计算机网络第6章（应用层）

2024-01-20 22:09:52

计算机网络第6章（应用层）

一、应用层概述
二、客户/服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）
三、动态主机配置协议DHCP
四、域名系统DNS
五、文件传送协议FTP
- 5.1文件传送协议FTP的应用
- 5.2 FTP基本工作原理
六、电子邮件
七、万维网WWW

一、应用层概述

我们在浏览器的地址中输入某个网站的域名后，就可以访问该网站的内容，这个就是万维网WWW应用，其相关的应用层协议为超文本传送协议HTTP.

用户在浏览器地址栏中输入的是“见名知意”的域名，而TCP/IP的网际层使用IP地址来表示目的主机，从域名到IP地址的装转换，由属于应用层范畴的域名系统DNS，在后台帮用户完成。

常见的应用：

总结

二、客户/服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）

概念

客户/服务器方式（C/S方式）

对等方式（P2P方式）

总结

三、动态主机配置协议DHCP

概念
互联网广泛使用的动态主机配置协议 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 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，而不用手工配置。
DHCP的作用：
在之前，如果要正常访问Web服务器，需要该主机手动配置网络的相关配置信息（IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器等网络相关配置信息）。
手动配置的缺点：如果主机数很多，就工作量大，容易出错

如果我们给网络中添加一台DHCP服务器。网络各主机开机后自动启动DHCP程序，向DHCP服务器请求自己的网络配置信息。这样网络的各主机，可以从DHCP服务器自动获取网络配置信息。

DHCP的工作过程：

画出网络中的这两台DHCP服务器和一台用户主机。DHCP 使用客户 - 服务器方式（C/S模式）
在DHCP服务器上运行DHCP服务器进程，简称DHCP服务器。在用户主机上运行DHCP客户进程，简称DHCP客户。

DHCP报文逐层封装的过程：
DHCP是TCP/IP协议体系应用层中的协议，他使用运输层的UDP所提供的服务，也就是说DHCP报文在运输层会被封装成UDP用户数据报。端口分别为：67和68.封装有DHCP报文的UDP用户数据报，在网络层会被封装成IP数据报，然后根据所使用的的网络接口，封装成数据链路层的帧进行发送。

DHCP客户和DHCP服务器的交互过程：当启用主机的DHCP后，DHCP客户将广播发送DHCP发现报文，封装该报文的IP数据报源IP地址为0.0.0.0，这是因为主机目前还未分配到IP地址，因此使用该地址来代替。目的地址为广播地址255.255.255.255，之所以广播发送，是因为主机还不知道网络有哪几个DHCP服务器以及IP地址是什么。

DHCP服务器收到DHCP发现报文后，根据其中封装的DHCP客户端的MAC地址来查找自己的数据库，如果查到匹配信息，则使用这些配置信息来构建并发送DHCP提供报文，如果没有则采用默认配置信息来构建报文并发送。

DHCP服务端将广播发送DHCP提供报文（DHCP OFFER）

事务ID：DHCP客户端会与之前DHCP发现报文的事务ID做对比，来判断该DHCP提供报文是否是自己的
配置信息：
IP地址：DHCP服务器从自己的IP地址池中挑选待租用给主机的IP地址（使用ARP来确保所选IP地址未被网络中其他主机占用）

子网掩码
地址租期
默认网关
DNS服务器
源IP地址：发送DHCP提供报文的DHCP服务器的IP
目的地址：因为目的主机还没分配到IP，所以使用广播地址

在本例中，DHCP客户会收到两个DHCP服务器发来的DHCP提供报文，DHCP客户从中选择一个，一般选择先到的，并向所选择的DHCP服务器发送DHCP请求报文

DHCP客户端将广播发送DHCP请求报文（DHCP REQUEST）

事务ID
DHCP客户端的MAC地址
接收的租约中的IP地址
提供此租约的DHCP服务器端的IP地址
源地址：0.0.0.0，因为此时DHCP客户才从多个DHCP服务器中挑选一个作为自己的DHCP服务器。它首先要征得该服务器的同意，之后才能正式使用向该DHCP服务器租用的IP地址

目的地址：广播地址，这样可以一次性向所有DHCP服务器发送DHCP请求报文，来告知它们是否请求它们作为自己的DHCP服务器

在本例中，假设DHCP客户端选择DHCP服务器1作为自己的DHCP服务器，DHCP服务器1接受该请求，于是DHCP服务器1给DHCP客户端发送DHCP确认报文

源地址：DHCP服务器1的IP地址
目的地址：广播地址
DHCP客户收到该报文后就可以使用租用的IP地址
在使用前还会进行ARP检测

剩下流程图示

DHCP中继代理
下图的网络拓扑中的各主机是否可以通过DHCP来自动获取到网络配置？

使用DHCP中继代理是因为我们不用给每一个网络上都设置一个DHCP服务器，这样会使DHCP服务器的数量太多
总结

四、域名系统DNS

4.1 概述

域名系统的作用：
域名相比IP地址更容易记忆

常见的网络应用的例子：因特网中的某台主机要访问web服务器，主需要在用户主机中运行某个浏览器软件，在地址栏中输入要访问的web服务器的域名，即可访问到web服务器所提供的内容。

