計算機網絡知識點-第六章：應用層
應用層協議：每個應用層協議都是爲了解決一類應用問題，而解決問題需要通過位於不同主機的多個應用進程之間的通信和協同來完成，應用層的具體內容就是定義這些通信規則
1.域名系統DNS
1.域名系統概述：
域名系統DNS：是互聯網使用的命名系統，用來把便於人們使用的機器名字轉換爲IP地址
許多應用層軟件經常使用域名系統DNS，但計算機的用戶只是間接而不是直接使用DNS
互聯網採用層次結構的命名樹作爲主機的名字，並使用分佈式的域名系統DNS
DNS使大多數名字都在本地進行解析，僅少量解析需要互聯網上通信
域名的解析過程：當需要把主機名解析成IP地址時，應用進程調用解析程序，併成爲DNS的一個客戶，把待解析的域名放在DNS請求報文中，以UDP用戶數據報方式發給本地域名服務器，本地域名服務器查找域名後，把對應的IP地址放在回答報文中返回，應用進程獲得目的主機的IP地址後即可進行通信
2.互聯網的域名結構：
互聯網採用了層次樹狀結構的命名方法
任何一個連接在互聯網上的主機或路由器都有一個唯一的層次結構名字，即域名
域是名字空間中一個可被管理的劃分，域還可以劃分爲子域，而子域還可繼續劃分
域名的組成：由標號序列組成，各標號之間用點隔開
標號的規定：域名中的標號由英文字母和數字組成，每一個標號不超過63個字符，也不區分大小寫；級別低的域名寫在左邊，級別高的寫在右邊；由多個標號組成的完整域名總共不超過255個字符
域名是邏輯概念，並不代表計算機所在的物理地點
頂級域名的分類：
國家頂級域名：如cn、us
通用頂級域名：如com、net、org、edu
基礎結構域名：只有arpa，用於反向域名解析，又稱爲反向域名
二級域名：
類別域名：ac、com、edu、gov
行政區域名：bj、js
互聯網的域名空間：
3.域名服務器：(小題)
目的：爲每一級的域名都設置一個對應的域名服務器，數量太多，效率低下。因此DNS採用劃分區的辦法
區：一個服務器所負責的範圍
權限域名服務器：每一個區都設有，用來保存區中所有主機的域名到IP地址的映射
互聯網上的DNS域名服務器樹狀結構：
域名服務器分類：
根域名服務器：是層次最高的域名服務器，也是最重要的。所有根域名服務器都知道所有頂級域名服務器的域名和IP地址。任何本地域名服務器只要自己無法解析，就首先求助於根域名服務器
頂級域名服務器：負責管理在該頂級域名服務器註冊的所有二級域名。當收到DNS查詢請求時，就給出相應的回答
權限域名服務器：負責一個區的域名服務器。當權限域名服務器還不能給出回答時，就會告訴發出查詢請求的DNS客戶，下一步應找哪一個權限域名服務器
本地域名服務器：並不屬於域名服務器層次結構，但很重要。當主機發出DNS查詢請求時，這個查詢請求報文發給本地域名服務器
提高域名服務器可靠性：
DNS域名服務器把數據複製到幾個域名服務器來保存，其中一個是主域名服務器，其餘是輔助域名服務器。當主域名服務器出現故障時，輔助域名服務器就可以保證DNS的查詢工作不會中斷
* 域名的解析過程：
主機向本地域名服務器查詢，採用遞歸查詢：如果本地域名服務器不知道查詢域名的IP，則本地域名服務器以DNS客戶的身份，向其他根域名服務器繼續發出查詢請求報文，而不是讓主機自己進行下一步查詢。因此，遞歸查詢返回的查詢結構是查詢的IP地址或報錯，即無法查詢到IP
本地域名服務器向根域名服務器查詢，採用迭代查詢：當根域名服務器收到本地域名服務器發出的查詢請求報文時，要麼給出要查詢的IP地址，要麼告訴本地域名服務器下一步應向哪個域名服務器查詢，然後讓本地域名服務器進行後續查詢。根域名服務器通常把自己知道的頂級域名服務器的IP告訴本地域名服務器，讓本地域名服務器再向頂級域名服務器查詢
