域名系统DNS（Domain Name System）是互联网使用过的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字转换为IP地址，即DNS就是用来解析为IP地址的。
互联网的域名系统DNS被设计成为一个联机分布式数据库系统，并采用客户服务器方式。DNS使大多数名字都在本地进行解析，仅少量解析需要在互联网上通信。
域名到IP地址的解析是由分布在互联网上的许多域名服务器程序共同完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行，而人们也常把运行域名服务器程序的机器称为域名服务器。
域名到IP地址的解析过程：
当某一个应用进程需要把主机名解析为IP地址时，该应用进程就调用解析程序。并成为DNS的一个客户，把待解析的域名放在DNS请求报文中，以UDP方式发给本地域名服务器，服务器查找到对应IP地址发送回答报文，应用进程获得IP地址即可通信。若本地域名服务器不能回答该请求，则此域名服务器就暂时称为DNS的另一个客户，并向其他域名服务器发出查询要求。这种过程直至找到能够回答该请求的域名服务器为止。

（2）互联网的域名结构

域：名字空间中一个可被管理的划分，域还可以划分为子域。
每一个域名都由标号序列组成，而各标号之间用点隔开。例如：
每一个标号不超过63个字符，也不区分大小写字母，标号中除连字符（-）外不能使用其他的标点符号。由多个标号组成的完整域名总共不超过255个字符。
域名只是逻辑概念，并不代表计算机所在的物理地点。
顶级域名分类：国家顶级域名nTLD：如cn表示中国，us表示美国。
通用顶级域名gTLD：
基础结构域名：只有一个arpa，用于反向域名解析，又称反向域名。

二级域名分类：

类型域名：7个，如下表

科研机构	企业	教育机构	政府机构	国防机构	网络服务机构	非营利性组织
ac	com	edu	gov	mil	net	org

互联网的域名空间

（3）域名服务器

一个服务器所负责管辖的范围叫做区。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联通的。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。
区是“域”的子集

每个节点服务器保存所有子节点服务器的域名和IP，叶节点服务器（权限域名服务器）保存该区的所有主机的域名和IP地址。
域名服务器的划分：根域名服务器：所有的根域名服务器都知道所有顶级域名服务器的域名和IP地址。 根域名服务器是最重要的服务器，因为不管是哪一个本地域名服务器，只要自己无法解析，就首先要求助于根域名服务器。
根域名服务器共有13个，都是由一套完整的装置组成。每一套装置在很多地点安装根域名服务器，但都使用同一个域名。

顶级域名服务器（TLD）：负责管理在该顶级域名服务器注册的二级域名

权限域名服务器：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（Local Name Server）：每个互联网服务提供者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。

为了提高域名服务器的可靠性，DNS域名服务器都把数据复制到几个域名服务器来保存，其中一个是主域名服务器，其他的是辅助域名服务器。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。

域名的解析过程：

为了提高DNS查询效率，并减轻域名服务器的负荷和减少互联网上的DNS查询报文数量，在域名服务器中广泛地使用了高速缓存。高速缓存用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射的记录。不但在本地域名服务器中需要高速缓存，在主机中也很需要，许多主机在启动时从本地域名服务器下载名字和地址的全部数据库，维护存放在自己最近使用的域名的高速缓存，只有在缓存中找不到名字时才是用域名服务器。

3.文件传送协议

（1）FTP概述

文件传送协议FTP(File Transfer Protocol )是互联网上使用得最广泛的文件传送协议。
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。

（2）FTP的基本工作原理

文件系统遇到的问题：计算机存储数据的格式不同
文件的目录结构和文件命名的规定不同
对于相同的文件存取功能，操作系统使用的命令不同
访问的控制方法不同

FTP的服务器进程由两大部分组成：一个主进程，负责接收新的请求；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：

端口号为21

等待客户进程发出连接请求
启动从属进程处理可会进程发来的请求，处理完毕终止从属进程
回到等待状态，继续接受其他客户进程发来的请求。两种进程的处理时并发进行的。

由于FTP使用了一个分离的控制连接，因此FTP的控制信息是带外传送的。

FTP不是对所有数据传输都是最佳的

（3）简单文件传送协议TFTP

虽然TFTP也使用客户服务器方式，但它使用UDP数据报，因此TFTP需要有自己的差错改正措施。
TFTP的主要优点有两个： TFTP可用于UDP环境，例如，当需要将程序或文件同时向许多机器下载时就往往需要使用TFTP
TFTP代码所占的内存较小。

