第7章:应用层.pptx
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第7章应用层,1,计算机科学与技术学院,本章主要内容:
理解:
TCP/IP协议栈与应用层协议之间的关系掌握:
域名系统的基本工作原理掌握:
电子邮件的基本工作原理掌握:
文件传输FTP的基本工作原理掌握:
WWW服务的基本工作原理,2,计算机科学与技术学院,7.1应用层协议概述,应用层协议定义了运行在不同端系统上的应用程序进程如何相互传递报文。
交换的报文类型,如请求报文和响应报文各种报文类型的语法,如报文中的各个字段及其详细描述字段的语义,即包含在字段中的信息的含义进程何时、如何发送报文及对报文进行响应的规则应用和应用层协议应用层协议只是网络应用的一部分,3,计算机科学与技术学院,7.2域名系统DNS,7.2.1域名系统的基本概念1.为什么有了IP地址,还需要域名?
域名用字符表示的网络主机名,是一种主机标识符;IP地址数字型,难于记忆与理解;域名字符型,直观,便于记忆与理解;IP地址用于网络层;域名用于应用层;IP地址与域名都应该是全网唯一的,并且它们之间具有对应关系。
4,计算机科学与技术学院,2.Internet域名结构因特网采用了层次树状结构的命名方法。
域名的结构由标号序列组成,各标号之间用点隔开:
各标号分别代表不同级别的域名。
.三级域名.二级域名.顶级域名,5,计算机科学与技术学院,因特网的域名空间,根,6,计算机科学与技术学院,DNS提供的服务,计算机科学与技术学院,7,主机别名:
有着复杂主机名的主机可以拥有一个或者多个别名。
例如,一台名为relay1.west-的主机,可能还有两个别名-和。
这种情况下,relay1.west-也叫规范主机名(canonicalhostname)。
应用程序可以调用DNS来获得主机别名对应的规范主机名以及主机的IP地址。
邮件服务器别名,7.2.2域名服务器,1.域名服务器的基本工作原理域名系统在设计了层次的域名的同时,提出了与其相对应的域名服务器系统;整个域名系统是以一个大型的分布式数据库的方式工作的;大多数具有Internet连接的组织都有一个域名服务器,每个服务器包含连向其他域名服务器的信息,这些服务器形成了一个大的协同工作的域名数据库。
8,计算机科学与技术学院,2.域名服务器的层次DNS服务器的层次是与域名的层次相适应的;每一个域名服务器都只对域名体系中的一部分进行管辖;一个根服务器(rootserver)在这个层次体系的顶部,它是顶层域的管辖者;DNS服务器的层次对应着域名的层次,但是这两者并不是对等的。
一个公司网络或校园网可以选择将它所有的域名都放在一个域名服务器上,也可以选择运行几个域名服务器。
9,计算机科学与技术学院,根域名服务器,顶级域名服务器,权威域名服务器,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,域名服务器,abc公司有两个权威域名服务器,10,计算机科学与技术学院,根域名服务器,最高层次的服务器,也是最重要的域名服务器。
所有的根域名服务器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。
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)。
需要注意的是,在许多情况下,根域名服务器并不直接把待查询的域名直接转换成IP地址(根域名服务器也没有存放这种信息),而是告诉本地域名服务器下一步应当找哪一个顶级域名服务器进行查询。
11,计算机科学与技术学院,顶级域名服务器(即TLD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)。
权威域名服务器负责一个区的域名服务器当一个权威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威域名服务器。
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。
12,计算机科学与技术学院,7.2.3域名解析,将域名转换为对应的IP地址的过程称为域名解析。
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。
13,计算机科学与技术学院,本地域名服务器采用迭代查询,顶级域名服务器,权威域名服务器,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,14,计算机科学与技术学院,本地域名服务器采用递归查询(比较少用),顶级域名服务器,权威域名服务器,本地域名服务器,根域名服务器,递归查询,递归查询,需要查找的IP地址,15,计算机科学与技术学院,7.2.4DNS缓存,16,计算机科学与技术学院,一个DNS服务器接收一个DNS回答时,将回答中的信息缓存在本地。
主机名与IP地址间的映射不是永久的,所以DNS服务器在一段时间后(通常设置为两天)丢弃缓存的信息本地DNSserver也可以缓存TLDserver的IP地址,因而允许本地DNS绕过查询链中的根DNS服务器,7.2.5DNS记录,实现DNS分布式数据库的所有DNS服务器共同存储着资源记录(ResourceRecord,RR),RR提供了主机名到IP地址的映射。
每个DNS回答报文包含了一条或多条资源记录。
