計(jì)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(jì)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(wàn)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(lèi)應(yīng)用問(wèn)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(lèi)繁多 應(yīng)用層的許多協(xié)議都是基于客戶(hù)/服務(wù)器方式 客戶(hù)(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程 客戶(hù)/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(hù)是服務(wù)請(qǐng)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(chēng)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(chēng)阻塞式) 例：調(diào)用recv()時(shí)，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(dòng)的系統(tǒng)中，程序的執(zhí)行由事件驅(qū)動(dòng)，需要異步事件驅(qū)動(dòng)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(guò)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(hù),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(gè)進(jìn)程一個(gè)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(hù)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(hù)端,socket,recv,send,close,connect,連接建立請(qǐng)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(shù)作為主機(jī)的名字，并使用分布式的域名系統(tǒng)dns 多個(gè)域名服務(wù)器上運(yùn)行專(zhuān)門(mén)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(shí)，就調(diào)用域名解析程序(resolver)，它成為dns的一個(gè)客戶(hù) 向本地域名服務(wù)器發(fā)送域名解析請(qǐng)求(udp報(bào)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(bào)文，其中包含對(duì)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(shù)狀結(jié)構(gòu)的命名方法 . 三級(jí)域名 . 二級(jí)域名 . 頂級(jí)域名 頂級(jí)域名tld(top level domain) 國(guó)家頂級(jí)域名：如: .cn 表示中國(guó)，.us 表示美國(guó)，.uk 表示英國(guó)，等等 通用頂級(jí)域名：最早的頂級(jí)域名是：,6.2 域名系統(tǒng) dns,新增的通用頂級(jí)域名,注意： 域名不區(qū)分大小寫(xiě) 域名長(zhǎng)度不超過(guò)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(lèi) 根域名服務(wù)器 根域名服務(wù)器知道所有的頂級(jí)域名服務(wù)器的域名和ip地址 當(dāng)本地域名服務(wù)器無(wú)法解析域名時(shí)，就求助于根域名服務(wù)器 頂級(jí)域名服務(wù)器 負(fù)責(zé)管理在該頂級(jí)域名服務(wù)器注冊(cè)的所有二級(jí)域名 權(quán)限域名服務(wù)器 負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)(zone)的域名服務(wù)器 本地域名服務(wù)器 有時(shí)也稱(chēng)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(gè)域名服務(wù)器來(lái)保存，其中的一個(gè)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(shù)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(gè) 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(jí)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(xún)一般采用遞歸查詢(xún) 如果本地域名服務(wù)器不知道被查詢(xún)域名的ip地址，那么它就以dns客戶(hù)的身份，向根域名服務(wù)器繼續(xù)發(fā)出查詢(xún)請(qǐng)求報(bào)文 本地域名服務(wù)器向根域名服務(wù)器的查詢(xún)通常是采用迭代查詢(xún) 當(dāng)根域名服務(wù)器收到本地域名服務(wù)器的迭代查詢(xún)請(qǐng)求報(bào)文時(shí) 要么給出所要查詢(xún)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(gè)域名服務(wù)器查詢(xún) 本地域名服務(wù)器進(jìn)行后續(xù)的查詢(xún),6.2 域名系統(tǒng) dns,本地域名服務(wù)器采用迭代查詢(xún),頂級(jí)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(xún),遞歸 