《计算机网络》（第8版）第六章 应用层 知识点总结
文章目录
- 1.DNS的基本概念、作用，域名服务器种类，域名查询的方式及解析过程
- 基本概念、作用
- 域名服务器种类
- 域名查询的方式及解析过程
- 2.FTP的基本概念及两个连接机制
- FTP的基本概念
- 两个连接机制
- 3.万维网的基本概念，URL的格式，HTTP连接方式、访问响应时间
- 万维网的基本概念
- URL的格式
- HTTP连接方式、访问响应时间
- HTTP/1.0
- HTTP/1.1
- HTTP/2协议
- 4.电子邮件系统的构成、协议，SMTP通信的三个阶段
- 电子邮件系统的构成
- 电子邮件系统的协议
- SMTP通信的三个阶段
- 连接建立
- 邮件传送
- 连接释放
- 5.DHCP配置过程，调用IP协议时的地址设置
- DHCP工作过程
- DHCP配置
1.DNS的基本概念、作用，域名服务器种类，域名查询的方式及解析过程
基本概念、作用
域名系统DNS(Domain Name System)是互联网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字转换为IP地址。
互联网采用层次树状结构的命名方式，采用这种方式，任何一个连接在互联网上的主机或路由器，都有一个唯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。域还可划分为子域，子域还可划分为子域的子域，这样就形成了顶级域、二级域、三级域，等等。
如:
mail.cctv.com
mail:三级域名
cctv:二级域名
com:顶级域名
原本顶级域名分为三大类:
(1)国家顶级域名nTLD
(2)通用顶级域名gTLD
(3)基础结构域名(infrastructure domain):这种顶级域名只有一个，即arpa，用于反向域名解析，因此又称反向域名。
域名服务器种类
根据域名服务器所起的作用，将域名服务器划分为一下四种不同的类型:
(1)根域名服务器(root name server):最高层次的域名服务器，所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和IP地址。根域名服务器采用**任播(anycast)**技术，当DNS客户向某个根域名服务器的IP地址发出查询报文时，互联网上的路由器就能找到离这个DNS客户最近的一个根域名服务器。
(2)顶级域名服务器(TLD 服务器):负责管理在该顶级域名服务器注册的所有耳机域名，收到DNS查询请求时，就会给出相应的回答。
(3)权限域名服务器:负责一个区的域名服务器。当一个权限域名服务器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，下一步应当找哪个权限域名服务器。
(4)本地域名服务器(local name server):当一台主机发出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。
域名查询的方式及解析过程
第一,主机向本地域名服务器的查询一般采用递归查询(recursive query)。
即如果主机询问的本地域名服务器不知道被查询域名的IP地址，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，而不是让该主机自己进行下一步的查询。故递归查询返回结果或者是要查询的IP地址，或者是报错，表示无法查询到所需的IP地址。
第二，本地域名服务器向根域名服务器的查询通常采用迭代查询(iterative query)。
迭代查询的特点为:当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的P地址，要么告诉本地域名服务器下一步向哪个域名进行后续查询。根域名服务器通常是把自己知道的顶级域名服务器的IP地址告诉本地域名服务器，让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询。顶级域名服务器再收到本地域名服务器的查询请求后，要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地域名服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询，本地域名服务器就这样进行迭代查询，最后，知道了所要解析的域名的IP地址，再把这个结果返回给发起查询的主机。
为提高DNS查询效率，并减轻根域名服务器的负荷和减少互联网上的DNS查询报文数量，在根域名服务器中广泛地使用了高速缓存。高速缓存用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录。
2.FTP的基本概念及两个连接机制
文件传送协议FTP(File Transfer Protocol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。
基于TCP的FTP和基于UDP的简单文件传送协议TFTP都是文件共享协议中的一大类，即复制整个文件，特点为:若要存取一个文件，必须先获得一个本地的文件副本。若要修改文件，只能对文件的副本进行修改，然后再将修改后的副本传回到原节点。
文件共享协议中的另一大类为联机访问(on-line access)。联机访问意味着允许多个程序同时对一个文件进行存取。和数据库系统的不同之处是用户不需要调用一个特殊的客户进程，而是由操作系统提供对远地共享文件进行访问的服务，就如同对本地文件的访问一样。这就使用户可以用远地文件作为输入和输出来运行任何应用程序，而操作系统中的文件系统则提供对共享文件的透明存取。
