计算机网络中的高层应用.ppt

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1、第四章 计算机网络中的高层应用,网络的应用层是计算机开放互连环境与本地的操作系统环境直接接口的一个层次。在功能上，应用层为本地系统的应用进程访问OSI环境提供手段，也是唯一直接给应用进程提供各种应用服务的层次。 应用层以下的各层则可看成是应用服务的基础设施，它们通过应用层间接地向应用进程提供服务，因而应用层向应用进程提供的服务是所有层所提供服务的总和。 设置应用层的目的是为了向网络用户提供一个更方便、更有效的网络应用环境。应用层的所有内容围绕着各种高层服务和与之相应的高层应用软件展开，介绍它们的原理、接口、所有的技术和软件的结构。 网络的应用可以是自己开发的应用程序，更多的是网络操作系统提供的

2、一些标准应用。,引 言,4-1-1 客户/服务器模型,应用系统的计算机模型的演变的几个阶段： 主机计算模型、 离散个人计算模型 网络/文件服务器计算模型 客户/服务器模型： 客户： 提供服务请求 服务器： 提供服务,客户,服务器,TCP/IP 网络,请求,请求,响应,响应,4-1 网络应用服务平台及应用规划,客户/服务器模型 服务器：指的是在网络上可提供服务的任何程序，一般以并发服务器 的方式实现，这样服务器可以很好的处理网络上客户随机、并发的请求。 客户：指的是向服务器发起请求并等待响应的程序。 在客户/服务器模型中，客户与服务器处于不平等的地位，服务器拥有客户所不具备的硬件、软件资源和运算

3、能力。,4-1-2 网络应用服务平台,计算机网络设施： 包括物理介质、网络连接设备、网络拓扑结构、网络技术等。 支持TCP/IP协议的网络操作系统：安装在运行服务器程序的计算机上，控制网络上的通信和网络用户的访问。 网络互联不仅要求各种设备进行物理连接，而且要求彼此能够正确可靠的通信。各种操作系统支持网络互连，首先必须有共同的“语言”协议。 互连网中使用最多的协议为TCPIP。 可选用的操作系统有： NetWare、 Windows NT、 UNIX（ Linux ）等。 网卡中实现低层协议；（物理层和链路层协议的一部分或全部） 网络层和运输层协议一般在操作系统内核中实现； （网络层与链路层协

4、议的接口通过操作系统对网卡的驱动程序来实现） 在TCP之上的应用层协议使用TCP/IP协议提供的系统调用，应用程序与操作系统中通信协议之间的接口称为应用程序接口API 。,提供服务的服务器程序：网络应用服务的提供者就是服务器程序。如NT中的IIS（Internet Information Server），为用户提供 WWW 、FTP 等服务。 运行服务器程序的计算机 应用档次：PC服务器、工作站、小型机、大型机； 品牌：HP、SUN、IBM、联想、浪潮等。 硬件厂商将硬件平台与软件平台捆绑销售。 网络应用规划 DNS是基础。 WWW、EMAIL、FTP应用是最基本的应用。 BBS、网络电话、视

5、频会议等网络通信应用。 网络的应用规划影响着网络的建设规划。,高层应用在TCP/IP 协议族中的构筑结构,硬件,用户,ICMP协议（Internet Control Messages Protocol） ICMP协议是IP协议中一个不可缺少的组成部分，通常用于由路由问题而引起的差错报告和控制。 IGMP协议（Internet group management protocol） 多播网关与参与多播传送的主机之间交换信息的协议称为“Internet组管理协议”,4-2 域名系统（DNS，Domain Name System）,域名系统：几乎所有的高层应用都要使用域名系统。域名系统采用 层次型的名

6、字来对网络上的计算机赋予一个直观的字符标识，其结构为： 主机名+它所在的域名 ( hostname+domain )。 DNS中一个主机的完整命名（全称域名）是从主机到所有子域，最后是根，中间用“.”隔开，如 表示在域下一台叫dns的主机 。 DNS中根的名字以空字符串 “”表示，但在文本中以“.”来书写。 UNIX中的一个文件表示是从根到所有相对子目录，最后是文件名，中间用“/”隔开，如 /export/home/ywh/foo 。 UNIX文件系统中，根是以反斜杠“/”表示。 域的标号是由一个简单的字符串表示（不可带点），只能包括：26个英文字母、10个数字和英文中的连词号“-”。每个标号

