计算机网络考研辅导讲座1应用层

第十一讲应用层1第十一讲：应用层2011年考研大纲应用层考查范围:2知识点归纳应用层的位置与功能:3知识点归纳TCP/IP协议族中的应用层协议：Ethernet,TokenRing,WiFi,FDDI,PPP,X.25,FR,ATM数据

链路层网络层ICMPIPIGMPRARPARP传输层TCPUDPHTTPPOP3SMTPFTPTELNETNFSRTPSNMPDNSTFTP应用层4知识点归纳（一）网络应用模型

在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：1.

客户/服务器模型

客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。客户软件被用户调用后运行，在打算通信时首先主动向远地服务器发起通信（请求服务），随后服务器向客户提供相应的服务。因此，客户进程必须知道服务器的地址，它一般不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器软件是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即被调用，一直不断地在后台运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址，它一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

5知识点归纳2.

P2P模型对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。对等连接方式从本质上看仍然是使用客户/服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。例如主机C请求D的服务时，C是客户，D是服务器。但如果C又同时向F提供服务，那么C又同时起着服务器的作用。(二)DNS系统

域名系统DNS(DomainNameSystem)：是描述名字-地址映射的分布式计算机系统的实现。

DNS的本质是一种层次结构的基于域的命名方案和实现这种命名方案的分布式数据库，其作用是提供主机名和IP地址间的映射关系和提供电子邮件的路由信息。6知识点归纳1.层次域名空间…根comnetorgedugovmilbizinfoaerointcnukhkjsshbjorgnetgoveducom…pkufudansjtu

suda…cctvibmhpmot…顶级域名二级域名三级域名mailwww四级域名mailscst……seu

Internet被划分成几百个顶级域，每个顶级域又分成一系列二级域，二级域如果需要还可以再进一步划分，所有这些域被组织在一个树状结构中，所有顶级域连接到一个根结点上。7知识点归纳

顶级域有三种类型：通用域、国家域和arpa域。七个3字节标记的域称为通用域(com、edu、gov、int、mil、net、org)，有时也称为组织域，一般由国际性组织使用；所有2字节标记的域称为国家域，每个域由一个国家使用，比如：cn、ca、jp、de…；arpa域是一个特殊的域，用来完成从IP地址到域名的映射。任何一个连接在因特网上被其它机器访问的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名。域名的结构由若干个分量组成，各分量之间用点隔开：….三级域名.二级域名.顶级域名各分量分别代表不同级别的域名。2.域名服务器：

负责名字到域名的解析。域名服务器程序在专设的结点上运行，使用53号端口，运行该程序的机器称为域名服务器。

8知识点归纳

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

区abcxuvwty(a)区=域(b)区<域域

区区abcxuvwtycomeduorg根comeduorg根9知识点归纳树状结构的DNS

域名服务器:

根域名服务器org域名服务器com域名服务器edu域名服务器…域名服务器若按上页(b)的划分区域方法，因为每个区域要设一个权限域名服务器，则abc公司有两个权限域名服务器。权限域名服务器根域名服务器顶级域名服务器域名服务器每次要在低一级的区域建权限域名服务器，应向上一级区域的权限域名服务器注册(即上级域名服务器的数据库中应有下一级域名服务器的记录)。10知识点归纳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■本地域名服务器根域名服务器——最高层次的域名服务器。它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a到m：，，…，它们都有镜像服务器，因此全世界现有100多个：这是为了能让各地的本地域名服务器就近找到根域名服务器。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。

11知识点归纳顶级域名服务器（即TLD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）。

权限域名服务器是负责一个区域的域名服务器。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。

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。DNS域名服务器为了提高可靠性，常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。

12知识点归纳3.域名的解析过程

当一个解析器请求解析一个域名时，它实际解析得到的是与该域名对应的资源记录（类型有A、NS、CNAME、MX等）。（1）客户应用程序调用客户端一个称为解析器的库函数，将目的主机的域名作为参数传给解析器；（2）解析器通过网络向本地域名服务器53号端口发送一个以UDP数据报封装的DNS请求报文，询问与该域名对应的IP地址；（3）本地域名服务器查找自己的域名数据库(映射文件)，将域名对应的IP地址组成一个以UDP

