《计算机网络技术及应用(第二版)》第9章应用层.ppt
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1、第9章 应用层,职业教育中心高进喜,计算机网络技术及应用(第2版),9.1应用层概述,应用层是网络体系统结构的最高层。应用层的任务是为最终用户提供服务。每一种应用层协议都是为了解决某一类问题,而每一个问题都对应一个应用程序,在应用层中运行的每一个应用程序称为一个应用进程。而应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。,应用层中协议很多,主要可分为以下几类:,文件传输类:如HTTP(超文本传输协议)、FTP(文件传输协议)、TFTP(简单文件传输协议)。远程登录类:如Telnet。电子邮件类:如SMTP(简单邮件传输协议)、POP(邮局协议)。网络管理类:如SNMP(简单网络管理协议)
2、、DHCP(动态主机配置协议)。域名解析类:如DNS(域名解析协议),应用层协议虽然种类繁多,但它们有一个共同的特点,都采用客户-服务器方式。客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户-服务器方式都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户-服务器方式描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方,服务器是服务提供方。客户软件和服务器软件通常还具有以下一些主要特点:,客户软件:,(1)在进行通信时临时成为客户,但它也可在本地进行其他的计算。(2)被用户调用并在用户的计算机上运行,在打算通信时主动向远地服务器发起通信。(3)可与多个服务器进行通信。(4)不
3、需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。,服务器软件:,(1)是一种专门用来提供某种服务的程序,可同时处理多个远地或本地客户的请求。(2)在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用并一直不断地运行着。(3)被动地等待并接受来自多个客户的通信请求。(4)一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。,图9-1给出客户和服务器进程的通信示意图。功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程。,9.2域名解析协议DNS,域名系统20世纪70年代,Internet的前身ARPANET的规模比较小,它只由几百台主机组成。美国的Menlepark的SRI网络信息中心的host.txt文件就包含了所有主机的信息,同时也包括了
4、连接到ARPANET上每台主机的名字到主机IP地址的映射。Host.txt文件由SRI网络信息中心负责进行维护。SRI网络信息中心每周更新数据一次到两次,每次更新后的数据由SRI网络信息中心的主机向外发送。ARPANET管理人员也将它们的改动用E-mail发送给SRI网络信息中心,同时定期从SRI网络信息中心的主机获取最新的host.txt文件。但是随着ARPANET的增长,这种工作方式无法再维持下去。一方面,host.txt 文件的大小随ARPANET的规模在增长,同时更新过程所带来的通信量增长更快。这就带来了通信量、名字冲突与一致性等一系列新的问题。,为此,1983年Internet开始采
5、用层次结构的命名树作为主机的名字,并使用域名系统DNS(Domain Name System)。Internet的域名系统DNS被设计成一个联机分布式数据库系统,并采用客户-服务器方式。DNS使大多数名字都在本地映射,仅少量映射需要在Internet上通信,这就使得系统的效率大大提高。,Internet采用层次树状结构的命名方法。任何一个连接在Internet上的主机或路由器,都有惟一的层次结构的名字,即域名(Domain Name)。域(Domain)是名字空间中一个可被管理的划分。域还可以继续划分为子域,如二级域、三级域等。域名的结构由若干个分量组成,各分量之间用点隔开。三级域名二级域名项
