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計算機網絡(第5版)筆記-第六章 應用層

總述:

(1) 域名系統DNS——從域名解析出IP位址 (2) 網際網路和HTTP協定,以及網際網路的兩種不同的資訊搜尋引擎。 (3)電子郵件的傳送過程,SMTP協定和POP3協定、IMAP協定使用的場合。 (4)動态主機的配置協定DHCP的特點。 (5)網絡管理的三個組成部分(SNMP本身、管理資訊結構SMI和管理資訊庫MIB)的作用 (6) 系統調用和應用程式設計接口的基本概念。 (7)P2P檔案系統。

1.域名系統DNS(Domain Name System)

是分布式系統,一個出故障并不會影響整個的運作。

域名到IP位址的解析是由分布在網際網路上的許多域名伺服器程式(也叫域名伺服器)共同完成。

過程:當某一個應用程序需要把主機名解析為IP位址時,該應用程序就調用解析程式(resolver),并成為DNS的一個客戶,把待解析的域名放在DNS請求封包中,以UDP使用者資料報方式發給本地域名伺服器(使用UDP是為了減少開銷)。本地域名伺服器在查找域名後,把對應的IP位址放在回答封包中傳回。應用程序獲得目的主機的IP位址後即可進行通信。若本地域名伺服器不能回答該請求,則此域名伺服器就暫時成為DNS中的另一個客戶,并向其他域名伺服器發出查詢請求。這種過程直至找到能夠回答該請求的域名伺服器為止。

1)IP與域名的關系,DNS的作用,域名的結構

 IP與域名的關系:一個域名隻有一個IP位址,但是一共IP位址卻是可以對應多個域名的。是以,IP位址與域名是一對多的關系。

 DNS的作用:查詢域名與IP位址的映射;主機名稱;負載均衡(web伺服器);Internet核心功能;多層命名伺服器構成的分布式資料庫。

 DNS伺服器管轄以區為機關,而不是域。

 域名的結構:域名的結構由标号序列組成,各标号之間用點隔開。

DNS規定,域名中标号都由英文字母和數字組成,每一個标号不超過63個字元,也不區分大小寫。級别低的域名寫在左邊,級别高的寫在右邊。

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 三大類頂級域名:國家頂級域名nTLD(cn,us,uk等),通用頂級域名gTLD(com,net,org,gov,mil,name,pro,aero,travel等),基礎結構域名(隻有一個arpa,用于反向域名解析,也稱反向域名)。

 根據域名伺服器所起的作用,可以劃分為四種不同類型:根域名伺服器,頂級域名伺服器,權限域名伺服器,本地域名伺服器。

2)四類域名伺服器(根域名伺服器,頂級域名伺服器,權限域名伺服器和本地域名伺服器)

四類域名伺服器(根域名伺服器,頂級域名伺服器,權限域名伺服器和本地域名伺服器)

根域名伺服器(root name server):知道所有頂級域名的映射

頂級域名伺服器(TLD伺服器):負責com,org,ney,cn,uk等頂級域名

權威域名伺服器(local name server):屬于組織的,負責組織内部伺服器的解析

本地域名伺服器:

主機應至少配置一個本地域名伺服器

主機向本地域名伺服器發送DNS查詢請求封包

本地域名伺服器若無法解析一個域名時,首先求助于根伺服器

3)疊代與遞歸解析域名的方式,DNS緩存

 主機向本地域名伺服器的查詢一般都是采用遞歸查詢。

 本地域名伺服器向根域名伺服器的查詢通常采用疊代查詢。

疊代與遞歸解析域名的方式:

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DNS緩存:每個域名伺服器和主機都維護一個DNS高速緩存。

檢視主機DNS緩存指令:ipconfig /displaydns

清空主機DNS緩存指令:ipconfig /flushdns

2.檔案傳輸協定FTP:FTP協定的作用,控制連接配接與21号端口,資料連接配接與20号端口,匿名FTP的三種使用方式

 FTP協定的作用:是網際網路上使用最廣泛的檔案傳送協定。FTP提供互動式的通路,允許客戶指明檔案的類型和格式,并允許檔案具有存取的權限。基于TCP,使用C/S方式,減少或消除在不同作業系統下處理檔案的不相容性。

 控制連接配接與21号端口:FTP客戶使用臨時端口号,用來傳輸控制資訊,使用21号端口,發送你使用者名、密碼、讀取檔案等指令。

 資料連接配接與20号端口:FTP伺服器從控制連接配接上收到一個讀取檔案指令後,使用20号端口與用戶端臨時端口号建立一個資料連接配接;通過資料連接配接傳輸檔案;檔案傳輸完畢後關閉資料連接配接。

 FTP的伺服器程序由兩大部分組成:一個主程序,若幹個從屬程序。

 主程序步驟:

打開熟知端口(端口号21),使客戶程序能夠連接配接上。

等待客戶程序發出連接配接請求。

啟動從屬程序來處理客戶程序發來的請求。

回到等待狀态。

 進行檔案傳輸時,FTP的客戶和伺服器之間要建立兩個并行的TCP連接配接:控制連接配接和資料連接配接(實際傳輸檔案)。是以FTP的控制資訊是帶外傳送的。

(1)控制連接配接

控制連接配接建立在用戶端與伺服器之間。一直保持打開。

控制連接配接始終等待用戶端和伺服器之間的通信。 并且将相關指令從用戶端傳送給伺服器,同時将伺服器的應答傳送給用戶端。不用來傳送檔案。

(2)資料連接配接

伺服器的資料連接配接端使用端口20。伺服器執行主動打開資料連接配接,通常也執行主動關閉資料連接配接。但是,當用戶端向伺服器發送流形式的檔案時,則需要用戶端關閉資料連接配接。

FTP中傳輸方式是流方式,并且檔案結尾以關閉資料連接配接為标志,是以對每一個檔案傳輸或目錄清單來說,都要建立一個全新的資料連接配接。是以,當一個檔案在用戶端與伺服器之間傳輸時,一個資料連接配接就建立起來了。

 FTP基于TCP、TFTP基于UDP。TFTP(簡單檔案傳送協定)工作就像停止等待協定,TFTP隻支援檔案傳輸不支援互動,優點:可用于UDP環境;代碼所占記憶體小。

TFTP特點:每次傳送的資料封包中有512位元組的資料,但最後一次可以不足512位元組;資料封包按序編号,從1開始;支援ASCII碼或二進制傳送;可對檔案進行讀或寫;使用很簡單的首部。

 網絡檔案系統NFS:允許應用程序打開一個遠地檔案,并能在該檔案的某一個特定的位置上開始讀寫資料。

 匿名FTP的三種使用方法:

利用windows系統中的ftp程式,在指令行中輸入:ftp ftp伺服器域名

使用web浏覽器,在位址欄中輸入:ftp://ftp伺服器域名

使用FTP專用軟體,如CuteFTP等

3. 遠端終端協定TELNET

定義了資料和指令如何通過網際網路,又稱“終端仿真協定“。這些定義就是網絡虛拟終端NVT。

**4. WWW服務:**HTTP協定的作用,URL,在浏覽器的位址欄中輸入一個URL後發生的封包互動情況,流水線持久連接配接,HTTP封包,Cookie的作用,三類web文檔,搜尋引擎

 網際網路(WWW: World Wide Web):是一個大規模的、聯機式的資訊儲藏所,是一個分布式的超媒體系統。是超文本系統的擴充。

網際網路使用:統一資源定位符URL,超文本傳送協定HTTP超文本标記語言HTML。

 超文本,超媒體:

所謂超文本是指包括制定其它文檔的連結的文本(text)。

所謂超媒體是指出了包涵文檔text之外,還包含其它表示方式的資訊,如圖形,圖像,聲音,動畫,視訊圖像等。

 實作網際網路需要的幾個必須解決的關鍵問題

1.怎樣标志分布在整個網際網路上的網際網路文檔?-----》URL

****URL(統一資源定為符):使用統一資源定位符 URL (Uniform Resource Locator)來标志網際網路上的各種文檔。****資源位置和通路這些資源的方法;資源位址;網際網路上的所有資源,都有一個唯一的确定的URL。

URL的一般形式由一下四個部分組成:

<協定>://<主機>:<端口>/<路徑>

http://localhost:8080/工程路徑

2.用什麼樣的協定來實作網際網路上的各種連結?-----》HTTP

在網際網路客戶程式與網際網路伺服器程式之間進行互動所使用的協定,是超文本傳送協定 HTTP (HyperText Transfer Protocol)。

HTTP 是一個應用層協定,它使用 TCP 連接配接進行可靠的傳送。

1)對用戶端和伺服器端之間資料傳輸的格式規範,格式簡稱為“超文本傳輸協定”。

2)HTTP協定本身是無連結:為了保證資料的可靠傳輸,HTTP使用了面向連接配接的TCP作為運輸層協定。是以不用考慮資料在傳輸過程中被丢棄後又怎樣被重傳。

3)HTTP協定是無狀态的(stateless):伺服器不記錄使用者是否通路過也不記錄通路次數。簡化了伺服器的設計,是伺服器更容易支援大量并發的HTTP請求。無狀态協定對于事務處理沒有記憶能力。缺少狀态意味着如果後續處理需要前面的資訊,那是無法取到的。

為了解決這個問題:通過Cookie;通過Session會話儲存。

4)HTTP協定請求一次網際網路文檔所需要的時間:

3.怎樣使不同作者創作的不同風格的網際網路文檔,都能在網際網路上的各種主機上顯示出來,同時使用使用者清楚的知道在什麼地方存在着連結?-----》HTML

超文本标記語言HTML:使得網際網路頁面的設計者可以很友善地用一個超鍊從本頁面的某處連結到網際網路上的任何一個網際網路頁面,并且能夠在自己的計算機螢幕上将這些頁面顯示出來。

4.怎麼使使用者能夠很友善的找到所需的資訊?