2.文件傳送協議FTP
1.FTP概述
文件傳輸協議FTP：時互聯網上使用最廣泛的文件傳送協議，提供交互式訪問，允許客戶指明文件的類型與格式，並允許文件具有存取權限
特點：要存取一個文件，必須先獲得一個本地的文件副本，要修改文件，只能對副本進行修改，然後將修改後的文件副本傳回原節點
2.FTP的基本工作原理
* FTP的特點：只提供文件傳送的基本服務，使用TCP可靠性運輸服務，FTP的主要功能是減少或消除在不同操作系統下處理文件的不兼容性
FTP工作流程：FTP使用客戶服務器方式，一個FTP服務器進程可同時爲多個客戶進程提供服務，FTP的服務進程分爲兩大部分：主進程，負責接受新的請求；若干從屬進程，負責處理單個請求
主進程的工作步驟：
(1)打開熟知端口(21)，使客戶進程能夠連接
(2)等待客戶進程發出連接請求
(3)啓動從屬進程處理客戶進程發來的請求。從屬進程對客戶進程的請求處理完畢後即終止，但從屬進程在運行期間根據需要還可能創建一些子進程
(4)回到等待狀態，繼續接受其他客戶進程發來的請求。主進程與從屬進程的處理是併發進行的
* FTP的兩個TCP連接：
控制連接：在整個會話期間一直打開，FTP客戶發出的傳送請求，通過控制連接發送給服務器端；端口號21
數據連接：用於傳輸文件；端口號20
由於FTP使用兩個不同的端口號，所以數據連接與控制連接不會發生混亂
服務器端控制進程收到FTP客戶發來的文件傳輸請求後，就創建數據傳送進程和數據連接，用來連接客戶端和服務端的數據傳送進程
3.簡單文件傳送協議TFTP
TFTP：是很小且易於實現的文件傳送協議，使用客戶服務器方式，但使用UDP數據報，因此，TFTP需要有自己的差錯改正措施，TFTP只支持文件傳輸而不支持交互。TFTP沒有龐大的命令集，沒有列目錄功能，不能對用戶進行身份識別
優點：TFTP可用於UDP環境；TFTP代碼所佔的內存小
TFTP的主要特點：
(1)每次傳送的數據報文中有512字節的數據，但最後一次可不足512字節
(2)數據報文按序編號，從1開始
(3)支持ASCII碼或二進制傳送
(4)可對文件進行讀或寫
(5)使用很簡單的首部
TFTP工作流程：
TFTP客戶進程發送一個請求報文給TFTP服務器進程，其熟知端口號爲69。TFTP服務器進程選擇一個新的端口和TFTP客戶進程通信。若文件長度恰好爲512字節整倍數，則文件傳送完畢後，還必須在最後發送一個只含首部而無數據的數據報；若不是整倍數，則最後一個報文一定不足512字節，可作爲文件結束的標誌
4.萬維網WWW
1.萬維網概述
萬維網：是一個大規模聯機式的信息儲存所，用連接的方法能非常方便的從互聯網上的一個站點訪問另一個站點，從而主動按需獲得信息；是一個分佈式的超媒體系統，是超文本系統的擴充
頁面：在客戶程序(瀏覽器)主窗口上顯示出的萬維網文檔就是頁面
統一資源定位符URL：標誌萬維網上各種文檔，使每個文檔在互聯網範圍具有唯一標識符URL
超文本傳送協議HTTP：是一個應用層協議，使用TCP進行可靠傳送
2.統一資源定位符URL
URL作用：用來表示從互聯網上得到的資源位置和訪問這些資源的方法
URL的格式：<協議>://<主機>:<端口>/<路徑>
協議：指出使用什麼協議來獲得該文檔，常用HTTP或FTP
主機：指出文檔在哪臺主機上，主機就是指該主機在互聯網上的域名
端口和路徑：爲了進一步定位，有事可省略
3.超文本傳送協議HTTP
HTTP作用：定義了瀏覽器怎麼向萬維網服務器請求萬維網文檔，以及服務器怎麼把文檔傳送給瀏覽器；是面向事物的應用層協議
*HTTP的主要特點：