资源记录是一个包含了下列字段的4元组(Name,Value,Type,TTL)TTL是该记录的生存时间,它决定了资源记录应当从缓存中删除的时间。
如果Type=A,则Name是主机名,Value是该主机名的IP地址。
例如(,128.238.66.100,A)如果Type=NS,则Name是域,而Value是知道如何获得该域中主机IP地址的权威DNS服务器的主机名。
例如(,NS)如果Type=CNAME,则Value是别名为Name的主机对应的规范主机名。
例如(,CNAME)如果Type=MX,则Value是别名为Name的邮件服务器的规范主机名。
例如(,MX)。
通过使用MX记录,一个公司的邮件服务器和其他服务器可以使用相同的别名。
17,计算机科学与技术学院,DNS记录,如果一台DNS服务器是某特定主机名的权威DNS服务器,那么该DNS服务器会有一条包含该主机名的类型A记录(即使该DNS服务器不是其权威域名服务器,它也可能在缓存中含有一条类型A记录)。
如果DNS服务器不是某个主机名的权威DNS服务器,那么该服务器将包含一条类型NS记录,该记录对应于包含主机名的域;它还将包括一条类型A记录,该记录提供了在NS记录的Value字段中DNS服务器的IP地址。
计算机科学与技术学院,18,DNS数据库中插入记录,例如创建首先注册域名提供基本权威DNS服务器和辅助权威DNS服务器的名字和IP地址。
假如该名字和IP地址是和及100.100.100.1和100.100.100.2。
对这两个权威DNS服务器的每一个,注册登记机构确保将一个类型NS和一个类型A的记录输入TLDcom服务器。
(,NS)(,100.100.100.1,A),19,计算机科学与技术学院,7.3电子邮件服务,7.3.1电子邮件的概念电子邮件系统不但可以传输各种格式的文本信息,而且还可以传输图像、声音、视频等多种信息;邮件服务器系统的核心邮件服务器负责接收用户送来的邮件,并根据收件人地址发送到对方的邮件服务器中,同时负责接收由其他邮件服务器发来的邮件,并根据收件人地址分发到相应的电子邮箱中。
20,计算机科学与技术学院,7.3.2电子邮件服务的工作过程,电子邮件服务基于客户/服务器结构,21,计算机科学与技术学院,电子邮件应用程序基本服务功能:
创建与发送电子邮件;接收、阅读与管理电子邮件;账号、邮箱与通信簿管理。
电子邮件协议:
在电子邮件程序向邮件服务器中发送邮件时,使用的是简单邮件传输协议SMTP;在电子邮件程序从邮件服务器中读取邮件时,可以使用邮局协议POP3或交互式邮件存取协议IMAP,它取决于邮件服务器支持的协议类型。
22,计算机科学与技术学院,电子邮件系统协议使用情况,23,计算机科学与技术学院,计算机科学与技术学院,发送和接收电子邮件的步骤,发件人调用PC机中的用户代理撰写和编辑要发送的邮件。
发件人的用户代理把邮件用SMTP协议发给发送方邮件服务器,SMTP服务器把邮件临时存放在邮件缓存队列中,等待发送。
发送方邮件服务器的SMTP客户与接收方邮件服务器的SMTP服务器建立TCP连接,然后就把邮件缓存队列中的邮件依次发送出去。
24,计算机科学与技术学院,发送和接收电子邮件的步骤(续),运行在接收方邮件服务器中的SMTP服务器进程收到邮件后,把邮件放入收件人的用户邮箱中,等待收件人进行读取。
收件人在打算收信时,就运行PC机中的用户代理,使用POP3(或IMAP)协议读取发送给自己的邮件。
请注意,POP3服务器和POP3客户之间的通信是由POP3客户发起的。
25,7.3.4简单邮件传输协议SMTP,SMTP协议运行在TCP协议之上,使用公开端口号25;SMTP使用简单的命令传输邮件;SMTP规定了14条命令和21种响应信息;每条命令都是由4个字母组成的;每一种响应信息一般只有一行信息;SMTP使用客户/服务器工作模式,发送邮件的SMTP进程是SMTP客户,接收邮件的SMTP进程是SMTP服务器。
26,计算机科学与技术学院,计算机科学与技术学院,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。
27,7.3.5邮件读取协议POP3和IMAP,POP3(PostOfficeProtocol)邮局协议POP是一个简单的邮件读取协议;POP3协议使用客户/服务器的工作方式;接收邮件的用户主机运行POP客户程序,ISP的邮件服务器则运行POP服务器程序;POP3协议运行在TCP协议之上,它使用公开的端口号110;POP3协议规定了15条命令和24种响应信息。
28,计算机科学与技术学院,计算机科学与技术学院,IMAP协议(InternetMessageAccessProtocol),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。
29,计算机科学与技术学院,IMAP的特点,用户可以根据需要为自己的邮箱创建便于分类管理的层次式的邮箱文件夹,并且能够将存放的邮件从某一个文件夹移动到另一个文件夹。
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。
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。
30,基于Web的电子邮件,用户和其远程邮箱之间的通信采用HTTP邮件服务器之间仍然使用SMTP,31,计算机科学与技术学院,7.4文件传输协议,7.4.1FTP概述文件传送协议FTP(FileTransferProtocol)提供交互式的访问,允许客户指明文件的类型与格式,并允许文件具有存取权限。
