計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)PPT課件-第六章 應(yīng)用層.ppt

第六章 應(yīng)用層,劉 軼 北京航空航天大學(xué) 計算機(jī)學(xué)院,本章內(nèi)容 6.1 套接字編程接口 6.2 域名系統(tǒng) dns 6.3 文件傳送協(xié)議 6.4 萬維網(wǎng)www 6.5 電子郵件,應(yīng)用層協(xié)議特點(diǎn),應(yīng)用層協(xié)議是為了解決某一類應(yīng)用問題 由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的多樣性，應(yīng)用層的協(xié)議也種類繁多 應(yīng)用層的許多協(xié)議都是基于客戶/服務(wù)器方式 客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程 客戶/服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系 客戶是服務(wù)請求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方,6.1 套接字編程接口,6.1 套接字編程接口,網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)的一部分，以應(yīng)用編程接口(apiapplication programming interface)的形式向應(yīng)用程序提供調(diào)用接口 套接字(socket)是最常用的應(yīng)用層編程接口 名稱起源于berkeley unix操作系統(tǒng) 經(jīng)典的socket編程接口采用同步調(diào)用方式(又稱阻塞式) 例：調(diào)用recv()時，調(diào)用進(jìn)程將被阻塞，直到收到數(shù)據(jù)為止 windows這種基于事件驅(qū)動的系統(tǒng)中，程序的執(zhí)行由事件驅(qū)動，需要異步事件驅(qū)動方式的套接字編程接口 microsoft推出winsock編程接口，在阻塞式調(diào)用基礎(chǔ)上，增加了異步調(diào)用方式 在阻塞式調(diào)用模式下，winsock與經(jīng)典的socket兼容,6.1 套接字編程接口,應(yīng)用進(jìn)程通過套接字接入到網(wǎng)絡(luò),應(yīng)用進(jìn)程,tcp udp,由應(yīng)用程序 控制,因特網(wǎng),由操作系統(tǒng) 控制,客戶,服務(wù)器,套接字,tcp udp,應(yīng)用進(jìn)程,套接字,6.1 套接字編程接口,調(diào)用socket()創(chuàng)建套接字,套接字描述符表 （每一個進(jìn)程一個描述符）,0： 1： 2： 3： 4：,操作系統(tǒng),套接字的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),協(xié)議族：pf_inet,服務(wù)：sock_stream,本地 ip 地址：,遠(yuǎn)地 ip 地址：,本地端口：,遠(yuǎn)地端口：,常用socket接口函數(shù),6.1 套接字編程接口,基于udp的系統(tǒng)調(diào)用流程,服務(wù)器端,socket,bind,recvfrom,sendto,close,客戶端,socket,recvfrom,sendto,close,bind,socket socket( int af, int type, int protocol );,6.1 套接字編程接口,基于tcp的系統(tǒng)調(diào)用流程,服務(wù)器端,socket,bind,listen,accept,recv,send,close,客戶端,socket,recv,send,close,connect,連接建立請求,6.2 域名系統(tǒng) dns,6.2 域名系統(tǒng) dns,一、域名系統(tǒng)概述 域名系統(tǒng)dns(domain name system)是internet使用的命名系統(tǒng) rfc 1034：domain names - concepts and facilities rfc 1035：domain names implementation and specification internet采用層次結(jié)構(gòu)的命名樹作為主機(jī)的名字，并使用分布式的域名系統(tǒng)dns 多個域名服務(wù)器上運(yùn)行專門的域名服務(wù)器程序，完成域名ip地址的解析(resolve) dns基于udp協(xié)議實(shí)現(xiàn) 應(yīng)用進(jìn)程需要進(jìn)行域名解析時，就調(diào)用域名解析程序(resolver)，它成為dns的一個客戶 向本地域名服務(wù)器發(fā)送域名解析請求(udp報文)，其中包含待解析的域名 本地域名服務(wù)器在查找域名后，返回應(yīng)答報文，其中包含對應(yīng)的ip地址,6.2 域名系統(tǒng) dns,二、internet的域名結(jié)構(gòu) internet采用層次樹狀結(jié)構(gòu)的命名方法 . 