可用搜尋工具在網際網路上查找所需細膩些。

 HTTP協定的作用:使網際網路客戶程式與網際網路伺服器程式之間的互動遵循嚴格的協定,實作網際網路上的各種連結,取得所需的web文檔

HTTP定義了浏覽器(即網際網路客戶程序)怎樣向網際網路伺服器請求萬維文檔,以及伺服器怎樣把文檔傳送給浏覽器。

HTTP使用了面向連接配接的TCP作為運輸層協定,保證了資料的可靠傳輸,但HTTP協定本身是無連接配接的,即通信雙方在交換HTTP封包前不需要建立連接配接。

 URL:是用來表示從網際網路上得到的資源位置和通路這些資源的方法。URL給資源的位置提供一種抽象的識别方法,并用這種方法給資源定位,隻要能夠對資源定位,系統就能對資源進行各種操作,如存取、更新、替換和查找其屬性等。

URL是與網際網路相連的機器上的任何可通路對象的一個指針。一般由下面四個部分組成:

<協定>://<主機>:<端口>/<路徑>

<協定>和<主機>不區分大小寫,但路徑有時候要區分大小寫。

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/規定的格式

<主機>是存放資源的主機在網際網路中的域名

<端口>/<路徑>有時可省略

 使用HTTP(端口80)的URL

形式:http:// <主機>:<端口>/<路徑>

 HTTP操作過程

協定本身無連接配接,無狀态。使面向連接配接的TCP協定作為傳輸層協定,保證資料的可靠傳輸。

在浏覽器的位址欄中輸入一個URL後發生的封包互動情況:

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流水線持久連接配接:

HTTP 1.1的預設選項

用戶端隻要遇到一個引用對象就盡快送出請求

理想情況下,收到所有對象耗時約1RTT

所需時間=文檔發送時間+2RTT

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代理伺服器:網絡實體,又稱“網際網路高速緩存“。

 HTTP封包:

HTTP有兩類封包:請求封包(從客戶到伺服器發送請求封包)和響應封包(從伺服器到客戶的回答)。

封包結構:開始行,首部行,實體主體。

HTTP請求封包=請求行+首部行+空行+實體主體

HTTP響應封包=狀态行+首部行+空行+實體主體

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 HTTP請求封包的一些方法:

HTTP協定的請求方法有GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE、CONNECT。

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 Cookie的作用:網站為識别使用者身份、跟蹤使用者通路行為而存儲在使用者端的資料。主要用在身份認證,購物車,個性化推薦,隐私問題等方面上。在伺服器上存放使用者的資訊

 類web文檔:

靜态web文檔

文檔建立後儲存在伺服器中,内容不變

動态web文檔

文檔的内容是在浏覽器通路伺服器時,由伺服器端的CGI程式動态建立的

活動web文檔

伺服器傳回活動文檔程式,浏覽器運作該程式,活動文檔的内容可連續改變

 搜尋引擎:

全文檢索搜尋引擎:谷歌(超鍊分析,核心技術:PageRankTM,網頁排名),必應,百度

分類目錄搜尋引擎:雅虎,新浪,搜狐,網易

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5. 電子郵件系統:電子郵件系統的組成,E-mail格式,SMTP,MIME,POP3和IMAP的差別,基于網際網路的電子郵件

 電子郵件的兩個最重要的标準是:簡單郵件傳送協定SMTP和網際網路文本封包格式。

通用網際網路郵件擴充MIME。

 電子郵件系統的組成:郵件用戶端+郵件伺服器+郵件傳輸協定(Outlook,Foxmail,web浏覽器+Winmail Server U-mail+STMP,POP/IMAP)

 電子郵件系統的組成:使用者代理、郵件伺服器,郵件發送協定SMTP、郵件讀取協定POP3(也叫郵局協定)。

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 郵件地區協定POP3和IMAP。

在浏覽器和網際網路上的郵件伺服器之間傳送郵件時,仍然使用HTTP協定,但是在各郵件伺服器之間傳送郵件時,則仍然使用SMTP協定。

通用網際網路郵件擴充MIME的作用。

 SMTP,MIME,POP3和IMAP的差別:

 SMTP協定

使用TCP,端口25,C/S,不使用中間的伺服器。

傳輸過程的三個階段:建立連接配接、郵件傳送(封包傳輸)、連接配接釋放。

指令響應互動模式:ASCII文本(指令)、狀态代碼和語句(響應)

 SMTP的缺點:

不能傳送可執行檔案或其他的二進制檔案。限于傳送7位的ASCII碼;會拒絕超過一定長度的郵件;并未完全按照SMTP的标準。

MIME協定(多媒體擴充)

通過在郵件首部增加額外的行以聲明MIME的内容類型

郵件讀取協定POP3(看完要删除)、IMAP(儲存每次履歷連接配接)。

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 MIME和SMTP的關系:

MIME并不改動或取代SMTP,增加了郵件主體結構,定義了傳送非ASCII碼的編碼規則。起到中間轉換作用。

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基于網際網路的電子郵件:

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6.動态主機配置協定DHCP:DHCP的作用(IP位址,子網路遮罩,預設網關IP位址,預設DNS伺服器IP位址),DHCP的工作過程,IP租約期,DHCP伺服器的位置及DHCP中繼

 DHCP的作用(IP位址,子網路遮罩,預設網關IP位址,預設DNS伺服器IP位址):主機從DHCP伺服器動态擷取IP位址、子網路遮罩、預設網關位址、DNS伺服器位址

 優點:減少負擔;安全可靠的配置;減少配置管理;

 DHCP的工作方式:支援Server核心。即插即用連網,

需要IP位址的主機廣播發送DHCP DISCOVER封包(發現封包),尋找DHCP伺服器;

DHCP伺服器從IP位址池中選取一個IP位址,廣播DHCP OFFER封包(提供封包),提供IP位址等資訊給主機

 IP租約期:DHCP伺服器配置設定給DHCP客戶的IP位址的臨時使用期。IP租用期的長短不固定,通常在DHCP伺服器端設定

 DHCP的工作過程:

DHCP伺服器在UDP 67端口監聽,等待用戶端的請求

DHCP從UDP68端口發送DHCPDISCOVER封包

DHCP伺服器發出DHCPOFFER封包,DHCP用戶端可能收到多個DHCPOFFER封包

DHCP客戶從幾個DHCPOFFER封包中選擇其中一個,并向所選擇的DHCP伺服器發送DHCPREQUEST封包(請求封包)。

被選擇的DHCP伺服器發送DHCPACK封包(确認封包),進入已綁定狀态,開始使用得到的臨時IP位址。

租用期到達50%時,DHCP客戶發送DHCPREQUEST封包,要求更新租用期

DHCP伺服器若同意,則發回DHCPACK封包

DHCP伺服器若不同意,則發回DHCPACK封包,客戶須重新申請IP位址

若DHCP伺服器不響應,則在租用期到達87.5%時,DHCP客戶必須重新發送DHCPREQUEST封包(釋放封包)

DHCP客戶可随時發送DHCPRELEASE封包提前釋放IP位址

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DHCP伺服器的位置及DHCP中繼:

DHCP伺服器可以不和主機在同一個網絡,可以通過DHCP中繼代理單點傳播穿過其他網絡傳到DHCP伺服器上

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7. P2P應用:檔案分發

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發送Trunk原則:Tit-for-Tat

節點(Alice)向4個鄰居發送Chunk:

正在向Alice發送Chunk且速率最快的4個

每10秒重新評估Top4

每30秒随機選擇一個其他節點,向其發送Chunk

新節點可能成為ALICE的top4

8. 簡單網絡管理協定SNMP:應用程式協定,封裝在UDP中

 網絡管理(網管)包括對硬體軟體人力的使用、綜合與協調,以便對網絡資源進行監視、測試、配置、分析、評價和控制,這樣就能以合理的加個滿足網絡的一些需求,如:實時運作性能、服務品質等。管理是為了實作預期目标進行協調活動。

 SNMP的前身是簡單網關監控協定(SGMP),用來對通信線路進行管理。随後,人們對SGMP進行了很大的修改,特别是加入了符合Internet定義的SMI和MIB,改進後的協定就是著名的SNMP。

 基于TCP/IP的SNMP由3個主要部分組成,分别是管理資訊結構SMI(Structure ofManagement Information)、管理資訊庫MIB和管理協定SNMP。

SMI定義了命名對象和定義對象類型的通用規則,以及把對象和對象的值進行編碼的規則。

MIB:給每個對象命名,并定義對象的類型。

一個SNMP管理的網絡由下列三個關鍵元件組成:

網絡管理系統(NMS,Network-management systems)

被管理的裝置(managed device)

代理者(agent)

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 套接字:連接配接應用層和運輸層,也是作業系統和應用程式之間的通信橋梁。

套接字是應用程序為了獲得網絡通信服務而與作業系統進行互動時使用的一種機制。

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