TFTP的主要特点：

512字节

数据报文按序编号，从1开始（不会失序）
支持ASCII码或二进制传送
可对文件进行读或写
使用很简单的首部

4.远程终端协议TELENT

用户用TELNET就可在其所在地通过TCP连接注册（登录）到远地的另一台主机上，又称终端仿真协议。
TENLENT也使用客户服务器方式，在本地系统运行TELENT客户进程，而在远地主机则运行TELENT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条连接。
TELENT定义了数据和命令应该怎么通过互联网。这些定义就是所谓的网络虚拟终端NVT（Network Virtual Terminal）（将命令转换为数据）
NVT

5.万维网WWW

（1）万维网概述

万维网WWW（World Wide Web），简称web，并非某种特殊的计算机网络。万维网是一个大规模的、联机式的信息储藏所。
万维网是一个分布式的超媒体系统，它是超文本系统的扩充。超文本是指包含其他指向文档的链接的文本。一个超文本由多个信息源链接组成。
万维网需要解决的问题：怎样标志分布在整个互联网上的万维网文档（统一资源定位符URL（Uniform Resource Locator））
用怎么样的协议来实现万维网上的各种链接（超文本传送协议HTTP（Hyper Text Transfer Protocol））
怎样使不同作者创作的不同风格的万维网文档，都能显示出来（超文本标记语言HTML（Hyper Text Markup Langurage））
怎样使用户能够很方便地找到所需的信息？（搜索工具）

（2）统一资源定位符URL

URL格式：<协议>://<主机>:<端口>/<路径>
主机IP和端口可以使用域名代替，路径可以省略
使用HTTP的URL：ttp://<主机>:<端口>/<路径>
HTTP的默认端口号是80。

（3）超文本传输协议HTTP

HTTP协议定义了浏览器怎样向万维网服务器请求万维网文档，以及服务器怎样把文档传送给浏览器。从层次角度看，HTTP是面向事务的。
万维网的大致工作过程：
HTTP规定在HTTP客户和HTTP服务器之间的每次交互，都由一个ASCII码串构成的请求和一个类似的通用互连网扩充。
HTTP协议是无状态的。也就是，统一客户端第二次访问同一个服务器上的页面时，服务器响应与第一次相同
HTTP是无连接的，虽然使用TCP连接，但是通信双方在交换HTTP报文前不需要先建立HTTP连接
HTTP规定客户端在TCP连接的第三次报文中携带有对服务器请求信息的数据，然后服务器收到后直接发送响应报文。请求时间为：2RTT+传输文档的时间
HTTP/1.0的主要缺点，就是没请求一个文档就要有两倍的RTT的开销。若一个主页上有很多链接的对象需要一次进行链接，那么每一次链接下载都导致2*RTT的开销
HTTP/1.1协议较好地解决了这个问题，它使用了持续连接。即万维网服务器在发送响应之后仍然一段时间内保持这条连接，使同一个客户端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。
HTTP1.1协议的持续连接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。
流水线方式：客户在收到HTTP的响应报文之前就能接着发送新的请求报文。