查詢(xún),需要查找 的 ip 地址,域名服務(wù)端口號(hào)：53 為提高域名查詢(xún)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(xún)(較少采用),頂級(jí)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(xún),遞歸 查詢(xún),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(hù)/服務(wù)器方式 一個(gè)ftp服務(wù)器進(jìn)程可同時(shí)為多個(gè)客戶(hù)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(gè)主進(jìn)程，負(fù)責(zé)接受新的請(qǐng)求 若干個(gè)從屬進(jìn)程，負(fù)責(zé)處理單個(gè)請(qǐng)求 主進(jìn)程的工作步驟 打開(kāi)熟知端口(端口號(hào)為21)，使客戶(hù)進(jìn)程能夠連接上 等待客戶(hù)進(jìn)程發(fā)出連接請(qǐng)求 啟動(dòng)從屬進(jìn)程處理客戶(hù)進(jìn)程發(fā)來(lái)的請(qǐng)求 從屬進(jìn)程對(duì)客戶(hù)進(jìn)程的請(qǐng)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(hù)進(jìn)程發(fā)來(lái)的請(qǐng)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(gè)tcp連接：控制連接和數(shù)據(jù)連接 控制連接 在整個(gè)會(huì)話(huà)期間一直保持打開(kāi) ftp客戶(hù)發(fā)出的傳送請(qǐng)求通過(guò)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(lái)傳送文件 數(shù)據(jù)連接 收到ftp客戶(hù)發(fā)送來(lái)的文件傳輸請(qǐng)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(wàn)維網(wǎng)www,6.4 萬(wàn)維網(wǎng)www,一、萬(wàn)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(gè)瀏覽器mosaic 1995年，netscape navagitor上市 萬(wàn)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(gè)問(wèn)題 怎樣標(biāo)識(shí)分布在整個(gè)因特網(wǎng)上的萬(wàn)維網(wǎng)文檔？ -url 用什么協(xié)議實(shí)現(xiàn)萬(wàn)維網(wǎng)上各種超鏈的鏈接？-http 如何存儲(chǔ)和表示萬(wàn)維網(wǎng)文檔？-html,6.4 萬(wàn)維網(wǎng)www,一、萬(wàn)維網(wǎng)概述,萬(wàn)維網(wǎng) 站點(diǎn) a,萬(wàn)維網(wǎng) 站點(diǎn) c,萬(wàn)維網(wǎng)站點(diǎn) e,萬(wàn)維網(wǎng)站點(diǎn) d,萬(wàn)維網(wǎng)站點(diǎn) b,搜索引擎即根據(jù)網(wǎng)頁(yè)中的鏈接在網(wǎng)絡(luò)中獲取信息,6.4 萬(wàn)維網(wǎng)www,二、統(tǒng)一資源定位符url(uniform resource locator) url是對(duì)internet上資源位置和訪問(wèn)方法的一種簡(jiǎn)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(shí)可省略。使用http協(xié)議時(shí)，如省略，則使用熟知端口號(hào)80；如省略，則指主頁(yè)(home page) url不區(qū)分大小寫(xiě),6.4 萬(wàn)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(wàn)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(hù)/服務(wù)器協(xié)議 http是無(wú)狀態(tài)的(stateless) 服務(wù)器不記錄客戶(hù)端的訪問(wèn)狀態(tài) 基本工作原理 web服務(wù)的熟知端口號(hào)是80，服務(wù)器通常在該端口上監(jiān)聽(tīng) 客戶(hù)端需要請(qǐng)求某個(gè)頁(yè)面時(shí)，與服務(wù)器建立tcp鏈接，之后請(qǐng)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(wàn)維網(wǎng)的工作過(guò)程,internet,服務(wù)器 ,客戶(hù),清華大學(xué) 院系設(shè)置,6.4 萬(wàn)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(yè)面的 url (2) 瀏覽器向dns請(qǐng)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(qǐng)求一個(gè)萬(wàn)維網(wǎng)文檔所需的時(shí)間,萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器,萬(wàn)維網(wǎng)客戶(hù),http請(qǐng)求報(bào)文,時(shí)間,時(shí)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(bào)文的數(shù)據(jù)部分可傳送http請(qǐng)求報(bào)文 請(qǐng)求文檔所需時(shí)間 文檔傳輸時(shí)間 + 2倍rtt時(shí)間 