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。
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的可靠的传输服务。
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。
32,计算机科学与技术学院,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。
主进程与从属进程的处理是并发地进行。
33,计算机科学与技术学院,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”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。
34,计算机科学与技术学院,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,35,计算机科学与技术学院,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。
两个不同的端口号,36,计算机科学与技术学院,7.5WWW应用和HTTP协议,7.5.1WWW服务的基本概念WWW又称为万维网,简称为Web,是Internet技术发展中的一个重要的里程碑;WWW系统的结构采用了客户/服务器模式;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。
客户程序向服务器程序发出请求,服务器程序向客户程序送回客户所要的万维网文档。
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)。
37,计算机科学与技术学院,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(UniformResourceLocator)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。
38,计算机科学与技术学院,万维网必须解决的问题,
(2)用何协议实现万维网上各种超链的链接?
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(HyperTextTransferProtocol)。
HTTP是一个应用层协议,它使用TCP连接进行可靠的传送。
39,计算机科学与技术学院,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(HyperTextMarkupLanguage)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。
40,计算机科学与技术学院,7.5.2统一资源定位符URL,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:
:
/:
/,41,计算机科学与技术学院,7.5.3超文本传送协议HTTP,HTTP1.0协议是无状态的(stateless)HTTP协议本身也是无连接的,虽然它使用了面向连接的TCP向上提供的服务,42,计算机科学与技术学院,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,理工大学学部院系,43,计算机科学与技术学院,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解析出大连理工大学服务器的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/xbyx/zxq.htm。
(6)服务器给出响应,把文件zxq.htm发给浏览器。
(7)TCP连接释放。
(8)浏览器显示“大连理工大学学部院系”文件zxq.htm中的所有文本。
44,计算机科学与技术学院,RTT,RTT,请求一个万维网文档所需的时间,万维网服务器,万维网客户,发起TCP连接,HTTP请求报文,传输文档的时间,整个文档收到,时间,时间,HTTP响应报文,45,计算机科学与技术学院,持续连接(persistentconnection),HTTP/1.1协议使用持续连接。
万维网服务器在发送响应后仍然在一段时间内保持这条连接,使同一个客户(浏览器)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。
这并不局限于传送同一个页面上链接的文档,而是只要这些文档都在同一个服务器上就行。
46,计算机科学与技术学院,持续连接的两种工作方式,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。
这比非持续连接的两倍RTT的开销节省了建立TCP连接所需的一个RTT时间。
但服务器在发送完一个对象后,其TCP连接就处于空闲状态,浪费了服务器资源。
流水线方式:
客户在收到HTTP的响应报文之前就能够接着发送新的请求报文。
一个接一个的请求报文到达服务器后,服务器就可连续发回响应报文。