(1)HTTP本身是無連接的：雖然使用TCP連接，但通信雙方在交換HTTP報文前不需要建立HTTP連接
(2)HTTP是無狀態的：同一個客戶第二次訪問同一服務器上的頁面時，服務器的響應與第一次被訪問時相同
請求一個萬維網文檔所需時間：是該文檔的傳輸時間+兩倍往返時間RTT
* HTTP/1.0的主要缺點：每請求一個文檔就要有兩倍的RTT的開銷；這種非持續連接會使萬維網服務器負擔很重
HTTP/1.1的改進：使用了持續連接；服務器在發送響應後仍在一段時間內保持連接，使同一個客戶能繼續在這條連接上傳送後續HTTP請求報文和響應報文
HTTP/1.1持續連接的兩種工作方式：
非流水線方式：客戶在收到響應報文之後才能繼續發送
流水線方式：客戶收到響應報文之前也可以繼續發送
代理服務器：略
HTTP的報文結構：略
6.動態主機配置協議DHCP
DHCP作用：提供一種機制，稱爲即插即用連網，允許一臺計算機加入網絡和獲取IP而不用手工參與
協議配置：在協議軟件中給參數賦值的動作叫做協議配置
需要配置的項目：
IP地址
子網掩碼
默認路由器的IP地址
域名服務器的IP地址
* DHCP工作方式：
(1)DHCP使用客戶服務器方式
(2)需要IP地址的主機在啓動時向DHCP服務器廣播發送發現報文，這時該主機就成爲DHCP客戶
(3)本地網絡上所有主機都能收到該報文，但只有DHCP服務器纔回復此報文
(4)DHCP服務器先在其數據庫中查找該計算機的配置信息，若找到，則返回找到的信息，若找不到，則從服務器IP地址池中取一個地址分配給該計算機
(5)DHCP服務器的回答報文叫提供報文，表示提供了IP地址等配置信息
DHCP中繼代理：並不是每個網絡上都有DHCP服務器，因爲這樣會使DHCP服務器數量過多，因此現在是使每個網絡至少有一個DHCP中繼代理，它配置了DHCP服務器的IP地址信息
DHCP中繼代理工作流程：
當DHCP中繼代理收到主機A以廣播形式發送的發現報文後，就以單播方式向DHCP服務器轉發此報文，並等待其回答
收到DHCP服務器迴應的提供報文後，DHCP中繼代理再把此提供報文發回給主機A
DHCP工作流程：
1：DHCP服務器被動打開UDP端口67，等待客戶端發來的報文
2：DHCP客戶從UDP端口68發送DHCP發現報文
3：所有收到DHCP發現報文的服務器都會發出DHCP提供報文，因此客戶可能收到多個DHCP提供報文
4：客戶從幾個DHCP服務器中選擇一個，並向其發送DHCP請求報文
5：被選中的服務器發送確認報文DHCPACK，此時客戶就可以使用這個IP地址了，這種狀態叫已綁定狀態；DHCP客戶現在要根據服務器提供的租用期T設置兩個計時器T1和T2，它們的超時時間分別爲0.5T和0.875T，當超時時間到了就要請求更新租用期
6：租用期過半，DHCP發送請求報文，要求更新租用期
7：服務器若同意，則發回確認報文。客戶得到了新的租用期，重置計時器
8：服務器若不同意，則發回否認報文。這是客戶停止使用原來的IP地址，而重新申請新IP地址(回到步驟2)
9：客戶可以隨時提前終止服務器所提供的租用期，這時只需向DHCP服務器發送釋放報文即可
習題
*10.假定要從已知的URL獲得一個萬維網文檔，若該萬維網服務器的IP地址開始不知道。問除HTTP外，還需要什麼應用層協議和運輸層協議？
解：DNS->UDP，HTTP->TCP
*14.當點擊一個萬維網文檔時，若該文檔除了有文本外，還有一個本地gif圖像，和兩個遠地gif圖像，試問：需要使用哪個應用程序，以及需要建立幾次UDP連接和幾次TCP連接？
解：HTTP/1.0：建立4次TCP連接，不需要UDP；HTTP/1.1：建立1次TCP連接，不需要UDP