网络基础2-应用层

应用层功能及协议,Network Fundamentals Chapter 2,目标,规定人们如何在信息网络中使用应用层通信. 描述 OSI 模型的上三层功能如何为终端用户应用程序提供网络服务. 描述常见 TCP/IP 应用程序的功能，例如：万维网和电子邮件，以及相关服务，包括 HTTP、DNS、SMB、DHCP、STMP/POP 以及 Telnet,目录,2.1 应用程序 网络间的接口 2.2 准备应用程序和服务 2.3 应用层协议及服务实例,2.1应用程序 网络间的接口,应用程序 网络间的接口,了解应用程序如何对网络中收发的信息进行格式编排、传输和解释,2.1.1 OSI 和 TCP/IP 模型,OSI 模型将网络通信过程分为 7 个逻辑层，每一层都拥有独特的功能，且被赋予了特定的服务和协议.,2.1.1 OSI 和 TCP/IP 模型,应用层帮助人们处理通信，以便通过数据网络传输.,TCP/IP 应用层协议与 OSI 模型的上三层结构（应用层、表示层和会话层）仍然大致对应,2.1.1 OSI 和 TCP/IP 模型,2.1.1 OSI 和 TCP/IP 模型,最广为人知的 TCP/IP 应用层协议是那些用于交换用户信息的协议。,2.1.2 应用层软件,应用层协议的相关功能实现了以人为本的网络与底层数据网络的对接.,2.1.3 用户应用程序、服务以及应用层协议,如上文所述，应用层使用在应用程序和服务中实现的协议。,2.1.4 应用层协议功能,应用层协议为应用程序之间的通信提供规则,2.2 准备应用程序和服务,2.2.1 客户端-服务器模型,在客户端/服务器模型中，请求信息的设备称为客户端，而响应请求的设备称为服务器,2.2.2 服务器,响应客户端应用程序请求的设备扮演的是服务器角色.,2.2.3 应用层服务和协议,服务器进程可支持多个客户端.,2.2.4 点对点网络及应用程序 (p2p),在点对点网络中，两台或两台以上的计算机通过网络互连，它们共享资源（如打印机和文件）时可以不借助专用服务器。,2.2.4点对点网络及应用程序 (p2p),与客户端服务器模型不同，点对点应用程序 (P2P) 允许设备在同一通信过程中既作客户端又作服务器.,2.3 应用层协议及服务实例,人们很难记住IP数字地址。于是，人们创建了可以将数字地址转换为简单易记名称的域名系统.,2.3.1 DNS 服务及协议,顶级域名定义为三类（一）,国家顶级域名（nTLD）： 国家顶级域名的代码由ISO 3166规定。比如cn代表中国、jp代表日本、uk代表英国等等。,顶级域名定义为三类（二）,国际顶级域名（iTLD）：即int，国际联盟、国际性的组织可以在int下注册，比如世界知识产权组织的域名为wipo.int。,顶级域名定义为三类（三）,通用顶级域名（gTLD）：根据1994年3月公布的RFC1591规定，最初的顶级域名共六个，即：com、net、org、edu、gov、mil,顶层域名的代码及意义,新增的顶层域名,我国则将二级域名划分为“类别域名”和 “行政区域名”两大类。,“类别域名”六个，分别为： ac 表示科研机构； com 表示工、商、金融等企业； edu 表示教育机构； gov 表示政府部门； net 表示互联网络、接入网络的信息中心 （NIC）和运行中心（NOC）； org 表示各种非赢利性的组织。,“行政区域名”34个，适用于中国的各省、自治区、直辖市。 例如，bj为北京市，sh为上海市，nm为内蒙古自治区等等 目前在中国，二级域名edu下申请三级域名由中国教育和科研计算机网网络中心CERNIC负责。 在二级域名edu以外的其它二级域名下申请三级域名，则应向中国互联网网络中心信息中心CNNIC申请。关于中国互联网络发展情况以及各种规定，均可在CNNIC的网站找到。,因特网的名字空间,2.3.1 DNS服务及协议,用户可以使用操作系统中名为 nslookup 的实用程序手动查询域名服务器，来解析给定的主机名.,2.3.1 DNS 服务及协议,DNS 服务器中存储不同类型的资源记录，用来解析域名。这些记录中包含域名、地址以及记录的类型.,2.3.1 DNS服务及协议,DNS 服务器的层级结构包含用于匹配域名与地址的资源记录.,一种DNS查询方案（迭代iterative）：,1.如果要查询的域名属于本地域，由本地域名服务器回答结果。 2.如果要查询的域名不属本地域，查看本地域名服务器是否有Cache信息。 3.若本地域名服务器不能回答结果，则应向“root”（.）询问。 4.“学”到的资料都会保存在域名服务器的高速缓存中，以备下一次资料未过期时使用。,缺点：根服务器压力大；客户安全性不好,另一种查询方案：递归查询,“树根”,缺点：根压力大,查询远程主机IP地址的过程,根域名 服务器dns.cn,客户,本地 域名 服务器 dns.b.c.d,dns.d 域名服务器,dns.c.d域名服务器,2. IP (www.imu.edu.cn) ?,3. 如有，返回查询的IP地址 否则，请向dns.c.d,本机IP:a.b.c.d,原因：人们访问的主页相对会固定,利用缓存实现域名解析的优化,2.3.2 WWW 服务及 HTTP,当在 web 浏览器中输入一个 Web 地址（或者 URL 地址）时，Web 浏览器将通过 HTTP 协议建立与服务器上的 Web 服务之间的连接.,2.3.2 WWW服务及 HTTP,HTTP 服务器通过返回网页的代码对请求做出响应.,2.3.2 WWW服务及 HTTP,浏览器解释 HTML 代码并显示网页.,2.3.2 WWW服务及 HTTP,在浏览器的地址栏中输入 http:/www.cisco.com 会生成 HTTP GET消息.,2.3.3 电子邮件服务及 SMTP/POP协议,客户端使用 SMTP 将邮件发送到服务器并使用 POP3接收电子邮件.,邮件服务器 MTA 邮件传送代理 (MTA) 进程用于发送电子邮件。