透明存取的优点是:将原来用于处理本地文件的应用程序用来处理远地文件时，不需要对该应用程序做明显的改动。属于文件共享协议的有网络文件系统NFS(Network File System)
FTP的基本概念
文件传送协议FTP只提供文件传送的一些基本的服务，它适用TCP可靠的运输服务，FTP的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。
FTP适用客户服务器方式。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。
主进程的工作步骤如下:
(1)打开熟知端口(端口号为21)，使客户进程能够连接上
(2)等待客户进程发出连接请求
(3)启动从属进程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。
(4)回到等待状态，继续接收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进行的。
两个连接机制
在进行文件传输时，FTP的客户和服务器之间要建立两个并行的TCP连接:“控制连接"和"数据连接”。控制连接在整个会话期间一直保持打开，FTP客户所发出的传送请求，通过控制连接发送给服务器端的控制进程，但控制连接并不用来传送文件。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。由于FTP使用了一个分离的控制连接，因此FTP的控制信息是带外(out of band)传送的。
使用两个独立的连接的主要好处是使协议更加简单和更容易实现，同时在传输文件时还可以利用控制连接对文件的传输进行控制。
3.万维网的基本概念，URL的格式，HTTP连接方式、访问响应时间
万维网的基本概念
万维网WWW(World Wide Web)是一个大规模的、联机式的信息储藏所，英文简称为Web，而不是什么特殊的计算机网络。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。
万维网是一个分布式的超媒体(htpermedia)系统,它是超文本(hypertext)系统的扩充。所谓超文本是指包含指向其他文档的链接的文本(text)。超文本是万维网的基础。
万维网以客户服务器方式工作。浏览器就是在用户主机上的万维网客户程序。万维网文档所驻留的主机则运行服务器程序，因此这台主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)。
万维网必须解决以下问题:
(1)标志分布在整个互连网上万维网文档
(2)用怎么样的协议来实现万维网上的各种链接
(3)怎样使不同作者创作的不同风格的万维网文档，都能在互联网上的各种主机上显示出来，同时使用户清楚地知道再什么地方存在着链接。
(4)怎样使用户能够很方便地找到所需的信息
为了解决第一个问题，万维网使用统一资源定位符URL(Uniform Resource Locator)标志万维网上的各种文档，并使每一个文档在整个互联网的范围内具有唯一的标识符URL。
为解决第二个问题，要使万维网客户程序与万维网服务器程序之间的交互遵守严格的协议，即超文本传送协议HTTP(HyperText Transfer Protocol)。HTTP是一个应用层协议，它适用TCP连接进行可靠的传送。
为解决第三个问题，万维网使用超文本标记语言HTML(HyperText Markuo Launguage)，使得万维网页面的设计者可以很方便地用链接从本页面的某处链接到互联网上的任何一个万维网页面，并且能够在自己的主机屏幕上将这些页面显示出来。
最后，用户可使用搜索工具在万维网上方便地查找所需的信息。
URL的格式
同一资源定位符URL是用来表示从互联网上得到的资源位置和访问这些资源的方法。URL给资源的位置提供一种抽象的识别方法，并用这种方法给资源定位。
URL的一般形式:
协议://主机名:端口/路径
(:端口通常省略)
最后的路径可能是较长的字符串(其中可包含若干斜线/),有时也不需要使用。
使用HTTP的URL
使用协议HTTP的URL最常用的形式是把":端口"省略:
http://主机名/路径
例如:
http://www.tsinghua.edu.cn
此处省略了默认端口号80 完整的是:
http://www.tsinghua.edu.cn:80
若将其路径省略，则URL就指明互联网上的某个主页(home page)。
URL的"协议"和"主机名"部分，字母不区分大小写，但"路径"中的字符有时要区分大小写。用户使用URL并非仅仅能访问万维网的页面，而且还能通过URL使用其他的联网应用程序，如FTP或USERNET新闻组等。且用户在使用这些应用程序时只需要一个程序即浏览器。
HTTP连接方式、访问响应时间
协议HTTP定义了浏览器(万维网客户进程)怎样向万维网服务器请求万维网文档，以及服务器怎样把文档传送给浏览器。从层次的角度看，HTTP是面向服务的(transaction-oriented)应用层协议，它是万维网上能可靠交换文件的重要基础。
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他发出连接请求。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相应。服务器在完成任务后，TCP连接就被释放了。在浏览器和服务器之间的交互和响应的交互，必须按照规定的格式和遵循一定的规则。这些格式和规则就是超文本传送协议HTTP.
