家芬刘.ppt

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1、,计算机网络（第 5 版）,第 6 章 应用层,第 6 章 应用层,6.1 域名系统 DNS 6.2 文件传送协议 6.3 远程终端协议 TELNET 6.4 万维网 WWW 6.5 电子邮件 6.6 动态主机配置协议 DHCP 6.7 简单网络管理协议 SNMP 6.8 应用进程跨越网络的通信（*不要求）,应用层协议的特点,每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题，通过位于不同主机中的对应应用进程之间的通信和协同工作来完成的。 应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。 应用层的许多协议都是基于C/S方式。客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进

2、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。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。,6.1 域名系统 DNS 6.1.1 域名系统概述,计算机的用户会间接用到域名系统 DNS (Domain Name System) 。 Hosts文件单一域名服务器 分布式DNS 域名服务器完成名字到 IP 地址的解析。 1983年以后，因特网采用层次结构的命名树作为主机的名字，并使用分布式的域名系统 DNS。,6.1.2 因特网的域名结构,因特网采用了层次树状结构的命名方法。 任何一个连接在因特网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名。 域名的结构由标号序列组成，各标号之间用点隔

3、开： . 三级域名 . 二级域名 . 顶级域名 各标号分别代表不同级别的域名。,域名只是个逻辑概念,变长的域名和使用有助记忆的字符串，是为了便于人来使用。而 IP 地址是定长的 32 位二进制数字则非常便于机器进行处理。 域名中的“点”和点分十进制 IP 地址中的“点”并无一一对应的关系。点分十进制 IP 地址中一定是包含三个“点”，但每一个域名中“点”的数目则不一定正好是三个。,因特网的域名空间,根,6.1.3 域名服务器,划分区来具体实现域名系统。 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。 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

4、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。,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,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,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，也称为默认域名服务器。,域名的解析过程,主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。如果主机所询问的本

5、地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址，那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份，向其他根域名服务器继续发出查询请求报文。 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。当根域名服务器收到本地域名服务器的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的 IP 地址，要么告诉本地域名服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地域名服务器进行后续的查询。,本地域名服务器采用迭代查询,顶级域名服务器 ,权限域名服务,本地域名服务器 ,根域名服务器,迭代查询,,递归 查询,需要查找 的 IP 地址,名字的高速缓存,为了提高DNS查询效率，减轻根域名服务器的负担和并减少DNS查询

6、报文数量，每个域名服务器都维护一个高速缓存，存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息。 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）。,6.2 文件传送协议 6.2.1 FTP概述,网络环境中的一项基本应用就是将文件从一台计算机中复制到另一台可能相距很远的计算机中。 文件传送协议 FTP (File Transfer Protocol) 是因特网上使用得最广泛的文件传送协议。 FTP 屏蔽了各计算机系统的细节，因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件。,6.2.2 FTP 的基本工作原理,文件传送协议 FTP主要功能

7、是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。只提供文件传送的一些基本的服务，它使用 TCP 可靠的运输服务。 FTP 使用CS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，负责处理单个请求。,主进程的工作步骤如下,打开熟知端口（端口号为 21），使客户进程能够连接上。 等待客户进程发出连接请求。 启动从属进程来处理客户进程发来的请求。从属进程对客户进程的请求处理完毕后即终止，但从属进程在运行期间根据需要还可能创建其他一些子进程。 回到等待状态，继续接受其他客户进程发来的请求。主进程与从属

8、进程的处理并发地进行。,FTP 使用的两个 TCP 连接,控制进程,FTP 客户端,FTP 服务器端,因特网,TCP 控制连接,TCP 数据连接,用户界面,控制进程,数据传送 进程,数据传送 进程,两个连接,控制连接在整个会话期间一直保持打开，FTP 客户发出的传送请求通过控制连接发送给服务器端的控制进程，但控制连接不用来传送文件。 实际用于传输文件的是“数据连接”。服务器端的控制进程在接收到 FTP 客户发送来的文件传输请求后就创建“数据传送进程”，用来连接客户端和服务器端的数据传送进程。 数据传送进程实际完成文件的传送，在传送完毕后关闭“数据传送连接”并结束运行。,当客户进程向服务器进程发

