮局协议POP：属于脱机协议。POP服务器是一个具有存储转发功能的中间服务器，客户程序打开服务器上的信箱后，邮件就自动下载到用户机，服务器不再保存这些邮件。因特网报文存取协议IMAP：属于联机协议。当客户程序打开服务器上的信箱后，用户可看到邮件的首部，只有当用户需要打开某个邮件，该邮件才下载到用户机，且服务器上仍保存着该邮件。5 万维网WWW（1）概况一个大规模的、分布式联机超媒体信息存储系统，简称Web。基于TCP连接，使用默认端口80，必须解决的主要问题及相关技术：如何标识分布在整个因特网上的WWW文档：使用统一资源定位符URL。如何实现WWW上各种超链的链接：客户与服务器之间共用遵守超文本传送协议HTTP。如何使WWW文档在机器上显示以及让用户知道在何处存在着超链：使用超文本置标语言HTML。如何使用户能方便地找到所需信息：使用各种搜索工具。（2）URL的格式（3）HTTP：一个面向事务的客户服务器协议，是无状态的，即每一个事务是独立处理的，构成网状的网页结构。（4）HTML：用于描述静态WWW页面的显示。元素是HTML文档结构的基本组成部分。每个HTML文档由两个主要元素组成：首部和主体。首部包含文档的标题和系统用来标识文档的其它信息。标题相当于文件名。（5）浏览器结构：一个浏览器由一组客户、一组解释程序和管理它们的控制程序组成。6 网络管理概念和功能1、 概况第一个实用的网管协议是因特网的简单网管协议SNMP，是一个临时的、简单的、为了解决当时急需的协议。此后，又设计了两个网管协议：一个是SNMPv2，它比SNMP增加了不少特性以克服原SNMP的缺陷；另一个是公共管理信息协议CMIP，是一个比SNMPv2更好的协议。由于因特网的发展，SNMP已成为事实上的网管标准。（1）常用术语网络元素：网络中具体的通信设备或逻辑实体。对象：可标识的且拥有一定信息特性的网络资源。被管对象：网管系统可管理和控制的网络资源。管理信息库MIB：系统中所有被管对象及其属性的集合。综合网络管理INM：用统一的方法在异构网络中管理多厂商的软、硬设备。（2）ISO定义的网管五个功能域配置管理：定义、识别、监控被管对象，改变其操作特性，报告其状态变化。故障管理：检测、定位、排除被管对象的故障。性能管理：收集、分析网络的工作性能参数，决定有关控制门限以便及时报告和处理。计费管理：记录用户使用网络资源的情况和统计资源利用率。安全管理。2、 SNMP简介（1）设计思想：尽可能简单、有效。（2）网管系统组成：包括四个部分：被管对象，网管站，网管信息，网管协议。被管对象可以是主机、路由器、TCP连接、路由器端口状态等。为使SNMP能够管理，其内部必须运行SNMP管理进程，称为“代理”。网管站是一台运行特定网管软件的计算机。它通过与各个代理软件的交互来管理被管对象。网管信息包括MIB以及管理信息结构SMI。SNMP的SMI使用ASN.1来定义。（3）工作方式轮询：管理进程定时向各被管对象周期性地轮询。其好处是简单，占用资源少。其缺点是不够灵活，被管对象不能太多。有限制中断（trap）：给被管对象设定一个事件门限，代理只向管理进程以中断方式报告超过此门限的事件。（4）两种基本操作读，用Get报文获取被管对象的状况；写，用Set报文控制被管对象。（5）五种协议数据单元（谢P299）。7 QOS网络服务质量（quality of service，简称QoS）是网络于用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质的约定，例如，传输延迟允许时间、最小传输画面失真度以及声像同步等。在Internet等计算机网络上为用户提供高质量的QoS必须解决以下问题：（1）QoS的分类与定义使网络可以根据不同类型的QoS管理和分配资源。例如，给实时服务分配较大的带宽和较多的CPU处理时间等。方便用户根据不同的应用提出QoS需求。（2）准入控制和协商即根据网络中资源的使用情况，允许用户进入网络进行多媒体信息传输并协商其QoS。