6、级域名每一级的域名都由英文字母和数字组成(不超过63个字符,且不区分大小写)完整的域名不超过255个字符。,Internet的域名结构如图9-2所示。,顶级域名有三大类:国家顶级域名、国际顶级域名、通用顶级域名,表9-1中列出了部分示例。,域名解析,虽然主机域名比IP地址更容易记忆,但在通信时必须将其映射成能直接用于TCP/IP协议通信的IP地址。这个将主机域名映射为IP地址的过程叫域名解析。,域名解析有两个方向:从主机域名到IP地址的正向解析;从IP地址到主机域名的反向解析。域名的解析是由一系列的域名服务器来完成的。域名服务器器是回答域名服务查询的计算机,它允许为私人TCP/IP网络和连接公
7、共Internet的用户提供并管理DNS服务,维护DNS名字数据并处理DNS客户端主机名的查询。DNS服务器保存了包含主机名和相应IP地址的数据库,例如,如果提供了名字,DNS服务将返回新浪网站的IP地址。域名服务器提供服务的监听端口为53。,域名解析过程是一个递归查询的过程。下面用一个例子说明这个过程。,图9-3域名解析的递归查询过程,9.2文件传输协议,文件传输协议FTP文件传输协议FTP是TCP/IP提供的标准机制,用来从一个主机把文件复制到另一个主机。从一台计算机向另一台计算机传送文件是在联网或互联网环境中最常见的任务。,FTP与其他客户-服务器应用程序的不同就是它在主机之间使用两条连
8、接。一条连接用于数据传送,而另一条则用于传送控制信息(命令和响应)。把命令和数据的传送分开使得FTP的效率更刘。控制连接使用非常简单的通信规则。我们需要传送的只是一次一行命令或一行响应。另一方面,数据传送需要更加复杂的规则,因为要传送的数据类型比较多。FTP使用两个熟知端口:端口21用作控制连接,而端口20用于数据连接。,图9-4给出了FTP的基本模型。客户有三个构件:用户接口、客户控制进程和客户数据传送进程。服务器有两个构件:服务器控制进程和服务器数据传送进程。控制连接是在控制进程之间进行的。数据连接是在数据传送进程之间进行的。,在整个FTP会话中,控制连接始终是处于连接状态。数据连接则是在
9、每一次文件传送时,先打开然后关闭。每当涉及到传送文件的命令被使用时,数据连接就被打开,而当数据传送完毕时连接就关闭。换言之,当用户开始FTP会话时,控制连接就打开。在控制连接处于打开状态时,若传送多个文件,则数据连接可以打开和关闭多次。,FTP一般都是交互式地工作。图9-5给出了使用FTP时用户机器上显示出的信息。,简单文件传送协议TFTP,简单文件传输协议(Trivial File Transfer Protocol,TFTP)是一个简单而开销很小的文件传送协议。与FTP协议相比,TFTP协议具有以下特点:(1)TFTP按客户机/服务器模式工作,通信建立在UDP运输服务之上。收发双方以512
10、字节大小的带序号文件块为单位,依靠类似等待协议的确认、超时和重传机制保证数据的到达。,(2)TFTP不像FTP一样支持交互,而只能支持最基本的文件传输,因此用户不能通过列目录或向服务器发出询问来确定可得到哪些文件。另外,TFTP不支持存取权限,用户不需要用户帐号和口令,但只能存取全局共享的文件。(3)TFTP在设计时是用于小文件传输的,它对内存和处理器的要求很低,速度快。TFTP代码所占的内存比FTP小。,TFTP的适用范围不像FTP那么广泛,目前,TFTP多用于交换机、路由器等设备Internet网络操作系统镜像和配置文件的备份和升级。,9.3 远程终端协议Telnet,在分布式计算环境中,
11、常常需要调用远程计算机资源同本地计算机协同工作,这样,就可以用多台计算机来共同完成一个较大的任务。协同操作的工作方式要求用户能够登录到远程计算机中,启动某个进程,并使进程之间能够相互通信。为了达到这个目的,人们开发了远程终端协议(Telnet协议)。Telnet协议是TCP/IP协议族的一部分,它定义了客户机与远程服务器之间的交互过程。,远程登录服务是用户使用Telnet命令,使自己的计算机暂时成为远程计算机的一个仿真终端的过程。一旦用户成功地实现了远程登录,用户的计算机就可以像一台与远程计算机直接相连的本地终端一样工作。,远程登录服务采用的是典型的客户-服务器模式,它的工作原理如图9-6所示