9、出建立连接请求时，要寻找连接服务器进程的熟知端口(21)，同时还要告诉服务器进程自己的另一个端口号码，用于建立数据传送连接。 接着，服务器进程用自己传送数据的熟知端口(20)与客户进程所提供的端口号码建立数据传送连接。 由于 FTP 使用了两个不同的端口号，所以数据连接与控制连接不会发生混乱。,两个不同的端口号,6.3 远程终端协议 TELNET,用户用 TELNET 就可在其所在地通过 TCP 连接注册（即登录）到远地的另一个主机上（使用主机名或 IP 地址）。 TELNET 能将用户的击键传到远地主机，同时也能将远地主机的输出通过 TCP 连接返回到用户屏幕。这种服务是透明的，因为用户感觉

10、到好像键盘和显示器是直接连在远地主机上。,客户服务器方式,现在由于 PC 机的功能越来越强，用户已较少使用 TELNET 了。 TELNET 也使用客户服务器方式。在本地系统运行 TELNET 客户进程，而在远地主机则运行 TELNET 服务器进程。 和 FTP 的情况相似，服务器中的主进程等待新的请求，并产生从属进程来处理每一个连接。,6.4 万维网 WWW 6.4.1 万维网概述,万维网 WWW (World Wide Web) 是一个大规模的、联机式的信息储藏所。 万维网用链接的方法能非常方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需获取丰富的信息。,万维网提供分布式服务,万维

11、网 站点 A,万维网 站点 C,万维网站点 E,万维网站点 D,万维网站点 B,www与超文本,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，而超媒体还包含其他表示方式的信息，如图形、图像、声音、动画和视频图像。,万维网的工作方式,万维网以客户服务器方式工作。 浏览器就是在用户计算机上的万维网客户程序。万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序，因此这个计算机也称为万维网服务器，我们俗称web服务器。 客户程序向服务器程序发出请求，

12、服务器程序向客户程序送回客户所要的文档。 在一个客户程序主窗口上显示出的万维网文档称为页面(page)。,万维网必须解决的问题,(1) 怎样标志分布在整个因特网上的万维网文档？ 使用统一资源定位符 URL (Uniform Resource Locator)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。,万维网必须解决的问题,(2) 用什么协议实现万维网上各种链接？客户如果请求某个文档？ 服务器怎样返回文档？ 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 (HyperText Transfer Protocol)

13、。 HTTP 是一个应用层协议，它使用 TCP 连接进行可靠的传送。,万维网必须解决的问题,(3) 怎样使各种万维网文档都能在因特网上的各种计算机上显示出来，同时使用户清楚地知道在什么地方存在着超链？ 超文本标记语言 HTML (HyperText Markup Language)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。,万维网必须解决的问题,(4) 怎样使用户能够很方便地找到所需的信息？ 为了在万维网上方便地查找信息，用户可使用各种的搜索工具（即搜索引擎）。,6.4.2 统一资源定位符 UR

14、L 1. URL的格式,统一资源定位符 URL 是对因特网上资源的位置和访问方法的一种简洁的表示。 URL 相当于一个文件名在网络范围的扩展。因此 URL 是与因特网相连的机器上的任何可访问对象的一个指针。,URL 的一般形式,由以冒号隔开的两大部分组成，并且在 URL 中的字符对大写或小写没有要求。 URL 的一般形式是：,:/:/,URL 的一般形式（续）,由以冒号隔开的两大部分组成，并且在 URL 中的字符对大写或小写没有要求。 URL 的一般形式是：,:/:/,URL 的一般形式（续）,由以冒号隔开的两大部分组成，并且在 URL 中的字符对大写或小写没有要求。 URL 的一般形式是：,

15、:/:/,使用 HTTP 的 URL,使用 HTTP 的 URL 的一般形式 http:/:/,若再省略文件的项，则 URL 就指到因特网上的某个主页(home page)。,6.4.3 超文本传送协议 HTTP 1. HTTP 的操作过程,我们使用HTTP 协议来传送一切必须的信息。 从层次的角度看，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。,万维网的工作过程,因特网,服务器 ,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,清