数据报封装的DNS响应报文，返回给解析器；若在本地域名数据库中查不到，则此域名服务器就暂时成为全球DNS中的另一个客户，并向其它域名服务器发出查询请求，直至找到能回答请求的域名服务器为止，并将解析结果响应给本地域名服务器；本地域名服务器再将解析结果返回给客户端解析器；（4）客户端解析器最终收到响应报文后，再将解析得到的IP地址返回给应用程序。

13知识点归纳递归查询：14知识点归纳

迭代查询：15知识点归纳递归与迭代查询相结合查询（减轻根域名服务器一半负担）：实际上的大多数查询如下进行：16知识点归纳名字的高速缓存：

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。（三）FTP复习重点：FTP协议的工作原理，控制连接与数据连接

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，每个负责为一个客户进行FTP服务。

17文件传送协议文件传送协议FTP（使用端口21/20）(Protocol)：基于TCP提供交互式访问是Internet上文件传输的标准协议简单文件传送协议TFTP（使用端口69）(TrivialProtocol)：基于UDP不支持交互，是一个很小且易于实现的文件传送协议可应用于:(1)UDP环境下同时向多个机器下载(2)小内存/嵌入式设备进行小文件传送知识点归纳18FTP连接

FTP使用两条TCP连接来完成文件传输，一条是控制连接，另一条是数据连接。平时服务器总在端口21等待客户的连接请求，当用户需要传输文件时，客户首先主动与服务器端口21建立一个控制连接，用来传送客户的命令和服务器的应答。客户还会告知服务器自己将用的数据端口号。该连接会一直保持到客户与服务器FTP全部通信结束为止。当客户发出文件下载、文件上传、列目录的数据传输请求时，服务器端口20主动与客户端告知的数据端口建立数据连接，并在其上传输数据，在该次数据传输完毕后立即关闭数据传输连接。使用了两个连接,一方面使协议更加简单和更容易实现；另一方面在传输文件时还可以同时利用控制连接与服务器进行交互（如客户发送请求终止文件传输）。FTP使用了一个分离的控制连接，因此叫“带外”(outofband)传送。。知识点归纳19

数据连接

有三种用途：客户用来向服务器发送一个文件；服务器用来向客户发送一个文件；服务器用来向用户发送一个文件目录列表。

控制连接

在客户与服务器的整个交互操作期间必须保持，而数据连接在传送完一个文件后即关闭，如欲传送另一个文件时需要再建立连接。数据连接是当有以上三种文件传输操作需要时根据请求临时动态地建立和关闭的。知识点归纳20

建立一个数据连接的过程如下：客户进程为数据连接选择一个本地的临时端口号。客户进程在控制连接上用PORT命令将临时端口号发送给服务器,如客户方发PORT4,10命令给服务器,表示在以后建数据连接时，客户方使用数据连接的端口号为：4*256+10=1034；

服务器收到端口号后，当需要和客户端进行文件下传、上载、目录列表操作时，会主动发起一个数据连接请求，同客户机先前告知的该端口建立一个数据连接，而服务器侧用于数据连接的端口号默认为20。数据连接总是由发送文件的一方主动关闭，因为发送方是用关闭连接来表示一个文件传输结束的。知识点归纳21FTP数据连接的两种方式：客户端主动发起数据连接（一般当客户端处在防火墙后面时采用此方式）服务器端主动发起数据连接(默认时)知识点归纳22FTP命令及FTP响应

控制连接上的命令及响应都是以NVTASCII格式传输的，每一行用CR和LF作为结束。

FTP命令一般由3到4字节的大写ASCII字符组成，其中有些命令可有参数。共有30多种FTP命令，如：USERusername、PASSpassword、LIST、RETR、STOR等。

FTP响应一般以3个ASCII数字作为响应码，后跟相应的响应文字消息，如：331UsernameOK，passwordrequired125Dataconnectionopen，transferstarting425Can’topendataconnection知识点归纳23FTP在控制连接上传送命令和响应，在数据连接上传输文件或列出目录。24FTP请求FTP响应传送的文件FTP客户端：C>……………Username:anonymousPassword:FTP服务器端：匿名FTP文件传送25FTP的屏幕信息举例