7、最长63个字符，路径全名不能超过255个字符，域名对大小写不敏感。 域名是个逻辑概念，不必与物理地点相一致。,4-2-1 域的分层及表示,最高层域：标号约定俗成，分成两大类- 组织的和地理的。 美国的组织基本都处于按组织划分的一般的域下，有com、edu、gov、mil、net、org、int 七个子域； 非美国的组织列在它们所在国家的域名下，如Cn、Jp 等。Cn域下采用类别域名和行政区域名两套。,域名解析系统：是一个高效、可靠的、通用、分布式的用于 名字到地址的映射的系统。 域名解析系统采用客户/服务器模式。 客户端是解析器程序，查询名字服务器，解释从服务器传回的响应，将信息返回给请求端。

8、 服务器端是名字服务器（储存有关域名空间信息的程序或是主机），保存着部分域名空间（区）的完整信息，也称名字服务器对该区具有权限。 从概念上讲，域名解析是从根节点开始的，自顶而下。给定一个域名，父节点能从子节点中找出适当的节点来解析该域名。 一个真正的服务器实现结构树比概念树要矮。根服务器包含了根和最高层域的信息，每个叶节点对应一个子域，解析to.cs.yale.edu 最多需要访问两个服务器。（根服务器和yale.edu域服务器）,4-2-2 域名解析系统,域名解析算法：反复解析和递归解析 Client端的解析器程序形成查询报文（UDP分组）传送到本地的DNS服务器。 服务器检查待查的域名是否

9、属于它授权管理的子域范围，是则根据自己数据库解析出地址发回客户端；不是，则根据查询报文所指的解析方式进行。 若是递归解析，则服务器和能解析该地址的服务器联系，解析出地址后将结果发回客户端。 若是反复解析，则服务器就不能提供解析结果，但返回给客户端的是应联系的下一个名字服务器，进行下一轮解析。 降低非本地域名解析的开销的方法是引入“缓存技术”。在名字服务器中存放最近解析过的域名和相应的地址，用于非本地域名的解析。利用缓存信息，可以直接得到解析结果或者可以缩短查询过程。,反向域名解析 在域名空间中，专门有一名为in-addr.arpa的域，该域有四层子域，每层有256个节点，分别用0-255十进制

10、数标记，对应以点分十进制形式的IP地址。 原则上通过对in-addr.arpa域的穷尽搜索，可以对任何一台具有域名记录的地址反解得其域名。 事实上，名字服务器只搜索其所有得本地数据，当它不能找到时，就会放弃，不会再去查询别的名字服务器。,4-2-3 域名服务的使用 ( Client端的解析器 ),UNIX系统中的配置 SUN OS 5.7中，控制解析行为的文件是 /etc/resolv.conf 。,Windows95/98下的配置 在“ TCP/IP协议”之“属性”，点击“DNS 配置”，选择“启动DNS”，进行相应的配置。,4-2-4 域名服务的建立 (Server端的名字服务器),以SU

11、N工作站为例： 安装SUN公司的UNIX类型的网络操作系统Solaris 以及DNS实现软件Bind 。 Bind 中用于名字服务的程序为 in.named ，是一个守护进程。其中相关配置文件为：,相关文件的具体配置情况，见教材P163-P167。,一条RR的结构是： name、ttl生存期值、class网络的类型、type记录类型、data值。 类型定义允许管理者使用单个域名为多个目的服务。 比如 FTP、ping、WWW应用为A类， 电子邮件应用为MX类型。,资源记录（Resource Record , RR）：,4-3 万维网应用,WWW(Word Wide Web)是因特网上发展最为迅

12、猛的应用。 超文本（hyper text）: 具有链接的文本。 文档各部分之间都可能有关联，这种关联通过链接和锚来实现。链接就是指向另一部分信息的指针；锚是指文档中附加有链接的一个信息段。在具有GUI的计算机中，链接的激活是通过单击锚来实现。 超文本的“超”体现在它不仅能包含文本，而且可以包含图象、音频、视频等多媒体信息。 在WWW上，链接成了超级链接，不仅限于本地的信息，只要是在因特网上的信息，都可以成为链接的对象。 超文本传输协议(HTTP)：是WWW所采用的标准传输协议，协议的操作对象是页面资源，它提供浏览器与WWW服务器之间的通信。HTTP通常建立在TCP基础上。 B与S之间每一次交互