12、。,图9-6 Telnet工作原理,当用Telnet登录进入远程计算机系统时,事实上启动了两个程序,一个叫Telnet客户程序,它运行在本地机上,另一个叫Telnet服务器程序,它运行在要登录的远程计算机上,本地机上的客户程序要完成如下功能:(1)建立与服务器的TCP连接。(2)从键盘上接收输入的字符。(3)把输入的字符串变成标准模式并送给远程服务器。(4)从远程服务器接收输出的信息。(5)把该信息显示在屏幕上。,远程计算机的“服务”程序,一旦接到你的请求,它马上活动起来,并完成如下功能:(1)通知计算机,远程计算机已经准备好了。(2)等候输入命令。(3)对命令作出反应(如显示目录内容,或执行
13、某个程序等)。(4)把执行命令的结果送回给计算机。(5)重新等候命令。,当运行远程登录时,应首先运行Telnet程序进行联机,有两种运行Telnet的方法:1.运行telnet的第一种方法:输入下列命令,并以回车换行结束(下同)。命令格式:telnet 主机网络地址 端口号(默认可缺省)例如:假设用户要连接一台名叫dns的计算机,它的网络地址为,IP地址为,则连接时应输入命令telnet 或。,如果用户要登录的主机与用户的计算机在同一个本地网上,通常可以只输入主机的名字,而不用输入完整的地址,例如上例可以输入:命令:telnet dns,2.运行telnet程序的第二种方法:,输入命令:tel
14、net 此时程序运行,但并未进行连接(因未指明主机)然后屏幕显示:telnet 这是telnet的提示符,它表明telnet程序已经运行,并正在等待用户输入使用telnet的命令,如要连接一台远程主机,则使用open命令,即输入命令open,并附上该主机的网络地址,如 telnet open,假如Telnet的运行不能与主机确定连接,则用户将会看到主机找不到的信息。例如,假设用户想要连接的远程主机为,而用户的输入为:telnet 则在屏幕上用户将会看到::unknown hosttelnet,9.3 电子邮件,电子邮件(Electronic mail,简写为E-mail)是因特网上使用最广泛的
15、一种服务。电子邮件是以电子方式存放在计算机中,称为报文(Message)。计算机网络传送报文的方式与普通邮电系统传递信件的方式类似,采用的是存储转发机制。电子邮件报文中除了可包含文件信息外,还可以包含声音、图形和图像等多媒体形式的信息。,1电子邮件系统构成,一个电子邮件系统应具有图9-7所示的三个主要组成构件,这就是用户代理、邮件服务器,以及电子邮件使用的协议,如SMTP和POP3等。,电子邮件的典型发送和接收过程如下所示:,(1)发信人调用用户代理来编辑要发送的邮件。用户代理用SMTP将邮件传送给发送端邮件服务器。(2)发送端邮件服务器将邮件放入邮件缓存队列中,等待发送。(3)运行在发送端邮
16、件服务器的SMTP客户进程,发现在邮件缓存中有待发送的邮件,就向运行在接收端邮件服务器的SMTP服务器进程发起TCP连接的建立。,(4)当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。如果有多个邮件在邮件缓存中,则SMTP客户一一将它们发送到远程的SMTP服务器。当所有的待发邮件发完了,SMTP就关闭所建立的TCP连接。(5)运行在接收端邮件服务器中的SMTP服务器进程收到邮件后,将邮件放入收信人用户邮箱里,等待收信人在他方便时进行读取。(6)收信人在打算收信时,调用用户代理,使用POP3协议将自己的邮件从接收端邮件服务器的用户邮箱中取回。,SMTP(Simple
17、Mail Transfer Protocol)称为简单邮件传输协议,目标是向用户提供高效、可靠的邮件传输。SMTP的一个重要特点是它能够在传送中接力传送邮件,即邮件可以通过不同网络上的主机接力式传送。SMTP工作在两种情况下:一是电子邮件从客户机传输到服务器;二是从某一个服务器传输到另一个服务器。SMTP是个请求/响应协议,它监听25端口,用于接收用户的邮件请求,并与远端邮件服务器建立SMTP连接。,POP3(Post Office Protocol)即邮局协议,用于电子邮件的接收。它使用TCP的110端口,现在常用的是第三版,所以简称为POP3。POP3仍采用客户-服务器工作模式。当客户机需
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