例子2：使用Ping命令，我们ping的是web服务器的域名 ping baidu.com，但是ping命令实际上ping的是web服务器的IP地址220.181.38.148。
正是因为，TCP/IP地址采用IP地址进行寻址的知识是一致的。及时不适用域名也可以通过IP地址来寻址目的主机。但是域名更容易记忆。

当我们在浏览器地址栏中输入某个web服务器的域名时，用户主机会首先在自己的DNS高速缓存中查找该域名所对应的IP地址。如果没有找到，则会向网络中的某台DNS服务器查询，DNS服务器中有域名和IP地址映射关系的数据库。
当DNS服务器收到DNS查询报文后，将查询结果发送给用户主机。
用户主机的浏览器可以通过web服务器的IP地址对其进行访问了。

因特网是否可以只使用一台DNS服务器？不行

4.2因特网采用层次树状结构的域名结构

cn是*域名，表示中国；
edu是在其下注册的二级域名，表示教育机构；
hnust是在edu下注册的三级域名，表示湖南科技大学；
nic是我校自行管理的四级域名，表示网络信息中心。

名称相同的域名其等级未必相同 com. com

6.3 域名系统DNS

6.4 域名解析过程

总结

五、文件传送协议FTP

概念

5.1文件传送协议FTP的应用

FTP采用C/S方式（客户/服务器方式）

FTP客户计算机可将各种类型的文件上传到FTP服务器计算机

FTP客户计算机也可以从FTP服务器计算机下载文件

5.2 FTP基本工作原理

FTP服务器监听熟知端口（端口号为 21），使客户进程能够连接上。

FTP客户随机选择一个临时端口号与其建立TCP连接，这条TCP连接用于FTP客户与服务器之间传送FTP的相关控制命令（这条连接是FTP客户与服务器之间的命令通道）

下图为建立数据通道的TCP连接

FTP服务器使用自己的熟知端口号20与其建立TCP连接，这条TCP连接用于FTP客户与服务器之间传送文件

上面例子是主动模式：建立数据通道时，FTP服务器主动连接FTP客户

下图实例为被动模式

两种模式对比

注意两种模式都是

控制连接在整个会话期间保持打开状态

数据连接传输完毕后就关闭

总结

六、电子邮件

概念
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邮件发送和接收过程
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简单邮件传送协议SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）的基本工作原理
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电子邮件的信息格式
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邮件读取
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基于万维网的电子邮件
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总结
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七、万维网WWW

概念
概述
万维网 WWW (World Wide 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。
万维网用链接的方法能非常方便地从互联网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需获取丰富的信息。
这种访问方式称为“链接”。

万维网的工作方式
万维网以客户 - 服务器方式工作。
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)。

7.1 万维网应用举例

访问网页
怎样标志分布在整个互联网上的万维网文档？
万维网的文档

7.2 超文本传输协议HTTP（Hyper Transfer Protocol）

概念和传输过程
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 (HyperText Transfer Protocol)。

HTTP 是一个应用层协议，它使用 TCP 连接进行可靠的传送。

每个万维网网点都有一个服务器进程，它不断地监听 TCP 的端口 80，以便发现是否有浏览器向它发出连接建立请求。
一旦监听到连接建立请求并建立了 TCP 连接之后，浏览器就向万维网服务器发出浏览某个页面的请求，服务器接着就返回所请求的页面作为响应。
最后，TCP 连接就被释放了。

7.3HTTP报文格式

HTTP请求报文格式

HTTP响应报文格式

7.4 cookie

使用Cookie在服务器上记录用户信息

cookie的工作原理：

用户主机的浏览器进程，首先与万维网服务器中的服务器进程建立TCP连接，当用户的浏览器进程初次向服务器进程发送HTTP请求报文时，服务器进程就会为其产生一个唯一的Cookie识别码，并以此为索引在服务器的后端数据库中创建一个项目，用来记录该用户访问该网站的各种信息。
接着就给浏览器进程发回HTTP相应报文。
在相应报文中包含有一个首部字段set-cookie的首部行，该字段的取值就是cookie识别码。
当浏览器进程收到该相应报文后，就在一个特定的cookie文件中添加一行，记录该服务器的域名和cookie识别码。
当用户再次使用该浏览器访问这个网站，每发送一个HTTP请求报文
浏览器都会从cookie文件中取出该网站的cookie识别码，并放到HTTP请求报文的cookie首部行中。
服务器根据cookie识别码就可以识别出该用户，并返回该用户的个性化页面。
HTTP响应。