http/1.0的主要缺點(diǎn) 每請(qǐng)求一個(gè)文檔都需要建立一次tcp連接 一個(gè)web頁(yè)面常常包含數(shù)量眾多的文件,6.4 萬(wàn)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(shí)間內(nèi)保持連接，使客戶(hù)與服務(wù)器可以繼續(xù)傳送后續(xù)的http請(qǐng)求報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文 這并不局限于傳送同一個(gè)頁(yè)面上鏈接的文檔，而是只要這些文檔都在同一個(gè)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(bào)文類(lèi)型：兩類(lèi)報(bào)文 請(qǐng)求報(bào)文從客戶(hù)向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文 響應(yīng)報(bào)文從服務(wù)器到客戶(hù)的回答 http是面向正文的(text-oriented)，報(bào)文中的字段都是 ascii 碼串，因而每個(gè)字段的長(zhǎng)度都是不確定的,6.4 萬(wàn)維網(wǎng)www,報(bào)文由三個(gè)部分組成，即開(kāi)始行、首部行和實(shí)體主體 在請(qǐng)求報(bào)文中，開(kāi)始行就是請(qǐng)求行,方法 是面向?qū)ο蠹夹g(shù)中使用的專(zhuān)門(mén)名詞 方法實(shí)際上就是一些命令 url：所請(qǐng)求的資源的url 版本：http的版本,6.4 萬(wàn)維網(wǎng)www,http 請(qǐng)求報(bào)文的一些方法,6.4 萬(wàn)維網(wǎng)www,http應(yīng)答報(bào)文的開(kāi)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(jiǎn)單短語(yǔ),狀態(tài)碼都是三位數(shù)字 1xx：表示通知信息的，如請(qǐng)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(qǐng)求還必須采取進(jìn)一步的行動(dòng) 4xx：表示客戶(hù)的差錯(cuò)，如請(qǐng)求中有錯(cuò)誤的語(yǔ)法或不能完成 5xx：表示服務(wù)器的差錯(cuò)，如服務(wù)器失效無(wú)法完成請(qǐng)求,6.4 萬(wàn)維網(wǎng)www,四、萬(wàn)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(kāi)始用斜體排版，表示斜體結(jié)束 html把各種標(biāo)簽嵌入到萬(wàn)維網(wǎng)的頁(yè)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(yè)面 僅當(dāng) html 文檔是以.html 或 .htm 為后綴時(shí)，瀏覽器才對(duì)此文檔的各種標(biāo)簽進(jìn)行解釋, 一個(gè) html 的例子 html 很容易掌握 這是第一個(gè)段落。雖然很 短，但它仍是一個(gè)段落。 這是第二個(gè)段落。 ,html文檔中標(biāo)簽的用法, 一個(gè) html 的例子 html 很容易掌握 這是第一個(gè)段落。雖然很 短，但它仍是一個(gè)段落。 這是第二個(gè)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(shuō)明了數(shù)據(jù)類(lèi)型(如文本、聲音、圖像、視像等)，可在郵件中多種類(lèi)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(hù)代理ua(user agent) 是用戶(hù)與電子郵件系統(tǒng)的接口，即電子郵件客戶(hù)端軟件 用戶(hù)代理的功能：撰寫(xiě)、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(bào)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(hù)/服務(wù)器方式工作 使用發(fā)送和讀取兩個(gè)不同的協(xié)議，即發(fā)送郵件的smtp協(xié)議和客戶(hù)端讀取郵件的pop3協(xié)議 一個(gè)郵件服務(wù)器既可以作為客戶(hù)，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(hù)代理，撰寫(xiě)和編輯郵件 發(fā)件人使用用戶(hù)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(shí)存放在郵件緩存隊(duì)列中，等待發(fā)送 發(fā)送方郵件服務(wù)器處理緩存隊(duì)列中的郵件，由smtp客戶(hù)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(hù)郵箱中，等待收件人讀取 收件人在收信時(shí)，運(yùn)行自己主機(jī)中的用戶(hù)代理，使用pop3(或imap)協(xié)議讀取郵件,6.5 電子郵件,二、簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議 smtp 簡(jiǎn)介 smtp規(guī)定了兩個(gè)相互通信的smtp進(jìn)程之間應(yīng)如何交換信息 smtp使用客戶(hù)/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(hù) 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(gè)字母組成 每一種應(yīng)答信息一般只有一行信息，由一個(gè)3位數(shù)字的代碼開(kāi)始，后面附上(也可不附上)簡(jiǎn)單的文字說(shuō)明 sm