[01].[02]connectedto[03]220hp(Sunos4.1)ready.[04]Name:anonymous[05]331Guestloginok,sendidentaspassword.[06]Password:[07]230Guestloginok,accessrestrictionsapply.[08]ftp>cdrfc[09]250CWDcommandsuccessful.[10]ftp>getrfc1261.txt[11]200PORTcommandsuccessful.[12]150ASCIIdataconnectionforrfc1261.txt(7,1401)(4318bytes).[13]226ASCIITransfercomplete.4488bytesreceivedin15seconds(0.3Kbytes/s).[14]ftp>quit[15]221Goodbye.26知识点归纳(七)电子邮件

重点复习：电子邮件系统的组成结构，电子邮件格式与MIME，SMTP协议与POP3协议。

1.电子邮件系统的组成结构

MTS(MessageTansferSystem)，邮件传输系统。

UA(UserAgent)，用户代理。用户代理UA就是用户与电子邮件系统的接口软件，如软件outlookexpress、foxmail等。用户代理的功能是：撰写、显示和处理邮件。

MTA(MessageTransferAgent)，邮件传输代理。即邮件服务器：负责发送和接收邮件，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两个不同的协议：简单邮件传输协议SMTP用于向邮件服务器发送邮件。邮局协议POP(PostOfficeProtocol)用于收信人从邮件服务器的信箱中收取邮件。

27电子邮件系统的最主要的组成构件

发送方邮件缓存

接收端邮件服务器用户代理SMTPSMTPPOP3

发送端邮件服务器用户代理用户邮箱接收方(发送邮件)（发送邮件）(读取邮件)因特网SMTPPOP3发送邮件发送邮件SMTP读取邮件TCP连接TCP连接发送方邮件服务器(MTA)SMTP客户POP3客户发件人用户代理（UA）接收方邮件服务器（MTA）SMTP服务器POP3服务器SMTP服务器SMTP客户收件人用户代理(UA)TCP连接28知识点归纳29RFC821定义了SMTP(SimpleMailTransferProtocol)交互的过程。SMTP使用TCP可靠传输Email消息，从客户端到服务器端，使用端口25。直接传输:从发送服务器到接收服务器。传输的三个阶段：握手(问候)传输消息释放命令/响应交互命令:

ASCII码响应:状态码和短语消息必须用7位的ASCII。实际上,每一个邮件服务器上都有SMTP客户端和SMTP服务端，当它发信时，执行客户端的功能；当它收信时，执行服务端的功能。SMTP30SMTP交互过程31知识点归纳

RFC822

定义了Internetemail信件的格式。一个电子邮件分为信封和内容两大部分。RFC822只规定了邮件内容中的首部(header)格式，而对邮件的主体(body)部分则让用户自由撰写。用户写好首部后，邮件系统将自动地将信封所需的信息提取出来并写在信封上。所以用户不需要填写电子邮件信封上的信息。邮件内容首部包括一些关键字，后面加上冒号。最重要的关键字是：To和Subject。信封首部主体内容32RFC822的问题：如何传输多媒体信息，如声音、图像、动画和可执行程序等二进制文件等。如何来解决字符集编码问题。解决方式：MIME的出现MIME并没有改动SMTP或取代它。MIME

的意图是继续使用目前的[RFC822]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。RFC822&MIME33MIME和

SMTP的关系

非ASCII码7位ASCII码MIMESMTPMIMESMTP7位ASCII码7位ASCII码非ASCII码用户用户34MIME最关键的特征:具有两个支持多媒体功能的标题Content-Type和Content-Transfer-Encoding。Content-Type:邮件体的类型,让邮件代理知道如何处理该邮件如image/jpeg告诉邮件代理，这是一个JPEG的图像，于是它就调用相应的JPEG处理程序将图像进行解码显示。Content-Transfer-Encoding:告诉邮件代理邮件主体所采用的传输编码类型，如7bit，base64,quotedprintable。35MIME举例From:To:Subject:Pictureofyummycrepe.MIME-Version:1.0Content-Type:multipart/mixed;boundary=98766789