16、华大学 院系设置,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 解析出清华大学服务器的 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 /chn/yxsz/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“清华大学院系设置”文件 index.htm 中的所有文本。,代理服务器 (proxy server),代理服务器(proxy server)又称为万维网

17、高速缓存(Web cache)，把最近的一些请求和响应暂存在本地磁盘中。 当与暂时存放的请求相同的新请求到达时，万维网高速缓存就把暂存的响应发送出去，而不需要按 URL 的地址再去因特网访问该资源。,使用高速缓存可减少 访问因特网服务器的时延,校园网,源点服务器,2 Mb/s,因特网,浏览器,R1,R2,没有使用高速缓存的情况,使用高速缓存的情况,校园网,校园网的高速缓存 （代理服务器）,源点服务器,2 Mb/s,因特网,浏览器,R1,R2,(1) 浏览器访问因特网的服务器时，要先与校园网的高速缓存建立 TCP 连接，并向高速缓存发出 HTTP 请求报文,使用高速缓存的情况,校园网,校园网的高

18、速缓存 （代理服务器）,源点服务器,2 Mb/s,因特网,浏览器,R1,R2,(2) 若高速缓存已经存放了所请求的对象，则将此对象放入 HTTP 响应报文中返回给浏览器。,使用高速缓存的情况,校园网,校园网的高速缓存 （代理服务器）,源点服务器,2 Mb/s,因特网,浏览器,R1,R2,(3) 否则，高速缓存就代表发出请求的用户浏览器，与因特网上的源点服务器建立 TCP 连接，并发送 HTTP 请求报文。,使用高速缓存的情况,校园网,校园网的高速缓存 （代理服务器）,源点服务器,2 Mb/s,因特网,浏览器,R1,R2,(4) 源点服务器将所请求的对象放在 HTTP 响应报文中返回给校园网的高

19、速缓存。,使用高速缓存的情况,校园网,校园网的高速缓存 （代理服务器）,源点服务器,2 Mb/s,因特网,浏览器,R1,R2,(5) 高速缓存收到此对象后，先复制在其本地存储器中（为今后使用），然后再将该对象放在 HTTP 响应报文中，通过已建立的 TCP 连接，返回给请求该对象的浏览器。,6.4.4 万维网的文档 1. 超文本标记语言 HTML,超文本标记语言 HTML 中的 Markup 的意思就是“设置标记”。 HTML 定义了许多用于排版的命令（即标签）。 HTML 把各种标签嵌入到万维网的页面中。这样就构成了所谓的 HTML 文档。HTML 文档是一种可以用任何文本编辑器创建的 AS

20、CII 码文件。,2. 动态万维网文档,静态文档是指该文档创作完毕后就存放在万维网服务器中，在被用户浏览的过程中，内容不会改变。 动态文档是指文档的内容是在浏览器访问万维网服务器时才由应用程序动态创建。 动态文档和静态文档之间的主要差别体现在服务器一端。这主要是文档内容的生成方法不同。而从浏览器的角度看，这两种文档并没有区别。,扩充了功能的万维网服务器,万维网服务器,浏览器 程序,万维网客户,服务器 程序,HTTP,数据库,6.4.5 万维网的信息检索系统 1. 全文检索搜索和分类目录搜索,在万维网中用来进行搜索的程序叫做搜索引擎。 全文检索搜索引擎是一种纯技术型的检索工具。它的工作原理是通过

21、搜索软件到因特网上的各网站收集信息，找到一个网站后可以从这个网站再链接到另一个网站。然后按照一定的规则建立一个很大的在线数据库供用户查询。 用户在查询时只要输入关键词，就从已经建立的索引数据库上进行查询（并不是实时地在因特网上检索到的信息）。,6.5 电子邮件 6.5.1 概述,电子邮件(e-mail)是因特网上使用得最多的和最受用户欢迎的一种应用。 电子邮件把邮件发送到收件人使用的邮件服务器，并放在其中的收件人邮箱中，收件人可随时上网到自己使用的邮件服务器进行读取。 电子邮件不仅使用方便，而且还具有传递迅速和费用低廉的优点。 现在电子邮件不仅可传送文字信息，而且还可附上声音和图像。,电子邮件

