应用层

20岁爱吃必胜客

发布于 2022-11-12 17:47:53

1.4K0

发布于 2022-11-12 17:47:53

文章被收录于专栏：进步集

应用层位于运输层之上，主要功能为通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。

文章目录 1、应用层概述 2、网络应用模型 2.1 C/S模型 2.2 P2P模型 3、DNS系统 3.1 域名 3.2 域名服务器 3.3 域名解析过程 4、文件传输协议FTP 4.1 FTP工作原理 5、电子邮件 5.1 电子邮件系统的组成结构 5.2 SMTP协议 5.3 POP3协议、IMAP协议 6、万维网和HTTP协议 6.1 万维网概述 6.2 超文本传输协议HTTP

1、应用层概述

应用层对应用程序的通信提供服务。

应用层的功能:

文件传输、访问和管理（FTP） 电子邮件（SMTP、POP3） 虚拟终端（HTTP） 查询服务和远程作业登录

2、网络应用模型

2.1 C/S模型 2.2 P2P模型

4.1 FTP工作原理

用户首先要登录 ftp地址+用户名&密码或匿名登陆

控制连接始终保持，数据连接不是始终保持

是否使用TCP 20端口建立数据连接与传输模式有关

主动方式使用TCP 20端口

被动方式由服务器和客户端自行协商决定(端口>1024)

FTP传输模式：

文本模式: ASCII模式，以文本序列传输数据; 二进制模式: Binary模式，以二进制序列传输数据。

5、电子邮件 5

.1 电子邮件系统的组成结构

在这里插入图片描述

1、SMTP介绍基本概念 SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）即简单邮件传输协议,它是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，由它来控制信件的中转方式。SMTP协议属于TCP/IP协议簇，它帮助每台计算机在发送或中转信件时找到下一个目的地。通过SMTP协议所指定的服务器,就可以把E-mail寄到收信人的服务器上了，整个过程只要几分钟。SMTP服务器则是遵循SMTP协议的发送邮件服务器，用来发送或中转发出的电子邮件。SMTP 是一种TCP协议支持的提供可靠且有效电子邮件传输的应用层协议。

工作过程首先，运行在发送端邮件服务器主机上的SMTP客户，发起建立一个到运行在接收端邮件服务器主机上的 SMTP服务器端口号25之间的TCP连接。如果接收邮件服务器当前不在工作，SMTP客户就等待一段时间后再尝试建立该连接。

5.2 SMTP协议

SMTP规定了在两个相互通信的SMTP进程之间应如何交换信息。负责发送邮件的SMTP进程就是SMTP客户，负责接收邮件的进程就是SMTP服务器。 SMTP规定了14条命令(几个字母)和21种应答信息(三位数字代码+简单文字说明)。 TCP连接、端口号25、C/S SMTP通信的三个阶段

连接建立:

每隔一段时间对服务器里的邮件缓存进行扫描,如果有要发送的文件,使用SMTP协议与接收方服务器建立端口号为25的TCP连接接收方发送 “220 Service ready"表明连接已经建立好了发送方会发送一个"HELLO"命令,并附上发送方的主机名接收方若有能力接收邮件，回答“250 OK”,否则，回答“421 Service not available 邮件发送(A表示发送方,B表示接收方)：

A: MAIL FROM: wangdao@163.com B: 250 OK/B:451 (452或500…) SMTP服务器是否已经准备好接收邮件 A: RCPT TO:mooc@163.com 可以有多个RCPT命令 B: 250 OK /B: 550 No such user here SMTP服务器确定是否有这个用户 A: DATA 要开始传输邮件的内容了 B: 354 start mail input; end with . SMTP服务器同意传输 A: Date… 开始传输邮件内容 B: 250 OK 接收结束连接释放：连接释放邮件发完， SMTP客户发送QUIT命令，SMTP服务器返回“221” ，表示同意释放TCP连接。

SMTP的缺点: SMTP不能传送可执行文件或者其他二进制对象。 SMTP仅限于传送7位ASCII码，不能传送其他非英语国家的文字。 SMTP服务器会拒绝超过一定长度的邮件。 通过因特网邮件扩充(MIME):使电子邮件系统可以支持声音、图像、视频、多种国家语言等等。