三級域名 . 二級域名 . 頂級域名 頂級域名tld(top level domain) 國家頂級域名：如: .cn 表示中國，.us 表示美國，.uk 表示英國，等等 通用頂級域名：最早的頂級域名是：,6.2 域名系統(tǒng) dns,新增的通用頂級域名,注意： 域名不區(qū)分大小寫 域名長度不超過255字符,6.2 域名系統(tǒng) dns,根,internet的域名空間,6.2 域名系統(tǒng) dns,三、域名服務(wù)器 域名服務(wù)器分為四類 根域名服務(wù)器 根域名服務(wù)器知道所有的頂級域名服務(wù)器的域名和ip地址 當(dāng)本地域名服務(wù)器無法解析域名時，就求助于根域名服務(wù)器 頂級域名服務(wù)器 負(fù)責(zé)管理在該頂級域名服務(wù)器注冊的所有二級域名 權(quán)限域名服務(wù)器 負(fù)責(zé)一個區(qū)(zone)的域名服務(wù)器 本地域名服務(wù)器 有時也稱為默認(rèn)域名服務(wù)器 域名服務(wù)器定期把數(shù)據(jù)復(fù)制到幾個域名服務(wù)器來保存，其中的一個是主域名服務(wù)器，其他的是輔助域名服務(wù)器,6.2 域名系統(tǒng) dns,三、域名服務(wù)器 樹狀結(jié)構(gòu)的 dns 域名服務(wù)器,根域名服務(wù)器,org 域名服務(wù)器,com 域名服務(wù)器,edu 域名服務(wù)器, 域名服務(wù)器,abc 公司有兩個 權(quán)限域名服務(wù)器,權(quán)限域名服務(wù)器,根域名服務(wù)器,頂級域名服務(wù)器, 域名服務(wù)器,6.2 域名系統(tǒng) dns,三、域名服務(wù)器 主機(jī)向本地域名服務(wù)器的查詢一般采用遞歸查詢 如果本地域名服務(wù)器不知道被查詢域名的ip地址，那么它就以dns客戶的身份，向根域名服務(wù)器繼續(xù)發(fā)出查詢請求報文 本地域名服務(wù)器向根域名服務(wù)器的查詢通常是采用迭代查詢 當(dāng)根域名服務(wù)器收到本地域名服務(wù)器的迭代查詢請求報文時 要么給出所要查詢的 ip 地址 要么告訴本地域名服務(wù)器下一步應(yīng)向哪一個域名服務(wù)器查詢 本地域名服務(wù)器進(jìn)行后續(xù)的查詢,6.2 域名系統(tǒng) dns,本地域名服務(wù)器采用迭代查詢,頂級域名服務(wù)器 ,權(quán)限域名服務(wù),本地域名服務(wù)器 ,根域名服務(wù)器,迭代查詢,遞歸 查詢,需要查找 的 ip 地址,域名服務(wù)端口號：53 為提高域名查詢效率，域名服務(wù)器上通常設(shè)置高速緩存,6.2 域名系統(tǒng) dns,本地域名服務(wù)器采用遞歸查詢(較少采用),頂級域名服務(wù)器 ,權(quán)限域名服務(wù),本地域名服務(wù)器 ,根域名服務(wù)器,遞歸查詢,遞歸 查詢,需要查找 的 ip 地址,6.3 文件傳送協(xié)議,6.3 文件傳送協(xié)議,rfc 959：file transfer protocol (ftp) ftp使用客戶/服務(wù)器方式 一個ftp服務(wù)器進(jìn)程可同時為多個客戶進(jìn)程提供服務(wù) ftp的服務(wù)器進(jìn)程由兩大部分組成 一個主進(jìn)程，負(fù)責(zé)接受新的請求 若干個從屬進(jìn)程，負(fù)責(zé)處理單個請求 主進(jìn)程的工作步驟 打開熟知端口(端口號為21)，使客戶進(jìn)程能夠連接上 等待客戶進(jìn)程發(fā)出連接請求 啟動從屬進(jìn)程處理客戶進(jìn)程發(fā)來的請求 從屬進(jìn)程對客戶進(jìn)程的請求處理完畢后即終止 從屬進(jìn)程在運(yùn)行期間根據(jù)需要還可能創(chuàng)建其他一些子進(jìn)程 回到等待狀態(tài)，繼續(xù)接受其他客戶進(jìn)程發(fā)來的請求 主進(jìn)程與從屬進(jìn)程的處理是并發(fā)地進(jìn)行,ftp使用2個tcp連接：控制連接和數(shù)據(jù)連接 控制連接 在整個會話期間一直保持打開 ftp客戶發(fā)出的傳送請求通過控制連接發(fā)送給服務(wù)器端的控制進(jìn)程，但控制連接不用來傳送文件 數(shù)據(jù)連接 