13、包括一个ASCII形式的请求和一个MIME应答。 多功能Internet 邮件扩展MIME标准，是Internet 文本邮件的标准信息格式RFC 822的扩展。它对媒体类型进行了全面的定义。,4-3-1 WWW中的基本概念,统一资源定位（URL）：它表示所要访问的主机的地址、获取服务所用的协议以及所要浏览文件的路径和名称，URL的格式为： :/ 例如： ftp:/ protocol ：用来指示服务器使用该协议来获取服务。http为WWW服务专用， ftp用于文件的下载和上传， file用于浏览本地的文件系统。 hostname ：可以是域名或IP地址。 port: 表示服务器提供哪个端口用于协

14、议的连接。通常可以忽略。 超文本标记语言（HTML）：它是建立标准Web页面的语言，它是一种标记语言，即在普通文本中插入一些标记，来控制文本的显示属性（这些属性只有当用浏览器来解释浏览时才显示出来）。 一个HTML文件集合称为主页（Homepage）。 一个正常的HTML文件由头部和主体两部分。 头部被 嵌套，主体部分被 嵌套。 HTML的标记是用“”嵌套起来的标记名，标记名用来标志一个元素的标签。标记名对大小写不敏感。 标记成对出现，表示标记开始，表示标记结束。,4-3-2 WWW的工作原理,Web 浏览器：除了可以处理HTML文件外，作为Web服务的客户程序，它还负责与Web服务器建立连接

15、，发送客户的Web访问请求，提供客户GUI界面。 Mosaic是第一个浏览器。常用的浏览器有：Internet Explore 5.0和Netscape Communicator 4.0。它们都具有友好的用户界面，提供各种图标按钮和简单的操作手段。 Web 服务器：服务器软件在不同的系统中有多种不同的选择。 Netscape Communication Server：支持UNIX、Linux、NT平台，是一个高性能的Web服务器。 Apache：支持 UNIX、Linux、NT平台，是最流行的免费的Web服务器软件，有很好的性能。 IIS：NT平台上的Web服务器软件随NT附送，在NT上使用很

16、普通，只支持NT网络操作系统。 有Windows 95/98上用的Personal Web Server、 Website等。,WWW的工作原理有三要素： WWW服务器、 WWW浏览器以及两者之间的协议规范。 WWW服务器：生成并传递文档； WWW浏览器：接收文档，并在客户机上对文档进行解释表达。 用户指定一个URL，通过浏览器程序发出HTTP协议中的GET请求； 相应的WWW服务器上的HTTP守护程序接收请求，双方开始通信； WWW服务器搜索器文档空间，将HTML文件传给客户机； 客户机的浏览器程序将HTML文件解释后显示在用户屏幕上，然后断开与服务器的连接。 浏览器/服务器（B/S）模式:

17、 平面型多层次的网状结构，最大的特点是与软硬件平台的无关性。应用逻辑和业务处理规则放置在服务器的一侧，这样客户机可以做得尽可能简单。 传统的C/S模式中，客户机操作系统与网络操作系统环境的不同，对应不同的语言和开发工具； B/S模式中，浏览器、Web服务器、数据库资源都可以做到与软硬件无关。,WWW的传统应用 通过Web服务器存储Web页面，进行信息发布，包括文本、图象、动画、声音和视频等多媒体信息。 WWW的新应用 基于Web方式的Intranet ：是企业级的内部网，采用Internet 技术，利用TCP/IP协议，为企业内部提供完整解决方案的计算机网络。 WWW应用于 E-mail 和

18、BBS ； WWW应用于远程教育、电子商务等。 熟练使用IE5.0。 会使用搜索引擎。,4-3-3 WWW的使用,4-4 电子邮件服务,电子邮件：是指用户利用计算机网络相互交换电子媒体的邮件，进行通讯、联络的一种方式。 电子邮件服务的优点：速度快、操作简单和价格低廉。 客户程序提供给用户一个好用的界面，用户在此收发邮件，而传输和接收邮件则是服务器端的任务。 网上的邮件服务器之间建立起象邮局之间那样的邮件传输关系，传输和接收邮件。 电子邮件系统的结构：,发送邮件（TCP连接）,发送邮件 缓冲区,用户发送邮件,用户接收邮件,接收邮件 邮箱,客户 （后台传送）,服务器 （接收邮件）,接收邮件（TCP