5.3 POP3协议、IMAP协议 POP3使用TCP连接,端口号110,C/S模式

 POP3工作方式:下载并保留、下载并删除

IMAP协议:IMAP协议比POP协议复杂。当用户PC上的IMAP客户程序打开IMAP服务器的邮箱时，用户可以看到邮箱的首部，若用户需要打开某个邮件，该邮件才上传到用户的计算机上。

基于万维网的电子邮件

6、万维网和HTTP协议 6.1 万维网概述万维网www (World Wide Web)是一个大规模的、联机式的信息储藏所/资料空间，是无数个网络站点和网页的集合。

统一资源定位符URL：用来唯一标识每一个资源

 URL一般形式:<协议>://<主机>:<端口>/<路径>

URL不区分大小写

 用户通过点击超链接获取资源，这些资源通过超文本传输协议(HTTP) 传送给使用者。

万维网以客户/服务器方式工作，用户使用的浏览器就是万维网客户程序，万维网文档所驻留的主机运行服务器程序。

6.2 超文本传输协议HTTP

用户使用URL访问资源的具体过程：

浏览器分析URL 浏览器向DNS请求解析IP地址 DNS解析出IP地址浏览器与服务器建立TCP连接浏览器发出取文件命令服务器响应释放TCP连接浏览器显示 HTTP协议的特点：

HTTP协议是无状态的。 Cookie是存储在用户主机中的文本文件，记录一段时间内某用户(使用识别码识别，如“123456”)的访问记录。 HTTP采用TCP作为运输层协议，但HTTP协议本身是无连接的(通信双方在交换HTTP报文之前不需要先建立HTTP连接) HTTP的连接方式：持久连接（非流水线、流水线）和非持久连接 HTTP的连接方式

非持久连接

持久连接

HTTP的报文格式

HTTP报文分为请求报文和响应报文

 HTTP报文是面向文本的，因此在报文中的每一个字段都是一些ASCII码串。

状态码

1xx表示通知信息的，如请求收到了或正在处理。 2xx表示成功，如接受或知道了。 3xx表示重定向，如要完成请求还必须采取进一步的行动。 4xx表示客户的差错，如请求中有错误的语法或不能完成。 5xx表示服务器的差错，如服务器失效无法完成请求。 ———————————————— 版权声明：本文为CSDN博主「LFuser.」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。原文链接：https://blog.csdn.net/qq_41596568/article/details/105855644

SMTP简单通讯过程

通过telnet程序来测试一个SMTP服务器，并进行简单说明，如下所示：

$telnet smtp.example.com 25 < ------------------------- 进行了tcp连接

220 smtp.example.com ESMTP Service(Lotus Domino Release 8.5.3FP6) ready a

t Thu, 23 Jul 2015 20:48:17 +0800

HELO zjf <------------------------- HELO命令标记自己的身份

250 smtp.example.com Hello zjf([10.10.34.22]), pleased to meet you

auth login <------------------------- 进行身份认证

334 VXNlcm5hbWU6

base64加密后的用户名

334 UGFzc3dvcmQ6

base64加密后的密码

235 Authentication successful

mail from:xxx@example.com < ------------------------- 说明发件人邮箱

250 xxx@example.com… SenderOK

rcpt to:yyy@example.com < ------------------------- (确认接收方是否已做好准备，防止邮件发送了，却发现无此人，或空间不足等造成资源浪费)

250 yyy@example.com…Recipient OK

DATA <------------------------- 表示开始传送邮件的内容

354 Please start mail input.

<邮件内容>

. <------------------------- 两个回车换行中间用一个点隔开表示邮件内容结束

250 Mail queued for delivery. <------------------------- 邮件放入了发送服务器队列

quit <------------------------- 退出

221 Closing connection. Good bye.

说明：

1、25端口是SMTP的标准服务端口，数据不经过加密处理，以明文方式发送。

当然也支持加密方式SSL/TLS，另有些发送邮箱服务器支持STARTTLS协议。下图是他们之间的区别（并没有详细描述中间的交互过程）

需要注意的是：

1）不加密默认使用25端口；如明确使用SSL/TLS加密，则使用465端口

2）在启用STARTTLS协议的时候，使用25端口较好，虽然587主要是针对STARTTLS协议的，但支持该协议的并不一定开放该端口，如网易邮箱。

3） STARTTLS协议不是说只能用TLS加密，也可以使用SSL加密。

————————————————

DNS协议

我们之前已经了解过ARP协议。如果说ARP协议是用来将IP地址转换为MAC地址，那么DNS协议则是用来将域名转换为IP地址（也可以将IP地址转换为相应的域名地址）。我们都知道，TCP/IP中使用的是IP地址和端口号来确定网络上某一台主机上的某一个程序，不免有人有疑问，为什么不用域名来直接进行通信呢？