（3）资源预约为了给用户提供满意的QoS，必须对端系统、路由器以及传输带宽等相应的资源进行预约，以确保这些资源不被其他应用所强用。（4）资源调度与管理对资源进行预约之后，是否能得到这些资源，还依赖于相应的资源调度与管理系统。8 因特网多媒体服务1、需求、问题与技术要点（1）主要需求实时性传输时延不能太大等时性时延抖动不能太大（2）主要问题传统因特网传输的非等时性和传输时延。（3）涉及主要技术FIFO缓存、UDP传输及其改进、牛奶策略、序号、时间戳、带宽扩展、资源预约、区分服务等。（4）分析与讨论引入FIFO缓存消除时延抖动，将非等时的通信量整形成为等时信息流，但会增加传输时延。合理选择平均缓存时延T单向传输的信息流可以大一点，交互信息流则需要小一点。选择UDP协议基于牛奶策略，宁可丢弃出错甚至丢失的少量分组，也不要太晚到达的分组，避免基于TCP重传导致的高传输时延。引入分组序号解决UDP分组无序到达的问题，保证按序提交分组流。由于UDP分组是没有序号的，因而需要定义新的协议。引入时间戳区分正常的短时间停顿和时延抖动导致的停顿。（5）改进途径改进物理网络提高带宽，使用大容量高速缓存。扩展协议栈将无连接的网络改造成为准面向连接的网络。2、多媒体传输协议（改进UDP）（1）实时运输协议RTP用于实时数据传输，位于应用层与运输层之间。提供基于UDP的端到端传输服务，但不保证服务质量。与UTP比较增加的功能：流类型说明、序号、时间戳等。可使用任选的偶数端口号，默认端口5004。（2）实时运输控制协议RTCP用于实时数据传输控制，配合RTP工作，主要功能：监测与反馈服务质量。媒体之间的同步（如图象和声音的同步等）。标识多播组的不同成员。可使用任选的奇数端口号，默认端口5005。（3）实时流式协议RTSP用于多媒体播放的控制解压缩、消除时延抖动、纠错、媒体播放控制等。需要配置专用的媒体服务器和媒体播放器。3、IP电话网关（1）应用范围电话因特网电话，电话因特网PC。（2）主要功能电话信令转换建立/拆除连接阶段话音编码转换维持连接阶段（3）H.323网关协议以电话网为基础，良好的性能，实现的复杂性。（4）会话发起协议SIP以因特网为基础，简单与实用。4、“尽最大努力交付服务”的改进基本思想改变因特网“平等对待所有分组”的传统思想，引入优先级。（1）调度与管制机制 FIFO缓存 优先级分类与排队。 加权公平队列结合实现流线性化和控制最大时延。 流管制平均速率控制、峰值速率控制、突发长度控制。 漏桶机制（2）综合服务IntServ以流为单位提供QoS服务，流是有相同QoS 服务需求的分组序列。资源预留协议RSVP是IntServ 服务中的主要信令协议。IntServ 的基本思想是以资源预留的方式对单个会话提供服务质量保证，通过呼叫建立和资源预留机制提供： 端到端的有保证型服务：保证带宽、限制延迟、无丢包。 可控负载型服务：在负载较轻的网络中实现的比“尽力而为服务”更可靠的服务。 尽力而为的服务。主要优点 提供绝对保证的QoS，因为RSVP运行在从源端到目地端的每个路由器上，能监视每个数据流。 RSVP可以在源端与目的地之间，通过周期性重传路径消息，对网络拓扑的变化做出反应。 可支持多播流。主要缺点 对路由器的要求高，实现复杂。由于要进行端到端的资源预留，必须要求所有的路由器都能实现RSVP、接入控制、包的分类、调度转发。 状态信息的数量与流的数量成正比，需要占用大量的路由器存储空间和处理开销，很难在大型网络中实施。 不适用于生存期短的数据流，因为这种情况下预留资源的开销很可能大于处理数据流中有效数据的开销。（3）区分服务DiffServ为克服IntServ 的缺点而设计，其核心思想是“边缘分类，内部转发”，基本思想是将用户的数据流按照服务质量要求来划分等级，任何用户的数据流都可以自由进入网络，但是当网络出现拥塞时，级别高的数据流在排队和占用资源时比级别低的数据流有更高的优先权。在Diffserv机制下，用户和网络管理部门之间需要预先商定服务等级协定（ServiCelevelagreement，SLA）。根据SLA，用户的数据流被赋予一个特定的优先等级，当数据流通过网络时