收到ftp客戶發(fā)送來的文件傳輸請求后，服務(wù)器端的控制進(jìn)程創(chuàng)建“數(shù)據(jù)傳送進(jìn)程”和“數(shù)據(jù)連接” 數(shù)據(jù)傳送進(jìn)程實(shí)際完成文件的傳送，傳送完畢后關(guān)閉“數(shù)據(jù)傳送連接”并結(jié)束運(yùn)行,6.4 萬維網(wǎng)www,6.4 萬維網(wǎng)www,一、萬維網(wǎng)概述 www-world wide web 1989年，歐洲核子研究中心提出www 1993年，第一個瀏覽器mosaic 1995年，netscape navagitor上市 萬維網(wǎng)是分布式超媒體(hypermedia)系統(tǒng)，它是超文本(hypertext)系統(tǒng)的擴(kuò)充 要解決的幾個問題 怎樣標(biāo)識分布在整個因特網(wǎng)上的萬維網(wǎng)文檔？ -url 用什么協(xié)議實(shí)現(xiàn)萬維網(wǎng)上各種超鏈的鏈接？-http 如何存儲和表示萬維網(wǎng)文檔？-html,6.4 萬維網(wǎng)www,一、萬維網(wǎng)概述,萬維網(wǎng) 站點(diǎn) a,萬維網(wǎng) 站點(diǎn) c,萬維網(wǎng)站點(diǎn) e,萬維網(wǎng)站點(diǎn) d,萬維網(wǎng)站點(diǎn) b,搜索引擎即根據(jù)網(wǎng)頁中的鏈接在網(wǎng)絡(luò)中獲取信息,6.4 萬維網(wǎng)www,二、統(tǒng)一資源定位符url(uniform resource locator) url是對internet上資源位置和訪問方法的一種簡潔表示 url的一般形式：,:/:/,為存放資源的主機(jī)在internet中的域名 和有時可省略。使用http協(xié)議時，如省略，則使用熟知端口號80；如省略，則指主頁(home page) url不區(qū)分大小寫,6.4 萬維網(wǎng)www,三、超文本傳送協(xié)議http http-hypertext transfer protocol 基于tcp協(xié)議，是萬維網(wǎng)上可靠地交換文件的重要基礎(chǔ) http是面向事務(wù)的客戶/服務(wù)器協(xié)議 http是無狀態(tài)的(stateless) 服務(wù)器不記錄客戶端的訪問狀態(tài) 基本工作原理 web服務(wù)的熟知端口號是80，服務(wù)器通常在該端口上監(jiān)聽 客戶端需要請求某個頁面時，與服務(wù)器建立tcp鏈接，之后請求傳送文件，并進(jìn)行文件的傳送，傳送完畢后釋放tcp連接,萬維網(wǎng)的工作過程,internet,服務(wù)器 ,客戶,清華大學(xué) 院系設(shè)置,6.4 萬維網(wǎng)www,鼠標(biāo)點(diǎn)擊超鏈接后發(fā)生的事件 (1) 瀏覽器分析超鏈指向頁面的 url (2) 瀏覽器向dns請求解析 的 ip 地址 (3) 域名系統(tǒng)dns解析出清華大學(xué)web服務(wù)器的ip地址 (4) 瀏覽器與服務(wù)器建立tcp連接 (5) 瀏覽器發(fā)出取文件命令： get /chn/yxsz/index.htm (6) 服務(wù)器給出響應(yīng)，把文件index.htm發(fā)給瀏覽器 (7) tcp 連接釋放 (8) 瀏覽器顯示“清華大學(xué)院系設(shè)置”文件index.htm中的所有文本,請求一個萬維網(wǎng)文檔所需的時間,萬維網(wǎng)服務(wù)器,萬維網(wǎng)客戶,http請求報文,時間,時間,首先建立tcp連接，需3次握手 在2次握手后， 第3次握手報文的數(shù)據(jù)部分可傳送http請求報文 請求文檔所需時間 文檔傳輸時間 + 2倍rtt時間 http/1.0的主要缺點(diǎn) 每請求一個文檔都需要建立一次tcp連接 一個web頁面常常包含數(shù)量眾多的文件,6.4 萬維網(wǎng)www,三、超文本傳送協(xié)議http http/1.1協(xié)議使用持續(xù)連接(persistent connection) 服務(wù)器發(fā)送響應(yīng)后，在一段時間內(nèi)保持連接，使客戶與服務(wù)器可以繼續(xù)傳送后續(xù)的http請求報文和響應(yīng)報文 這并不局限于傳送同一個頁面上鏈接的文檔，而是只要這些文檔都在同一個服務(wù)器上就行 目前主流的瀏覽器都默認(rèn)支持http/1.1 http的報文類型：兩類報文 請求報文從客戶向服務(wù)器發(fā)送請求報文 響應(yīng)報文從服務(wù)器到客戶的回答 http是面向正文的(text-oriented)，報文中的字段都是 ascii 碼串，因而每個字段的長度都是不確定的,6.4 萬維網(wǎng)www,報文由三個部分組成，即開始行、首部行和實(shí)體主體 