19、连接）,电子邮件相关协议 为了扩展TCP/IP电子邮件的互操作性，电子邮件相关协议分为两类： 定义邮件报文格式，标准为RFC822，指明了邮件信头的准确格式以及每个信头字段的语义解释，发送者自行规定正文格式。 定义邮件传输的标准，由简单邮件传输协议SMTP定义给出，参照RFC821。该协议指明了一个机器上的邮件系统如何将邮件传输到另外一台机器上，它只定义了邮件在传输系统中收方和发方之间的交互连接，而不规定其它任何操作。 SMTP严格定义了命令格式，并没有提供良好的用户与邮件服务的接口服务，于是有了邮局通讯协议POP。通过POP服务，用户可以方便地随时从远端发送和接收邮件，而不必远程登录到邮件服

20、务器进行操作。常用的有POP3协议。 网络信息存取协议IMAP是对POP协议地进一步发展，它提供了一个在远程邮件服务器上管理邮件的服务。,电子邮件的使用 Internet中E-mail地址的格式： 个人的帐号名 邮件服务器的域名 申请一个E-mail 帐号； E-mail的服务器程序： 大多数的UNIX系统都带有成熟的E-mail的必备服务器组件，如sendmail、pop3d；NT系统有Netscape Mail Server 、Microsoft Exchange等。 E-mail的客户程序的使用 UNIX平台上的标准程序mail ； Web浏览器附带的E-mail 工具，如Outlook

21、 Express 5.0 。 其它E-mail 程序，Foxmail 、Fymail 等。,4-5 Telnet 和 FTP服务,远程登录服务 用户由本地机通过网络登录到远端的另一台计算机的帐号上，作为这台远程主机的终端用户，使用它的资源，这个过程 称为 远程登录。 用户登录后，可使用的资源和服务就很多。假如每一种服务都建立一个服务器，则系统很快就会被服务器进程阻塞，因此远程登录不要求主机创建众多的服务器。单纯的B/S模式仅适用于服务器提供专门服务的情形。 远端主机系统为每个远程登录的用户建立一个进程，再通过创建子进程为远程登录用户提供各种允许的服务。以一组少量的动态进程代替大量静态的服务器进

22、程。 TCP/IP定义了两个基本的远程登录协议：Telnet和Rlogin 。,4-5-1 远程登录服务,Telnet服务过程 本地用户在本地终端上对远程系统进行登录； 将本地终端上的键盘输入，逐键传到远端； 将远端的输出送回本地终端。 输入/输出对远端系统的内核透明，远程登录服务对用户透明。,Telnet中的网络虚拟终端NVT 为了提供在不同操作系统、不同种类计算机间的互操作性，Telnet专门提供了一种标准的键盘定义方式称为网络虚拟终端，它为远程系统提供一个标准接口。 Telnet协议把参与Telnet连接的两端看作是NVT，客户程序负 责虚拟设备的NVT格式与本地物理设备的本地格式之间的

23、转换，服务器程序则完成NVT格式与服务器系统格式之间的转换。,Telnet的使用 Telnet的命令格式为：$ telnet hostname port ， 端口号缺省值为23。 它只允许合法用户登录，不支持匿名登录。,4-5-2 文件传输服务,文件传输 FTP是进行网络“文件传送”操作的应用协议，它提供了一种新的网络资源的访问方式。 大多数FTP主机都提供匿名服务，用户帐号为“anonymous”。 FTP支持任意格式的文件。 FTP提供文本（ASCII）和二进制（BIN）两种传输模式。后者传送速度和效率更高。 文件传输可以下载文件(download)，也可以上传文件(upload)。 FT

