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计算机网络第六章

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计算机网络——应用层

应用模型

分为客户服务模型（Client/Server,C/S）和P2P模型两种

  • C/S模型是由主机提供服务，客户机请求服务。详细不解释。
  • P2P模型没有固定的客户和服务器的划分，每个结点既作为客户请求资源，又作为服务器提供资源。优点有：
    • 减轻了服务器的计算压力；
    • 多个客户机可以直接共享文档（C/S模式下各客户机无法直接通信）；
    • 可扩展性好，传统服务器有响应和带宽的限制，因此只能接受一定数量的请求；
    • 网络健壮性好，单个结点的失效不会影响其他部分的结点。
  • P2P模式的缺点：
    • 会占用较多的内存，影响整机的速度；
    • 经常进行P2P下载，会对硬盘造成较大的损伤；
    • P2P程序会使网络变得非常拥塞，因此遭到各大互联网服务提供商ISP的嫌弃。

DNS

来自C/S模型，运行在UDP之上，使用53端口。三个部分：层次域名空间、域名服务器和解析器

层次域名空间

域名规则：

  • 标号，比如以www.baidu.com就有三个标号；
  • com是顶级域名，baidu是二级域名，www是三级域名；
    • 顶级域名分为三类：国家顶级域名（.cn、.us等）；通用顶级域名（.com、.net等）；基础结构域名（只有arpa，用于反向域名解析）
  • 标号中的英文不区分大小写；
  • 标号中出连字符-外，不能使用其他标点符号；
  • 每一个标号不能超过63个字符，完整域名不能超过255个字符；

域名服务器

  • 域名系统被设计成一个联机分布式的数据库系统，采用C/S模型。
  • 每一个域名服务器不但能保存一些域名到IP地址的解析，还必须具有连向其他域名服务器的信息。没有一台服务器具有因特网上所有主机的映射。域名服务器主要有四种类型：
    • 根域名服务器：全球共13个，取名从’A’到’M’，1个主根在美国，另外12个辅根中9个在美国，1个在英国，1个在瑞典，1个在日本。作用：用来管理顶级域名。并不提供直接转换成IP地址的功能。
    • 顶级域名服务器：负责管理在该服务器注册的所有二级域名，可以给出应答，或下一步应当查找的域名服务器的IP地址。
    • 授权域名服务器（权限域名服务器）：每一个主机都必须在授权域名服务器处登记。我也不晓得这个是啥，网上搜不到？
    • 本地域名服务器：比如一个大学、一个系都能拥有一个本地域名服务器。

域名解析过程

  • 域名 -> IP地址为正向解析；IP地址 -> 域名为反向解析。
  • 两种解析方式，递归查询和递归与迭代结合查询，字面理解。前者给根域名服务器造成负载太大，几乎不采用。
  • 本地域名服务器会将查询到的结果保存到本地缓存，方便下次查询。高速缓存在域名服务器中广泛被采用。

FTP

FTP提供的功能：

  • 不同种类的主机系统之间的文件传输；
  • 以用户权限管理的方式提供用户对远程FTP上的文件的管理；
  • 以匿名FTP的方式提供公用文件共享的管理。

采用C/S模型，使用TCP可靠传输。一个FTP服务器可以为多个客户进程提供服务。FTP的服务器进程分为两个部分：负责接收新请求的主进程（端口21），负责处理单个请求/数据连接的若干个从属进程（端口20）。

  • 控制连接：只用来传输控制信息（如连接请求、传送请求等），以7位ASCII格式，在整个会话期间一直保持打开状态。
  • 数据连接：服务器在收到文件传输请求后，创建数据传送进程和数据连接。在传送完毕后关闭数据连接并结束运行。
  • 因为控制与数据传送分离，所以也称为带外传送。