使用流水线方式时,客户访问所有的对象只需花费一个RTT时间,使TCP连接中的空闲时间减少,提高了下载文档效率。
47,计算机科学与技术学院,串行和并行TCP连接,用户可以设置浏览器以控制并行度默认方式下,大部分浏览器打开510个并行的TCP连接,每个连接处理一个请求-响应事务,48,计算机科学与技术学院,3.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是面向文本的(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。
49,计算机科学与技术学院,HTTP请求报文,GET/xbyx/zxq.htmHTTP/1.1Host:
Connection:
closeUser-Agent:
Mozilla/5.0Accept-Language:
cn请求报文的最后还有一个空行,50,计算机科学与技术学院,HTTP的报文结构(请求报文),方法,URL,版本,首部字段名,首部行,:
值,首部字段名,值,:
实体主体,请求行,空格,回车换行,:
CRLF,CRLF,CRLF,CRLF,报文由三个部分组成,即开始行、首部行和实体主体。
在请求报文中,开始行就是请求行。
51,计算机科学与技术学院,HTTP的报文结构(请求报文),方法,URL,版本,首部字段名,首部行,:
值,首部字段名,值,:
实体主体,请求行,空格,回车换行,:
CRLF,CRLF,CRLF,CRLF,“方法”是面向对象技术中使用的专门名词。
所谓“方法”就是对所请求的对象进行的操作,因此这些方法实际上也就是一些命令。
因此,请求报文的类型是由它所采用的方法决定的。
52,计算机科学与技术学院,HTTP请求报文的一些方法,方法(操作)意义OPTION请求一些选项的信息GET请求读取由URL所标志的信息HEAD请求读取由URL所标志的信息的首部POST给服务器添加信息(例如,注释)PUT在指明的URL下存储一个文档DELETE删除指明的URL所标志的资源TRACE用来进行环回测试的请求报文CONNECT用于代理服务器,53,计算机科学与技术学院,HTTP的报文结构(请求报文),方法,URL,版本,首部字段名,首部行,:
值,首部字段名,值,:
实体主体,请求行,空格,回车换行,:
CRLF,CRLF,CRLF,CRLF,“URL”是所请求的资源的URL。
54,计算机科学与技术学院,HTTP的报文结构(请求报文),方法,URL,版本,首部字段名,首部行,:
值,首部字段名,值,:
实体主体,请求行,空格,回车换行,:
CRLF,CRLF,CRLF,CRLF,“版本”是HTTP的版本。
55,计算机科学与技术学院,使用GET方法时实体主体为空,而使用POST方法时才使用。
HTTP客户机常常在用户提交表单时使用POST方法。
例如,用户向搜索引擎提供搜索关键词。
在使用POST方法的报文中,用户仍可以向服务器请求一个Web页面,但Web页面的特定内容依赖于用户在表单字段中输入的内容。
当方法字段的值为POST时,实体主体中包含的就是用户在表单字段中输入的值。
表单提交也可以使用GET方法。
HTML表单经常使用GET方法,将输入数据(在表单字段中)传送到正确的URL。
56,计算机科学与技术学院,HTTP响应报文,HTTP/1.1200OKConnection:
CloseDate:
Thu,08May201406:
43:
16GMTServer:
Apache-Coyote/1.1Content-Type:
image/gif;charset=UTF-8Content-Length:
0,57,计算机科学与技术学院,HTTP的报文结构(响应报文),版本,状态码,短语,首部字段名,首部行,:
值,首部字段名,值,:
实体主体(有些响应报文不用),状态行,空格,回车换行,:
CRLF,CRLF,CRLF,CRLF,响应报文的开始行是状态行。
状态行包括三项内容,即HTTP的版本,状态码,以及解释状态码的简单短语。
58,计算机科学与技术学院,状态码都是三位数字,1xx表示通知信息的,如请求收到了或正在进行处理。
2xx表示成功,如接受或知道了。
3xx表示重定向,表示要完成请求还必须采取进一步的行动。
4xx表示客户的差错,如请求中有错误的语法或不能完成。
5xx表示服务器的差错,如服务器失效无法完成请求。
59,计算机科学与技术学院,4.用户与服务器的交互:
cookie,万维网站点使用Cookie来跟踪用户。
Cookie表示在HTTP服务器和客户之间传递的状态信息。
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。
60,计算机科学与技术学院,cookie,Cookie技术由4个部分组成
(1)在HTTP响应报文中有一个cookie首部行;
(2)在HTTP请求报文中有一个cookie首部行;(3)在用户端系统中保留有一个cookie文件,由用户的浏览器管理;(4)在Web站点有一个后端数据库。
61,计算机科学与技术学院,代理服务器(proxyserver),代理服务器(proxyserver)又称为万维网高速缓存(Webcache),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。
6
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