代理服务器：是一种网络实体，它又称万维网高速缓存。代理服务器把最近的一些请求和响应暂存在本地磁盘。

代理服务器的作用

HTTP的报文结构

首部行：用来说明浏览器、服务器或报文主体的一些信息。
实体主体：请求报文一般不用，响应报文也可能不用。

HTTP请求报文的一些方法

HTTP响应报文的状态码

cooke：让服务器能够标记用户

cooke工作方式

（4）万维网的文档（略）

（5）万维网的信息检索系统

搜索引擎：分为全文搜索引擎和分类目录搜索引擎
全文搜索引擎：
分类目录搜索引擎：
两种搜索引擎的实例

（6）博客和微博和社交网站（略）

6.电子邮件

（1）电子邮件概述

实时通话的两个严重缺点：电子通话的主叫和被叫双方必须同时在场
有些电话常常不必要地打断被叫者的工作或休息

电子邮件的两个最重要的标准就是：

互联网文本报文格式

一个电子邮件系统应具有用户代理、邮件服务器，以及邮件发送协议（SMTP）和邮件读取协议（POP3）

撰写

显示

处理

通信

发送和接收电子邮件的几个重要步骤：

发送方是“推”：SMTP客户把邮件“推”给SMTP服务器

接收方式“拉”：POP3客户吧邮件从POP3服务器“拉”过来。

电子邮件由信封（envelope）和内容（content）两部分组成。

电子邮件的地址格式：
用户名@邮件服务器的域名

（2）简单邮件传送协议SMTP

连接建立：（SMTP不使用中间的邮件服务器）
邮件传送：
连接释放：

（3）电子邮件的信息格式

一个电子邮件分为信封和内容两大部分。文档中只规定了邮件内容的首部格式，而对邮件的主题部分则让用户自由撰写。用户写好首部后，邮件系统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。
邮件内容首部的关键字：

（4）邮件读取协议POP3和IMAP

POP:
IMAP:
两者主要功能比较

（5）基于万维网的电子邮件

（6）通用互联网邮件扩充MIME

SMTP的缺点： SMTP不能传送可执行文件或其他的二进制对象
SMTP限于传送7位的ASCII码。
SMTP服务器会拒绝超过一定长度的邮件
某些SMTP的实现并没有完全按照SMTP的互联网标准，如：回车、换行的删除和增加
超过76个字符时的处理：截断或自动换行
后面多余空格的删除
将制表符tab转换为若干空格

MIME主要定义了非ASCII码的编码规则，MIME和SMTP的关系如下：

MIME主要包括以下三部分内容：

MIME5个新增首部

三种内容传送编码：

quoted-printable：适用于所传送的数据中只有少量的非ASCII码，例如汉字。要点就是对于所有可打印的ASCII码除“=”外都不改变，其余非ASCII码和“=”的编码方式是：例如汉字的“系统”的编码是：CFB5CDB3，编码后：=CF=B5=CD=B3，这12个字符都是可打印的ASCII字符。而“=”编码后为“=3D”，开销为200%。
base64：适用于任意的二进制文件。

MIME标准规定Content-Type说明必须含有两个标识符，即内容类型和子类型，中间用“/”分开

MIME的内容类型、子类型举例及其说明

multipart内容：

7.动态主机配置协议DHCP

为了把协议软件做成通用的和便于移植的，协议软件的编写者不会把所有的细节都固定在源代码中。相反，他们把协议软件参数化。这就使得很多台计算机上有可能使用同一个经过编译的二进制代码。一台计算机和另一台计算机的许多区别，都可以通过一些不同的参数来体现。在协议软件运行之前。必须给每一个参数赋值。
例如：连接到互联网的计算机的协议软件需要配置的项目包括： IP地址
子网掩码
默认路由器的IP地址
域名服务器的IP地址

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）提供了一种机制，称为即插即用联网。这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址不用手工参与。

DHCP工作方法：

由于每个网络都配置一个DHCP的服务器会使DHCP服务器太多，没必要。因此现在每个网络至少有一个DHCP中继代理，收到请求后单播到DHCP服务器上，收到服务器的响应报文后，在给源主机响应报文。

DHCP客户端使用的UDP端口是68，服务器使用的是67，都是熟知端口。
DHCP详细工作过程：

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报文的服务器都发出提供报文，因此客户端可收到多个提供报文
④ DHCP客户从几个服务器中选一个，并向选中的服务器发出请求报文
⑤ 被选择的DHCP服务器发送确认报文，从这时起，客户端就可以使用这个IP地址了，这种状态叫做已绑定状态。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，T2，它们的超时时间分别是0.5T和0.875T。当超时时间到了就要请求更新租用期。
⑥ 租用期过了一半，客户发送请求报文要求更新租用期
⑦ 服务器若同意，则发回确认报文。客户得到了新的租用期，重新设置计时器
⑧ 服务器如果不同意，则发回否认报文，这时客户必须立即停用原来的IP地址，而必须重新申请IP地址（回到②）
⑨ 服务器若不响应，则T2计时器到了后DHCP必须重新发送请求报文（回到⑦）
⑩ 客户可以随时提前终止服务器所提供的租用期，只需要发送释放报文即可。