,2.3.3 电子邮件服务及 SMTP/POP协议,邮件服务器 MDA 邮件分发代理进程控制服务器与客户端之间的电子邮件分发.,2.3.3 电子邮件服务及 SMTP/POP协议,SMTP 用于转发邮件 POP 用于接收邮件.,2.3.3 电子邮件服务及 SMTP/POP协议,2.3.4 FTP,FTP 用于客户端和服务器之间的文件传输.,FTP Data Transfer,Separate data connection To send lists of files (LIST) To retrieve a file (RETR) To upload a file (STOR),Creating the Data Connection,Client acts like a server Creates a socket Assigned an ephemeral port number by the kernel Listens on socket Waits to hear from FTP server,Creating Data Connection (cont.),But, the server doesnt know the port number So after listening, client tells it to the server Using the PORT command on the control connection,Creating Data Connection (cont),Then, the server initiates the data connection Connects to the socket on the client machine and the client accepts to complete the connection Data now flows along second connection; first connection remains open for more commands/replies,Why Out-of-Band Control?,Avoids need to mark the end of the data transfer Data transfer ends by closing of data connection Yet, the control connection stays up Aborting a data transfer Can abort a transfer without killing the control connection which avoids requiring the user to log in again Done with an ABOR on the control connection Third-party file transfer between two hosts Data connection could go to a different host by sending a different client IP address to the server E.g., user coordinates transfer between two servers But: this is rarely needed, and presents security issues,2.3.5 DHCP,通过动态主机配置协议 (DHCP) 服务，网络中的设备可以从 DHCP 服务器中获取 IP 地址和其它信息.,DHCP: Dynamical Host Configuration Protocol MAC 地址全球唯一 主机的IP地址的配置：要求任何两个主机不能有同样的IP地址.,2.3.5 DHCP,配置方法： 1）手工配置：对大量主机和不断更新是不适宜的 2）自动配置：优点: 网络管理员不必亲自为每个计算机配置IP地址 很多机器可共享几个IP地址 如: 机房内有30台机器，仅有10个IP地址， 当不是30台同时上网时，可动态配置,DHCP 依赖为主机提供配置信息的DHCP服务器,一个管理域至少有一台DHCP服务器或至少一个DHCP的中继代理 中继代理只需配置一条消息： DHCP服务器的IP地址 所有主机的信息存储在DHCP服务器上,2.3.5 DHCP,DHCP 服务器负责维护 IP 地址池，并在客户端登录时将临时地址分配给客户端.,2.3.5 DHCP,每个主机有一个唯一标识符, 启动时自动从服务器读取 成熟的DHCP在主机需要给单个主机分配IP地址,减少了大量的配置和维护,DHCP只须维护一定范围的IP地址 面临的问题是主机如何发现DHCP服务器,2.3.5 DHCP,Contact a DHCP Server,启动或加入的主机先广播 DHCP DISCOVER消息 （IP 地址255.255.255.255），本网内的所有主机和路由器接收到此消息,但路由器并不广播到其它网络去 可能 1）本网有DHCP服务器，则它产生回答消息， 或者 2）本网有中继代理，中继代理收到消息后， 将其单播到DHCP服务器并等待响应. 然后 将响应返回给客户端,DHCP Proxy,客户主机广播 DHCP DISCOVER 报文， DHCP中继器转发到DHCP服务器 DHCP服务器反馈响应到请求的客户,广播,DHCP proxy,Other networks,DHCP server,单播到服务器,DHCP 包用UDP 包来传送 地址有使用期限，原因： 地址有限：服务器不能无限分配地址，否则耗尽其地址空间 客户返还其地址？因它可能中途关机、脱离网和拔电等