协议HTTP是无状态的(stateless),即它不会为曾经服务过的客户留下记忆。
HTTP/1.0
从浏览器请求一个万维网文档到收到整个文档所需的时间:
用户点击鼠标链接某个万维网文档时，协议HTTP首先要和服务器建立TCP连接。这需要使用三报文握手。当建立TCP连接的三报文握手的前两个报文完成后(即经过一个RTT时间后)，万维网客户就把HTTP请求报文，作为建立TCP连接的三报文握手中的第三个报文的数据，发送给万维网，服务器收到HTTP请求报文后，就把所请求的文档作为响应返回给客户。
HTTP/1.0的主要缺点为:每请求一个文档就要有两倍RTT的开销，这种非持续连接会使得万维网服务器负担很重。
HTTP/1.1
协议HTTP/1.1较好的解决了这个问题，它使用了持续连接(persistent connection)。持续连接即万维网服务器再发送响应后仍在一段时间内保持这条连接，使同一客户和该服务器可以继续在这条连线上传送后续的HTTP请求报文和响应报文。这不局限于传送同一页面上链接的文档，而是只要这些文档都在同一服务器上都行。协议HTTP/1.1的持续连接有两种方式:非流水线方式(without pipelining)和流水线方式(with pipelining)
非流水线方式的特点:
客户在收到前一个响应后才能发出下一个请求。故在TCP连接已建立后，客户每访问一次对象都要用取一个往返时间RTT。这比非持续连接要用去两倍RTT的开销，节省了建立TCP连接所需的一个RTT时间。但非流水线方式下，服务器发送完一个对象后，其TCP连接就处于空闲状态，浪费了服务器资源。
流水线方式的特点:
客户在收到HTTP的响应报文之前就能结合发送新的请求报文。于是一个接一个的请求报文到达服务器后，服务器就可连续发出相应报文。故使用流水线方式时，可访问所有的对象只需花费一个RTT时间。流水线工作方式使TCP连接中的空闲时间减少，提高了下载文档的效率。
不同版本相比较:
HTTP/1.0 :每请求一个文档都要新增:文档传输时间、TCP连接的1个RTT、请求资源与返回的1个RTT
HTTP/1.1 非流水线:每请求一个文档都要新增:文档传输时间、请求资源与返回的1个RTT
HTTP/1.1 流水线:每请求一个文档都要新增:文档传输时间、(第一个文档需要一个请求资源与返回的1个RTT)HTTP/1.1 的第一个文档是放在TCP三次握手的确认报文中的
HTTP/1.1 的基础为TCP连接所需的1个RTT
HTTP/2协议
是协议HTTP/1.1的升级版本
(1)服务器可以并行发回相应(使用同一个TCPP连接)
(2)允许客户复用TCP连接进行多个请求
(3)把所有的报文都划分为许多较小的二进制编码的帧，并采用了新的压缩算法，不发送重复的首部字段，大大减小了首部的开销，提高了传输效率
(4)向后兼容
4.电子邮件系统的构成、协议，SMTP通信的三个阶段
电子邮件系统的构成
一个电子邮件系统应具有三个主要组成构件:
用户代理、邮件服务器、邮件发送协议(如SMTP)和邮件读取协议(如POP3)
POP3是邮件协议(Post Office Protocol)的版本3。
用户代理UA(User Agent)就是用户与电子邮件系统的接口，在大多数情况下它是允许在用户计算机中的一个程序。故用户代理又称为电子邮件客户端软件。用户代理向用户提供一个很友好的接口(主要是窗口界面)来发送和接收邮件。如:微软的Outlook Express 和我国张小龙制作的Foxmail。
用户代理至少应具有以下4个功能:
(1)撰写
(2)显示
(3)处理
(4)通信
电子邮件系统的协议
简单邮件传送协议SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)[RFC 5321]、互联网文本报文格式[RFC 5322]。通用互联网邮件扩充MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions)、邮件读取协议(如POP3和IMAP)
SMTP通信的三个阶段
三个阶段:
连接建立、邮件传送、连接释放。
连接建立
