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《计算机网络原理(谢希仁)》 笔记[6]——第 6 章 应用层

2011-12-16 12:39 344 查看
第 6 章 应用层
域名系统 DNS

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。

名字到 IP 地址的解析是由若干个域名服务器程序完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行,运行该程序的机器称为域名服务器。

顶级域名 TLD (Top Level Domain)

(1) 国家顶级域名 nTLD:如: .cn 表示中国,.us 表示美国,.uk 表示英国,等等。

(2) 通用顶级域名 gTLD:最早的顶级域名是:

.com (公司和企业)

.net (网络服务机构)

.org (非赢利性组织)

.edu (美国专用的教育机构()

.gov (美国专用的政府部门)

.mil (美国专用的军事部门)

.int (国际组织)

(3) 基础结构域名(infrastructure domain):这种顶级域名只有一个,即 arpa,用于反向域名解析,因此又称为反向域名。

域名服务器

一个服务器所负责管辖的(或有权限的)范围叫做(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。

域名服务器有以下四种类型

1.根域名服务器

2.顶级域名服务器

3.权限域名服务器

4.本地域名服务器

根域名服务器

根域名服务器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,它们的名字是用一个英文字母命名,从a 一直到 m(前13 个字母)。

顶级域名服务器

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

这就是前面已经讲过的负责一个区的域名服务器。

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。

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。

文件传送协议

文件传送协议 FTP 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 的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。

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,负责处理单个请求。

主进程的工作步骤如下

1.打开熟知端口(端口号为 21),使客户进程能够连接上。

2.等待客户进程发出连接请求。

3.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。

4.回到等待状态,继续接受其他客户进程发来的请求。主进程与从属进程的处理是并发地进行。

两个TCP 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”和“数据连接”,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。

两个不同的端口号

当客户进程向服务器进程发出建立连接请求时,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。

NFS 采用另一种思路

NFS 允许应用进程打开一个远地文件,并能在该文件的某一个特定的位置上开始读写数据。

NFS 可使用户只复制一个大文件中的一个很小的片段,而不需要复制整个大文件。

对于上述例子,计算机 A 的 NFS 客户软件,把要添加的数据和在文件后面写数据的请求一起发送到远地的计算机 B 的 NFS 服务器。NFS 服务器更新文件后返回应答信息。

在网络上传送的只是少量的修改数据。

简单文件传送协议 TFTP(Trivial File Transfer Protocol)

1.TFTP 是一个很小且易于实现的文件传送协议。

2.TFTP 使用客户服务器方式和使用 UDP 数据报,因此 TFTP 需要有自己的差错改正措施。

3.TFTP 只支持文件传输而不支持交互。

4.TFTP 没有一个庞大的命令集,没有列目录的功能,也不能对用户进行身份鉴别。

TFTP 的主要特点

(1) 每次传送的数据 PDU 中有 512 字节的数据,但最后一次可不足 512 字节。

(2) 数据 PDU 也称为文件块(block),每个块按序编号,从 1 开始。

(3) 支持 ASCII 码或二进制传送。

(4) 可对文件进行读或写。

(5) 使用很简单的首部。

远程终端协议 TELNET

TELNET 是一个简单的远程终端协议,也是因特网的正式标准。

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,因为用户感觉到好像键盘和显示器是直接连在远地主机上。

TELNET 使用网络虚拟终端 NVT 格式

客户软件把用户的击键和命令转换成 NVT 格式,并送交服务器。

服务器软件把收到的数据和命令,从 NVT 格式转换成远地系统所需的格式。

向用户返回数据时,服务器把远地系统的格式转换为 NVT 格式,本地客户再从 NVT 格式转换到本地系统所需的格式。

万维网 WWW

代理服务器(proxy server)又称为万维网高速缓存(Web cache),它代表浏览器发出 HTTP 请求。

万维网高速缓存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。

HTTP 的报文结构

HTTP 有两类报文:

请求报文——从客户向服务器发送请求报文。

响应报文——从服务器到客户的回答。

由于HTTP 是面向正文的(text-oriented),因此在报文中的每一个字段都是一些 ASCII 码串,因而每个字段的长度都是不确定的。

在服务器上存放用户的信息

1.万维网站点使用 Cookie 来跟踪用户。

2.Cookie 表示在 HTTP 服务器和客户之间传递的状态信息。

3.使用 Cookie 的网站服务器为用户产生一个唯一的识别码。利用此识别码,网站就能够跟踪该用户在该网站的活动。

通用网关接口 CGI

CGI 是一种标准,它定义了动态文档应如何创建,输入数据应如何提供给应用程序,以及输出结果应如何使用。

万维网服务器与 CGI 的通信遵循 CGI 标准。

“通用”:CGI 标准所定义的规则对其他任何语言都是通用的。

“网关”:CGI 程序的作用像网关。

“接口”:有一些已定义好的变量和调用等可供其他 CGI 程序使用。

活动万维网文档

活动文档(active document)技术把所有的工作都转移给浏览器端。

每当浏览器请求一个活动文档时,服务器就返回一段程序副本在浏览器端运行。

活动文档程序可与用户直接交互,并可连续地改变屏幕的显示。

由于活动文档技术不需要服务器的连续更新传送,对网络带宽的要求也不会太高。

电子邮件

电子邮件的一些标准

发送邮件的协议:SMTP

读取邮件的协议:POP3 和 IMAP

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

简单邮件传送协议 SMTP

SMTP 通信的三个阶段

1. 连接建立:连接是在发送主机的 SMTP 客户和接收主机的 SMTP 服务器之间建立的。SMTP不使用中间的邮件服务器。

2. 邮件传送

3. 连接释放:邮件发送完毕后,SMTP 应释放 TCP 连接。

邮件读取协议POP3 和 IMAP

POP 也使用客户服务器的工作方式。

在接收邮件的用户 PC 机中必须运行 POP 客户程序,而在用户所连接的 ISP 的邮件服务器中则运行 POP 服务器程序。

IMAP 协议(Internet Message Access Protocol

IMAP 也是按客户服务器方式工作,现在较新的是版本 4,即 IMAP4。

用户在自己的 PC 机上就可以操纵 ISP 的邮件服务器的邮箱,就像在本地操纵一样。

因此 IMAP 是一个联机协议。当用户 PC 机上的 IMAP 客户程序打开 IMAP 服务器的邮箱时,用户就可看到邮件的首部。若用户需要打开某个邮件,则该邮件才传到用户的计算机上。

IMAP 的特点

1.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。

2.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。

3.IMAP 的缺点是如果用户没有将邮件复制到自己的 PC 机上,则邮件一直是存放在 IMAP 服务器上。因此用户需要经常与 IMAP 服务器建立连接。

基于万维网的电子邮件

通用因特网邮件扩充 MIME

SMTP 有以下缺点:

1.SMTP 不能传送可执行文件或其他的二进制对象。

2.SMTP 限于传送 7 位的 ASCII 码。许多其他非英语国家的文字(如中文、俄文,甚至带重音符号的法文或德文)就无法传送。

3.SMTP 服务器会拒绝超过一定长度的邮件。

4.某些 SMTP 的实现并没有完全按照[RFC 821]的 SMTP 标准。

MIME 的特点

MIME 并没有改动 SMTP 或取代它。

MIME 的意图是继续使用目前的[RFC 822]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。

MIME 和 SMTP 的关系

动态主机配置协议 DHCP

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。

DHCP 使用客户服务器方式

1.需要 IP 地址的主机在启动时就向 DHCP 服务器广播发送发现报文(DHCPDISCOVER),这时该主机就成为 DHCP 客户。

2.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。

3.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)。

DHCP 中继代理(relay agent)