在請求報文中，開始行就是請求行,方法 是面向?qū)ο蠹夹g(shù)中使用的專門名詞 方法實(shí)際上就是一些命令 url：所請求的資源的url 版本：http的版本,6.4 萬維網(wǎng)www,http 請求報文的一些方法,6.4 萬維網(wǎng)www,http應(yīng)答報文的開始行是狀態(tài)行 狀態(tài)行包括三項(xiàng)內(nèi)容：http的版本、狀態(tài)碼、解釋狀態(tài)碼的簡單短語,狀態(tài)碼都是三位數(shù)字 1xx：表示通知信息的，如請求收到了或正在進(jìn)行處理 2xx：表示成功，如接受或知道了 3xx：表示重定向，表示要完成請求還必須采取進(jìn)一步的行動 4xx：表示客戶的差錯，如請求中有錯誤的語法或不能完成 5xx：表示服務(wù)器的差錯，如服務(wù)器失效無法完成請求,6.4 萬維網(wǎng)www,四、萬維網(wǎng)的文檔 html-hypertext markup language rfc 1866：hypertext markup language - 2.0 html定義了許多用于排版的命令，即標(biāo)簽(tag) 如：表示后面開始用斜體排版，表示斜體結(jié)束 html把各種標(biāo)簽嵌入到萬維網(wǎng)的頁面中，構(gòu)成html文檔 html文檔為文本格式 瀏覽器從服務(wù)器讀取 html文檔后，按照其中嵌入的各種標(biāo)簽，根據(jù)顯示器尺寸和分辨率顯示頁面 僅當(dāng) html 文檔是以.html 或 .htm 為后綴時，瀏覽器才對此文檔的各種標(biāo)簽進(jìn)行解釋, 一個 html 的例子 html 很容易掌握 這是第一個段落。雖然很 短，但它仍是一個段落。 這是第二個段落。 ,html文檔中標(biāo)簽的用法, 一個 html 的例子 html 很容易掌握 這是第一個段落。雖然很 短，但它仍是一個段落。 這是第二個段落。 ,html文檔中標(biāo)簽的用法,6.5 電子郵件,6.5 電子郵件,一、概述 發(fā)送郵件的協(xié)議：smtp rfc 2821(rfc 821)：simple mail transfer protocol rfc 2822(rfc 822)：internet message format 早期郵件只支持7bit ascii編碼，1993年提出了mime標(biāo)準(zhǔn) rfc 2045 - 2049 在郵件首部中說明了數(shù)據(jù)類型(如文本、聲音、圖像、視像等)，可在郵件中多種類型的數(shù)據(jù) 讀取郵件的協(xié)議：pop3和imap pop3-post office protocol imap-internet message access protocol,電子郵件的最主要的組成構(gòu)件,6.5 電子郵件,電子郵件系統(tǒng)的兩種實(shí)體 用戶代理ua(user agent) 是用戶與電子郵件系統(tǒng)的接口，即電子郵件客戶端軟件 用戶代理的功能：撰寫、顯示、處理和通信 郵件服務(wù)器 用于發(fā)送和接收郵件，并向發(fā)信人報告?zhèn)魉徒Y(jié)果(已交付、被拒絕、丟失等） 郵件服務(wù)器按照客戶/服務(wù)器方式工作 使用發(fā)送和讀取兩個不同的協(xié)議，即發(fā)送郵件的smtp協(xié)議和客戶端讀取郵件的pop3協(xié)議 一個郵件服務(wù)器既可以作為客戶，也可以作為服務(wù)器,6.5 電子郵件,發(fā)送電子郵件的主要步驟： 發(fā)件人運(yùn)行自己主機(jī)中的用戶代理，撰寫和編輯郵件 發(fā)件人使用用戶代理把郵件用smtp協(xié)議發(fā)給發(fā)送方郵件服務(wù)器 郵件服務(wù)器把郵件臨時存放在郵件緩存隊列中，等待發(fā)送 發(fā)送方郵件服務(wù)器處理緩存隊列中的郵件，由smtp客戶與接收方郵件服務(wù)器的smtp服務(wù)器建立tcp連接，并將郵件發(fā)送出去 運(yùn)行在接收方郵件服務(wù)器中的smtp服務(wù)器收到郵件后，把郵件放入收件人的用戶郵箱中，等待收件人讀取 收件人在收信時，運(yùn)行自己主機(jī)中的用戶代理，使用pop3(或imap)協(xié)議讀取郵件,6.5 電子郵件,二、簡單郵件傳送協(xié)議 smtp 簡介 smtp規(guī)定了兩個相互通信的smtp進(jìn)程之間應(yīng)如何交換信息 smtp使用客戶/服務(wù)器方式 負(fù)責(zé)發(fā)送郵件的smtp進(jìn)程就是smtp 客戶 負(fù)責(zé)接收郵件的smtp進(jìn)程就是smtp服務(wù)器 smtp定義了14條命令和21種應(yīng)答信息 每條命令用4個字母組成 每一種應(yīng)答信息一般只有一行信息，由一個3位數(shù)字的代碼開始，后面附上(也可不附上)簡單的文字說明 sm