发送人的邮件送到发送方邮件服务器的邮件缓存后，SMTP客户每隔一定时间(如30分钟)对邮件缓存扫描一次。如发现有邮件，就使用SMTP的熟知端口号码25与接收方邮件服务器的SMTP服务器建立TCP连接，连接建立后，接收方SMTP服务器要发出"220 Service ready"(服务就绪)。然后SMTP客户向SMTP服务器发送HELO命令，附上发送方的主机名。SMTP服务器若有能力接收邮件，则回答:“250 OK”,表示已准备好接收。若SMTP服务器不可用，则回答"421 Service not available"(服务器不可用)。
SMTP不使用中间的邮件服务器。不管发送方和接收方的邮件服务器距离多远，以及经过多少路由器，TCP连接总在发送方和接收方这两个邮件服务器之间直接建立。当接收方邮件服务器出现故障不能工作时，发送方邮件服务器等待一段时间后再尝试和该邮件服务器建立TCP连接，而不能先找一个中间的邮件服务器建立TCP连接。
邮件传送
邮件的传送从MAIL命令开始，MAIL命令后有发件人的地址。
下面跟着一个或多个RCPT命令，取决于把同一个邮件发送给一个或多个收件人，其格式为RCPT TO:<收件人地址>。RCPT是recipient(收件人)的缩写。每发送一个RCPT命令，都应当有相应的信息从SMTP服务器返回，如"250 OK",表示指明的邮箱在接收方的系统中，或"550 NO such user here"(无此用户)，即不存在该邮箱。
RCPT命令的作用是:先弄清接收方系统是否已做好接收邮件的准备，然后才发送邮件。这是为了避免浪费通信资源，不至于发送了很长的邮件以后才知道地址错误。
连接释放
邮件发送完毕后，SMTP客户应发送QUIT命令。SMTP服务器返回的信息是"221(服务关闭)",表示SMTP同一释放TCP连接。邮件传送的全部过程即结束。
使用电子邮件的用户看不见以上的过程,这些过程由电子邮件的用户代理屏蔽了。
5.DHCP配置过程，调用IP协议时的地址设置
为了把协议软件做成通用的和便于移植的，协议软件的编写者不会把所有细节固定在源代码中。他们把写参数化。
在协议软件中给这些参数赋值的动作叫做协议配置。一个协议软件在使用之前必须是已正确配置的。具体的配置信息有哪些取决于协议栈。如，连接到互联网的计算机的配置软件需要配置的项目包括:
(1)IP地址
(2)子网掩码
(3)默认路由器的IP地址
(4)域名服务器的IP地址
用人工进行协议配置不方便且容易出错，所以应当采用自动协议配置的方法。
互连网现在广泛使用的是动态主机配置协议DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol),它提供了一种机制，称为即插即用连网(plug-and-play networking)。该机制允许一台计算机加入新的网络和IP地址不用手工参与。
DHCP工作过程
DHCP使用客户服务器方式。需要IP地址的主机在启动时就想DHCP服务器广播发送发现报文(DHCPDISCOVER)(将目的IP地址置为全1，即255.255.255.255)，这时该主机就成为DHCP客户。
本地网络上所有主机都能收到该广播报文，但只有DHCP服务器对其进行回答。DHCP服务器先从其数据库中查找该计算机的配置信息。若找到则返回找到的信息。若找不到则从服务器的IP地址池(address pool)中取一个地址分配给该计算机。DHCP服务器的回答报文叫做提供报文(DHCPOFFER),表示"提供"了IP地址等配置信息。
我们不愿在每个网络上设置一个DHCP服务器，而是保证每个网络中至少有一个DHCP中继代理(relay agent)(通常是一台路由器)，它配置了DHCP服务器的IP地址信息。当DHCP中继代理收到主机A以广播形式发送的发现报文后，就以单播形式向DHCP服务器转发此报文,并等待期回答。收到DHCP服务器回答的提供报文后，DHCP中继代理把该提供报文发回给主机A。
DHCP服务器分配给DHCP用户的IP地址是临时的，因此DHCP只能在一段有限的时间内使用这个分配到的IP地址。DHCP协议称这段时间为租用期(lease period)，这个时间由DHCP服务器自己决定。DHCP客户也可在自己发送的报文中提出对租用期的要求。
DHCP客户使用UDP端口为68,DHCP服务器使用的UDP端口为67。这两个端口均为熟知端口。
DHCP配置
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