--98766789Content-Transfer-Encoding:quoted-printableContent-Type:text/plainDearBob,Pleasefindapictureofacrepe.--98766789Content-Transfer-Encoding:base64Content-Type:image/jpegbase64encodeddata

base64encodeddata--98766789--36POP3

POP3(PostOfficeProtocol，version3）:RFC1939，负责将邮件从邮箱中取出后传输到接收者的主机上，使用端口110。POP3工作的三个阶段：认证阶段：用户向服务器发送信箱的用户名和用户口令。传输阶段：用户可以读取邮件，设置邮件的删除标记，以及获得邮件的统计信息。确认阶段：当用户发出QUIT命令后进入，此时结束POP3会话过程，并将已设置删除标记的邮件从信箱中删除。37POP3交互38知识点归纳

IMAP也是按客户服务器方式工作，现在较新的是版本4，即IMAP4。

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。基于万维网的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。39知识点归纳（八）WWW

复习重点为WWW的概念与组成结构，HTTP协议。WWW以客户服务器方式工作。使用端口80.浏览器就是在用户计算机上的WWW客户程序。WWW文档所驻留的计算机则运行服务器程序，也称为WWW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WWW文档。在一个客户程序主窗口上显示出的WWW文档称为页面(page)。HTTP协议是一个应用层协议，它使用TCP连接进行可靠的传送。HTTP是面向事务的(transaction-oriented)应用层协议，它是万维网上能够可靠地交换文件（包括文本、声音、图像等各种多媒体文件）的重要基础。40知识点归纳

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。使用统一资源定位符URL(UniformResourceLocator)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。在万维网客户程序与万维网服务器程序之间进行交互所使用的协议，是超文本传送协议HTTP(HyperTextTransferProtocol)。HTTP是一个应用层协议，它使用TCP连接进行可靠的传送。超文本标记语言HTML(HyperTextMarkupLanguage)使得万维网页面的设计者可以很方便地用一个超链从本页面的某处链接到因特网上的任何一个万维网页面，并且能够在自己的计算机屏幕上将这些页面显示出来。41知识点归纳

URL

的一般形式是：

<协议>://<主机>:<端口>/<路径>

万维网的工作过程：设URL

为,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

的IP地址。(3)域名系统DNS

解析出苏州大学服务器的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/scst/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“苏州大学计算机学院首页”文件index.htm

中的所有文本。42万维网的工作过程

因特网服务器www.链接到URL的超链HTTP使用此TCP连接浏览器程序服务器程序HTTP客户苏州大学首页建立TCP连接释放TCP连接

HTTP响应报文

响应文档

HTTP请求报文

请求文档43HTTP主要特点HTTP是面向事务的客户服务器协议。HTTP协议是无状态的(stateless)，即不需要记忆交互的当前状态，因为过程简单。HTTP1.0(RFC1945)协议是非持续连接。建立TCP连接后，一个HTTP请求过去，一个HTTP响应过来，然后就断开TCP连接。HTTP使用了面向连接的TCP向上提供的服务。但HTTP协议本身是无连接的。万维网浏览器就是一个HTTP客户，而在万维网服务器上等待HTTP请求的守护进程常称为HTTPdaemon(又称HTTPD)。HTTPdaemon在收到HTTP客户的请求后，把所需的文件组织在HTTP响应报文中返回给HTTP客户。HTTP主要特点44请求一个万维网文档所需的时间

RTTRTTWeb服务器Web客户发起TCP连接HTTP请求报文传输文档的时间整个文档收到时间时间HTTP响应报文45HTTP1.0读取含10张图片的一个网页所需时间--为传输第10张图片建TCP连接--传输第10张图片并关闭TCP--传输第1张图片，并关闭TCP--为传输第1张图片建TCP连接RTTRTTWeb服务器Web客户发起TCP连接HTTP请求报文--传输基本网页,并关闭TCP基本网页收到，解析到

含10个图片的超链接时间时间HTTP响应报文……RTTRTTRTT10张图片全部收到，浏览器会显示网页、图片RTT--为传输基本网页建TCP连接本例中，基本网页和10张图片共11个对象。取每个对象需2个RTT，11个对象共需22个RTT。注：大多数浏览器可同时进行5-10个并行TCP连接，因此以下总时间还可减少。46持续连接

(persistentconnection)

不同于HTTP/1.0，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。目前一些流行的浏览器（例如，IE6.0）的默认设置就是使用HTTP/1.1(RFC2068)。47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。虽然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