电子邮件

  • 流程：

    1. 发件人通过用户代理（UA，比如Foxmail），向发送方邮件服务器发送邮件（使用SMTP协议，push）；
    2. 发送方邮件服务器将邮件放入邮件缓存队列中，等待发送；
    3. 运行在发送方邮件服务器的SMTP客户进程，发现缓存中的待发送邮件后，向接收方邮件服务器的SMTP服务器进程发起建立TCP连接；
    4. 注：发送方邮件服务器的角色变动：收到UA发来的邮件时作为服务器方；向远程接收方发送邮件时作为客户方；
    5. TCP连接建立后，SMTP客户进程开始向远程的SMTP服务器进程发送邮件（使用SMTP协议，push）。当所有的待发送邮件完成发送后，SMTP就关闭了该TCP连接；
    6. 运行在接收方邮件服务器中的SMTP服务器进程收到邮件后，将邮件放入收信人的用户邮箱中，等待收信人在方便时进行读取；
    7. 收信人在打算收信时，调用自己的UA，取出邮件（使用POP3协议，pull）。

  • 邮件格式：邮件=信封+内容（=首部+主体）；

    • 必填字段：“To:”指明若干个收件人的电邮地址；“From:”指明发件人，该部分通常由UA填写。
    • 可选字段：“Subject:”指明邮件主体；等等。

  • MIME。推荐阅读：setContenttype()常用的内容类型

    • 传统的，不采用MIME的邮件，一般只能传送一定长度的ASCII码，对某些编码、格式支持的不好；
    • MIME拓展了SMTP协议的功能，特点：定位了许多邮件内容的格式；标准化了多媒体表示方式；定义了传送编码；定义了5个新首部（MIME版本、内容描述、内容标识、内容传送编码、内容类型）

SMTP协议

使用TCP连接，端口25
流程：

  1. 背景：邮件已经抵达发送方邮件服务器的邮件缓存中了。
  2. SMTP客户每隔一定时间对邮件缓存扫描一次，发现邮件，就利用端口25对接收方邮件服务器的SMTP服务器建立TCP连接。
  3. 连接建立后，接收方SMTP发出“220 Service ready”（服务就绪）。然后SMTP客户向SMTP服务器发送HELO命令（附上发送方的主机号，告知用户身份）。
  4. SMTP不使用中间的邮件服务器，是通过TCP直接连接两端。
  5. 连接建立后发送邮件，发送过程如下：
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//连接建立后发送邮件的交互
client:MAIL FROM：<**@zju.edu.cn>; //MAIL命令开始，并告知发件人地址
server:250 OK; //准备好了

if(client: RCPT TO:<收件人地址> )
	server: "250 OK" or "550 No such user here" //每一个RCPT，都有一次交互
//弄清楚接收方是否已做好接受邮件的准备

client:DATA+邮件正式内容; //DATA内容
server:354 Start mail input:end with<CRLF>.<CRLF> //告知结束方式

client:QUIT; //发送完毕
server:221; //服务关闭

POP3协议

  • 使用C/S模式，TCP协议，端口110。
  • 两种工作方式：“下载并保留”和“下载并删除模式”，留和删的指邮件服务器上的邮件。
  • 另一种使用趋势：使用Hotmail、Gmail等时，收发邮件使用HTTP协议，只有在不同邮件服务器之间传送邮件才使用SMTP协议。

HTTP协议

  • HTTP是面向事务的应用层协议，有两类：请求报文和响应报文。
  • HTTP的无状态特性：同一个客户第二次访问同一个服务器上的页面时，服务器的响应与第一次被访问时的相同。服务器从不会记忆来的是否是老客户，服务过多少次。在实际应用中，状态的记忆由Cookie来完成。
  • 非持久连接，持久连接（HTTP/1.1支持）
    • 非持久连接：每一个网页元素对象的传输都需要建立一个TCP连接。请求一个文档所需时间为：该文档的传输时间+double*RTT；
    • 持久连接：建立连接后，可以继续使用该连接传送后续内容。又分为非流水线和流水线两种方式：
      • 非流水线：客户在收到前一个响应后才能发起下一个请求（类似回合制游戏？你砍一刀，我回一剑？）
      • 流水线：允许持续发送请求。
  • 报文结构，每个字段都是一些ASCII码串，每个字段长度不确定。
    • 请求报文：方法+URL+版本+首部行+请求主体（大致结构，不详述）
    • 相应报文：版本+状态码+短语+首部行+响应主体
-------------The End-------------