24、P工作原理 FTP也是基于C/S工作模式的，用户计算机是客户方，网络的文件服务器是服务器方。不同的是，FTP客户与服务器之间要建立双重连接，一个是控制连接，另一个是数据连接。,FTP工作原理,FTP命令的使用 一次完整的文件传输过程有以下几个步骤： 启动FTP（ ftp hostname） 登录（用户名+密码） 确定目录位置（cd ls lcd ） 定义文件传输模式（bin） 开始数据传输 （get put） 结束数据传输 退出FTP（quit ） 常用FTP程序的使用 常规FTP程序（浏览器内部提供的FTP工具、Leap FTP等） 断点续传FTP程序（GetRight）,FTP与Telne

25、t是对网络文件访问的两种不同形式。 两者都允许本地机通过网络对远程机上的文件进行访问操作。 FTP属于“整个文件拷贝”形式， 是将远程机文件先拷贝到本地，生成一个副本，然后在本地机器上对该文件副本进行操作。 Telnet属于“共享联机存取”形式，它是一种在线式的操作，即对远程机上的文件的修改是联机完成的，迅速生效。,4-6 其它网络高层应用,4-6-1 电子公告板BBS,BBS系统 BBS系统采用客户/服务器模型。 客户端程序有：telnet、neterm、cterm等。 服务器端程序：Firebird BBS、Power BBS、Maple BBS等。 BBS系统由许许多多的人员（帐号）组成

26、，根据他们帐号的权限不同可分为：站长、版主、普通用户、未注册用户和嘉宾。 BBS的具体操作 有关文件的操作：阅读、发表、回复、修改、删除、转贴文章等。 有关聊天 邮件服务,4-6-2 网上聊天,网上聊天的方式 BBS上聊天 Web方式聊天 IRC（Internet 中继聊天网络） ICQ（网络传呼机） IRC：它由遍布全球的聊天服务器组成一个网络，用户分别连到本地的服务器上，由服务器负责在彼此之间转发聊天的话。 IRC的服务器：基于WIN95/NT的WincSrv等。 IRC的客户端：mIRC、 MSCHAT、 pIRCH 等。,4-6-3 网络电话（IP电话）,IP电话：是指在因特网上通过T

27、CP/IP协议实时传送语音信息的应用。它将声音信号压缩成数据报形式进行传输（UDP协议），信号的交换方式采用分组交换。 IP电话的三种不同方式： Phone to phone: 用户不需PC设备和软件，只需普通电话机。这种方式通过电话网关把因特网与传统电话网联系起来。 电话网关是指可以将Internet 与PSTN连接在一起的电脑电话系统，它能实现公共电话网上传送的语音信号与因特网上传送的数据信号之间的转换。 PC to phone：用户需要配备PC机、麦克风、耳机、声卡以及专用的网络电话软件，同时用户必须能上网。 PC to PC：双方都使用专用的计算机软件程序，除了通话还可以实时聊天、文件

28、传输等。,4-6-4 视频点播VOD （Video on Demand）,VOD系统：按用户需要的视频播放。主要有三个组成部分：前端系统、网络系统和客户端系统。 VOD系统的实现技术： 客户机使用传统电视加机顶盒，使用现有的有线电视网 全面使用TCP/IP网络技术 以cable modem 连接，通过有线电视网连网，采用IP技术,4-6-5 虚拟现实（Virtual Reality）,虚拟现实：是指在计算机中构造出一个形象逼真的模型，用户借助必要的设备以自然的方式与该模型进行交互作用，得到一种身临其境的感觉。虚拟现实典型的是指一种沉浸式三维体验，它是一种特定的技术集合，通常包括立体显示头盔和三

29、维输入设备。 虚拟现实建模语言VRML: 是指Internet上的三维图形技术，是用于描述能通过Internet传递的三维世界和三维物体的标准语言。 从内核来说，VRML是一种三维信息交换格式，它定义了大多数目前在三维应用中通常使用的语义。 VRML是HTML的三维模型，是一种Internet上描述三维交互式虚拟场景的独立于平台的开放式语言。 VRML文件（*.wrl）的解释执行核呈现通过客户端的VRML浏览器来实现，只要通过鼠标操作即可实现人机交互。,4-7 网络游戏,网络游戏：是计算机文化一个重要组成部分，网络游戏给传统的电脑游戏注入了新的活力。 网络泥巴MUD游戏：给所有喜欢角色扮演游戏RPG的玩家们提供了一种全新的虚拟游戏世界。,