22、的一些标准,发送邮件的协议：SMTP 读取邮件的协议：POP3 MIME 在其邮件首部中说明了邮件的数据类型(如文本、声音、图像、视像等)，使用 MIME 可在邮件中同时传送多种类型的数据。,电子邮件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,SMTP,SMTP,POP3,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,SMTP,POP3,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,SMTP 客户,POP3 客户,发件人 用户代理,接收方 邮件服务器,SMTP 服务器,PO

23、P3 服务器,SMTP 服务器,SMTP 客户,收件人 用户代理,TCP 连接,用户代理 UA (User Agent),用户代理 就是用户与电子邮件系统的接口，是电子邮件客户端软件。 用户代理的功能：撰写、显示、处理和通信。 邮件服务器的功能是发送和接收邮件，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发送和读取两个不同的协议。,6.5.2 简单邮件传送协议 SMTP,SMTP 所规定的就是在两个相互通信的 SMTP 进程之间应如何交换信息。 由于 SMTP 使用客户服务器方式，因此负责发送邮件的 SMTP 进程就是 S

24、MTP 客户，而负责接收邮件的 SMTP 进程就是 SMTP 服务器。,6.5.4 邮件读取协议 POP3 和 IMAP,邮局协议 POP 是一个非常简单、但功能有限的邮件读取协议，现在使用的是它的第三个版本 POP3，它使用客户服务器的工作方式。 IMAP (Internet Message Access Protocol)也是按客户服务器方式工作。IMAP 是一个复杂得多的联机协议。用户在自己的 PC 机上就可以操作邮件服务器的邮箱，就像在本地操纵一样。 不要将邮件读取协议 POP 或 IMAP 与邮件传送协议 SMTP 弄混。,HTTP,HTTP,6.5.5 基于万维网的电子邮件,电子邮

25、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。,A,B,SMTP,网易邮件服务器 ,新浪邮件服务器 ,6.6 动态主机配置协议 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol),动态主机配置协议 DHCP 提供了即插即用连网(plug-and-play networking)的机制。 这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手工参与。 需要配置的项目： (1) IP 地址 (2) 子网掩码 (3) 默认路由器的 IP 地址 (4) 域名服

26、务器的 IP 地址,DHCP 使用客户服务器方式。,需要 IP 地址的主机在启动时就广播发送发现报文（DHCPDISCOVER），这时该主机就成为 DHCP 客户。 本地网络上所有主机都能收到此广播报文，但只有 DHCP 服务器才回答此广播报文。 DHCP 服务器先在其数据库中查找该计算机的配置信息。若找到，则返回找到的信息。若找不到，则从服务器的 IP 地址池(address pool)中取一个地址分配给该计算机。DHCP 服务器的回答报文叫做提供报文（DHCPOFFER）。,租用期(lease period),DHCP 服务器分配给 DHCP 客户的 IP 地址的临时的，因此 DHCP 客

27、户只能在一段有限的时间内使用这个分配到的 IP 地址。DHCP 协议称这段时间为租用期。 租用期的数值应由 DHCP 服务器自己决定。 DHCP 客户也可在自己发送的报文中（例如，发现报文）提出对租用期的要求。,6.8 应用进程跨越网络的通信 6.8.1 系统调用和应用编程接口,大多数操作系统使用系统调用(system call)的机制在应用程序和操作系统之间传递控制权。 对程序员来说，每一个系统调用和一般程序设计中的函数调用非常相似，只是系统调用是将控制权传递给了操作系统。,多个应用进程 使用系统调用的机制,应用程序 1,应用程序 2,应用程序 n,由应用程序调用的系统函数,包括 TCP/IP 协议软件的操作系统内核,应用进程通过套接字接入到网络,应用进程,TCP,由应用程序 控制,因特网,由操作系统 控制,客户,服务器,套接字,TCP,应用进程,套接字,