并不是每个网络上都有 DHCP 服务器,这样会使 DHCP 服务器的数量太多。现在是每一个网络至少有一个 DHCP 中继代理,它配置了 DHCP 服务器的 IP 地址信息。

当 DHCP 中继代理收到主机发送的发现报文后,就以单播方式向 DHCP 服务器转发此报文,并等待其回答。收到 DHCP 服务器回答的提供报文后,DHCP 中继代理再将此提供报文发回给主机。

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。

DHCP 协议的工作过程

1.DHCP 服务器被动打开 UDP 端口 67,等待客户端发来的报文。

2.DHCP 客户从 UDP 端口 68发送 DHCP 发现报文。

3.凡收到 DHCP 发现报文的 DHCP 服务器都发出 DHCP 提供报文,因此 DHCP 客户可能收到多个 DHCP 提供报文。

4.DHCP 客户从几个 DHCP 服务器中选择其中的一个,并向所选择的 DHCP 服务器发送 DHCP 请求报文。

5.被选择的 DHCP 服务器发送确认报文DHCPACK,进入已绑定状态,并可开始使用得到的临时 IP 地址了。

DHCP 客户现在要根据服务器提供的租用期 T 设置两个计时器 T1 和 T2,它们的超时时间分别是 0.5T 和 0.875T。当超时时间到就要请求更新租用期。

6.租用期过了一半(T1 时间到),DHCP 发送请求报文 DHCPREQUEST 要求更新租用期。

7.DHCP 服务器若同意,则发回确认报文DHCPACK。DHCP 客户得到了新的租用期,重新设置计时器。

8.DHCP 服务器若不同意,则发回否认报文DHCPNACK。这时 DHCP 客户必须立即停止使用原来的 IP 地址,而必须重新申请 IP 地址(回到步骤2)。

若DHCP服务器不响应步骤6的请求报文DHCPREQUEST,则在租用期过了 87.5% 时,DHCP 客户必须重新发送请求报文 DHCPREQUEST(重复步骤6),然后又继续后面的步骤。

9.DHCP 客户可随时提前终止服务器所提供的租用期,这时只需向 DHCP 服务器发送释放报文 DHCPRELEASE 即可。

简单网络管理协议 SNMP

SNMP 的指导思想

1.SNMP 最重要的指导思想就是要尽可能简单。

2.SNMP 的基本功能包括监视网络性能、检测分析网络差错和配置网络设备等。

3.在网络正常工作时,SNMP 可实现统计、配置、和测试等功能。当网络出故障时,可实现各种差错检测和恢复功能。

4.虽然 SNMP 是在 TCP/IP 基础上的网络管理协议,但也可扩展到其他类型的网络设备上。

SNMP 的管理站和委托代理

整个系统必须有一个管理站。

管理进程和代理进程利用 SNMP 报文进行通信,而 SNMP 报文又使用 UDP 来传送。

若网络元素使用的不是 SNMP 而是另一种网络管理协议,SNMP 协议就无法控制该网络元素。这时可使用委托代理(proxy agent)。委托代理能提供如协议转换和过滤操作等功能对被管对象进行管理。

SNMP 的网络管理由三个部分组成

1.SNMP 本身

SNMP 定义了管理站和代理之间所交换的分组格式。所交换的分组包含各代理中的对象(变量)名及其状态(值)。

SNMP 负责读取和改变这些数值。

2.管理信息结构 SMI (Structure of Management Information)

SMI 定义了命名对象和定义对象类型(包括范围和长度)的通用规则,以及把对象和对象的值进行编码的规则。

这样做是为了确保网络管理数据的语法和语义的无二义性。但从 SMI 的名称并不能看出它的功能。

SMI 并不定义一个实体应管理的对象数目,也不定义被管对象名以及对象名及其值之间的关联。

3.管理信息库 MIB (Management Information Base)。

MIB 在被管理的实体中创建了命名对象,并规定了其类型。
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