8.简单网络管理协议SNMP

网络管理包括对硬件、软件和人力的使用、综合与协调，以便对网络资源进行监视、测试、配置、分析、评价和控制，这样就能以合理地价格满足网络的一些需求，如实时运行性能、服务质量等。网络管理常简称为网管。
网络管理的一般模型
管理站又称管理器，是整个网络管理系统的核心。管理站所在部门也常称为网络运行中心NOC（Network Operations Center）。管理站中的关键构建是管理程序，管理程序在运行时就成为管理进程。管理站或管理程序都可以称为管理者或管理器，这里的manager不是指人而是机器或软件，网络管理员（administrator）才是人。
被管设备有时可称为网络元素简称网元。在被管网络有很多的被管设备，被管设备中又有许多被管对象，但不是所有对象都能被管。
在每一个被管设备中都要运行一个程序以便与管理者通信，叫做网络管理代理程序，简称代理。

简单网络管理协议SNMP（Simple Network Management Protocol）中的管理程序和代理程序按客户端服务器方式工作。管理程序运行SNMP客户程序，而代理程序运行SNMP服务器程序。在被管对象上运行的SNMP服务器程序不停地监听来自管理站的SNMP客户程序的请求。一旦发现了，就立即返回管理站所需的信息，或执行某个动作。

关于网络管理的基本原理：若要管理某个对象，就必然会给对象添加一些软件或硬件，但这种“添加”对原有对象的影响必须尽量小些。

若网络元素使用的不是SNMP协议而是另一种网络管理协议，那么SNMP协议就无法控制该网络元素。这时可用委托代理。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定义了管理站和代理之间交换的分组格式。所交换的分组包含各代理中的对象名及其状态。SNMP负责读取和改变这些数值。

SNMP的网络管理由三部分组成：SNMP本身、管理信息机构SMI（Structure of Management Information）和管理信息库MIB（Management Information）

（1）管理信息机构SMI

SMI是用来建立规则的，功能应当包括： 被管对象应怎样命名
用来存储被管对象的数据类型有哪些
在网络上传送的管理数据应如何编码

被管对象的命名：SMI规定，所有的被管对象都必须处在对象命名树上。

被管对象的数据类型：SMI把数据类型分为两大类：简单类型和结构化类型

编码方法：SMI使用基本编码规则BER（Basic Encoding Rule）进行数据的编码。BER指明了每种数据的类型和值。在发送端用BER编码，可把用ASN.1所表述的报文成唯一的比特序列。在接收端用BER进行解码，就可得到该比特序列所表示的ASN.1报文。

其中T字段定义数据的类型，L字段定义V字段的长度，V字段定义数据的值。

格式共两种：简单数据类型，结构化数据类型
编号：用来标志不同的数据类型

T字段编码

（2）管理信息库MIB

管理信息就是指在互联网的网管框架中被管对象的集合。被管对象必须维持可供管理程序读写的若干控制和状态信息。这些被管对象构成了一个虚拟的信息存储器，所以才成为管理信息库MIB。管理程序就使用MIB中这些信息的值对网路进行管理（如读取或重新设置这些值）只有在MIB中的对象才是SNMP所能够管理的。

（3）SNMP的协议数据单元和报文

SNMP的操作只有两种基本的管理功能： “读”操作：用Get报文来检测各被管对象的状况
“写”操作：用Set报文来改变各被管对象的状况

这些功能通过探询操作来实现，即SNMP管理进程定时向被管理设备周期性地发送探询信息。

探询的好处：

能限制通过网络所产生的管理信息的通信量

探询的坏处：不够灵活，管理的设备数不能太多，开销较大。

SNMP不是完全的探询协议，它允许不经过询问就能发送某些信息。这种信息称为陷阱。当被管对象的代理检测到有事件发生时，就检查其门限值。代理指向管理进程报告到达某个门限值的事件（叫做过滤）。这种方法的好处是：

陷阱信息很简单且所需字节数较少

SNMP使用无连接的UDP，因此在网络上传送SNMP的报文的开销较小。在运行代理程序的服务器端用熟知端口161来接收Get和Set和发送响应报文，但是运行管理程序使用端口162。

SNMP报文格式：由版本、首部、安全参数和数据部分

9.应用进程跨越网络的通信

大多数操作系统使用系统调用的机制在应用程序和操作系统之间传递控制权。
系统调用接口实际上就是应用进程的控制权和操作系统的控制权进行转换的一个接口，又称为应用编程接口API（Application Programming Interface）
套接字作为网络编程中应用进程和运输层协议之间的接口。
套接字具体使用：
TCP连接建立阶段
TCP数据传送阶段
连接释放阶段