因为IP地址是固定长度的，IPv4是32位，IPv6是128位，而域名是变长的，不便于计算机处理。
IP地址对于用户来说不方便记忆，但域名便于用户使用，例如www.baidu.com这是百度的域名。总结一点就是IP地址是面向主机的，而域名则是面向用户的。 hosts文件域名和IP的对应关系保存在一个叫hosts文件中。最初，通过互联网信息中心来管理这个文件，如果有一个新的计算机想接入网络，或者某个计算IP变更都需要到信息中心申请变更hosts文件。其他计算机也需要定期更新，才能上网。但是这样太麻烦了，就出现了DNS系统。

DNS系统一个组织的系统管理机构, 维护系统内的每个主机的IP和主机名的对应关系如果新计算机接入网络，将这个信息注册到数据库中用户输入域名的时候，会自动查询DNS服务器，由DNS服务器检索数据库，得到对应的IP地址我们可以通过命令查看自己的hosts文件：

在域名解析的过程中仍然会优先查找hosts文件的内容。 DNS理论知识一、DNS域名结构 1、域名的层次结构域名系统必须要保持唯一性。为了达到唯一性的目的，因特网在命名的时候采用了层次结构的命名方法：

每一个域名（本文只讨论英文域名）都是一个标号序列（labels），用字母（A-Z，a-z，大小写等价）、数字（0-9）和连接符（-）组成
标号序列总长度不能超过255个字符，它由点号分割成一个个的标号（label）
每个标号应该在63个字符之内，每个标号都可以看成一个层次的域名。
级别最低的域名写在左边，级别最高的域名写在右边。域名服务主要是基于UDP实现的，服务器的端口号为53。

三、域名解析过程域名解析总体可分为一下过程： (1) 输入域名后, 先查找自己主机对应的域名服务器，域名服务器先查找自己的数据库中的数据. (2) 如果没有，就向上级域名服务器进行查找，依次类推 (3) 最多回溯到根域名服务器, 肯定能找到这个域名的IP地址 (4) 域名服务器自身也会进行一些缓存，把曾经访问过的域名和对应的IP地址缓存起来, 可以加速查找过程具体可描述如下：

主机先向本地域名服务器进行递归查询
本地域名服务器采用迭代查询，向一个根域名服务器进行查询
根域名服务器告诉本地域名服务器，下一次应该查询的顶级域名服务器的IP地址
本地域名服务器向顶级域名服务器进行查询
顶级域名服务器告诉本地域名服务器，下一步查询权限服务器的IP地址
本地域名服务器向权限服务器进行查询
权限服务器告诉本地域名服务器所查询的主机的IP地址
本地域名服务器最后把查询结果告诉主机如图所示：

上文我们提出了两个概念：递归查询和迭代查询

（1）递归查询：本机向本地域名服务器发出一次查询请求，就静待最终的结果。如果本地域名服务器无法解析，自己会以DNS客户机的身份向其它域名服务器查询，直到得到最终的IP地址告诉本机（2）迭代查询：本地域名服务一、主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。

    所谓递归查询就是：如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询的域名的IP地址，那么本地域名服务器就以DNS客户的身份，

    向其它根域名服务器继续发出查询请求报文(即替主机继续查询)，而不是让主机自己进行下一步查询。

    因此，递归查询返回的查询结果或者是所要查询的IP地址，或者是报错，表示无法查询到所需的IP地址。

二、本地域名服务器向根域名服务器的查询

的迭代查询。

   迭代查询的特点：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IP地址，要么告诉本地服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。**

    然后让本地服务器进行后续的查询。**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。**

    **顶级域名服务器在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，要么告诉本地服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询。**

    最后，知道了所要解析的IP地址或报错，然后把这个结果返回给发起查询的主机