10.P2P应用

（1）具有集中目录服务器的P2P方式

最早使用的P2P工作的是Nasper软件
Napster的工作过程
这种集中式目录服务器最大的缺点就是可靠性差，而且会成为其性能的瓶颈，更严重的是这种做法侵犯了唱片公司的版权。

（2）具有全分布式结构的P2P文件共享程序

BT（BitTorrent）：BitTorrent把参与某个文件分发的所有对等方的集合称为一个洪流。
BT把对等方下载文件的数据单位称为文件块（chunk），一个文件块的长度是固定不变的，例如，典型的数值是256KB。当一个新的对等方加入某个洪流时，一开始它并没有文件块。但新的对等方逐渐地能够下载到一些文件块。而与此同时，它也为别的对等方上传一些文件块。
某个对等方获得了整个文件后，可以立即退出这个洪流（自私的用户），也可以继续留在洪流中，为其他的对等方上传文件块（无私的用户）。
每一个洪流都有一个基础设置结点，叫做追踪器。当一个对等方加入洪流时，必须向追踪器登记（注册），并周期性地通知追踪器它仍在洪流中。追踪器因而就跟踪了洪流中的对等方。、
BT的协议过程：
对等方之间互相传送数据块的示意图：

问题1：A应该先向哪一个相邻对等方请求？
回答1：使用最稀有的优先技术（rarest first）。如果A所缺少的文件块在响铃对等方中的副本很少，那就是“很稀有的”，因此A首先请求副本最少地文件块
问题2：在很多向A请求文件块的相邻对等方中，A应当向哪些相邻对等方发送所请求的文件块？
回答2：凡当前有一最高数据率向A传送文件块的某相邻对等方，A就优先把锁清秋的文件块传送给该相邻对等方。具体先确定4个数据率最高的相邻对等方进行发送，这4个对等方叫做已疏通或无障碍的对等方。更重要的是，每隔30秒，A要随机地找一个另外的相邻对等方B，并向其发送文件块。

（3）P2P文件分发的分析

当对等方的数量很大时（下载用户很多），采用P2P方式下载大文件，要比传统的客户-服务器方式快得多。

（4）在P2P对等方中搜索对象

在P2P文件系统中，对等方用户的数量非常多，并处于一种无序的状态。任何一个对等方可以随时加入进来或随时退出。这种情况下，怎样有效地找到所需的文件，也就是怎样有效地定位对等方及其资源，乃是P2P系统中的一个十分重要的问题。
在P2P应用中，广泛使用的索引和查找技术是分布式散列表DHT

习题解答

1.常见问题与解答

对同一个域名向DNS服务器发出好几次的DNS请求报文后，每一次得到的IP地址都不一定，这可能吗？
可能，因为为了使服务器的负载得到平衡，因此可以使多个计算机运行同一个服务器软件，IP地址不一样，但是域名是一样的，这叫做负载平衡。
本地域名服务器和其他域名服务器区别？
本地域名服务器保存的是高速缓存，即本地主机最近访问过的域名和IP地址的对应，如果没有的话就像根服务器发送访问，直到权限域名服务器，最终递归得到IP地址和域名，先存入高速缓存再发送给主机。1·

2.习题与解答

设想有一天整个互联网的DNS系统都瘫痪了，试问还有可能给朋友发送电子邮件吗?
有可能，如果知道对方的IP地址
解释以下名词。各英文缩写词是什么？
WWW，URL，HTTP，CGI，浏览器，超文本，超媒体，超链，页面，活动文档，搜索引擎。
什么是动态文档？试举出万维网使用动态文档的一些例子。
当使用鼠标点击一个万维网文档时，若该文档除了有文本外，还有一个本地.gif图像2和两个远地.gif图像。试问：需要使用哪个应用程序，以及需要建立几次UDP连接和几次TCP连接?
若使用HTTP/1.0，0次UDP，4次TCP
若使用HTTP/1.1，0次UDP，1次TCP
[HTTP/1.1的优化，建立连接后过一段时间再断开，这段时间内可以继续传输数据]
如图
如图
如图
现在流行的P2P文件共享应用程序都有哪些特点？存在哪些值得注意的问题？
（1）

（2）
（3）
[相当于并行传输]