09第九章 應用層協(xié)議

1、2003年5月 第1頁,第九章 應用層協(xié)議,1、 客戶/服務器模型2、 域名服務DNS 3、 文件傳送協(xié)議4、遠程登錄TELNET5、 電子郵件6、 萬維網(wǎng)WWW7、簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議SNMP8、DHCP,本章討論的主要內(nèi)容：,2003年5月 第2頁,應用層的特點和相關的概念,應用進程：為了解決具體的應用問題而彼此通信的進程。應用層特點規(guī)定應用進程在通信時所遵循的協(xié)議?？蓴U展性。應用進程之間

2、通信時所使用的協(xié)議有一部分是標準化的應用層協(xié)議。還有一些為了滿足特定的應用需求而制定的非標準化協(xié)議。TCP/IP體系采用了客戶服務器模式使兩個應用進程能夠進行通信?？蛻?client)和服務器(server)都是通信中所涉及的兩個應用進程。當A進程需要B進程的服務時就主動呼叫B進程，在這種情況下，A是客戶而B是服務器。也許在下一次通信中，B需要A的服務，此時，B就是客戶而A就是服務器。因此，在主要的特征就是:客戶是主叫方，服務器是被

3、叫方。,2003年5月 第3頁,一、 客戶/服務器模型（1）,基本概念客戶/服務器模型是所有網(wǎng)絡應用的基礎?？蛻?服務器分別指參與一次通信的兩個應用實體，客戶方主動地發(fā)起通信請求，服務器方被動地等待通信的建立?！笨蛻糗浖魏我粋€應用程序當需要進行遠程訪問時變?yōu)榭蛻?，這個應用程序也要完成一些本地的計算；由用戶直接調用，一個客戶完成一次會話過程；一般運行于用戶的個人機上；向服務器主動發(fā)起通信請求；可以訪問多個服務器，但一次只

4、能訪問一個；不需要特殊的硬件和復雜的操作系統(tǒng)。,2003年5月 第4頁,一、客戶/服務器模型（2）,服務器軟件是專用的提供某種服務的特權程序，可以同時處理多個遠程客戶；在系統(tǒng)啟動時被執(zhí)行，并連續(xù)運行以處理多次會話；一般運行在共享的計算機系統(tǒng)上；被動的等待遠程客戶發(fā)起通信；需要特殊的硬件和復雜的操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)在客戶和服務器之間是雙向流動的，一般是客戶發(fā)出請求，服務器給出響應。,2003年5月 第5頁,一、客戶/服務器模型（3

5、）,服務器軟件的并發(fā)性由于服務器軟件要支持多個客戶的同時訪問，它必須具備并發(fā)性。服務器軟件為每個新到的客戶創(chuàng)建一個進程或線程來處理和這個客戶的通信。服務器方傳送層實體使用客戶的源端口號和服務的端口號來確定正確的服務器軟件進程（線程）。服務器軟件的組成服務器軟件一般分為兩部分：一部分用于接受請求并創(chuàng)建新的進程或線程，另一部分用于處理實際的通信過程。,2003年5月 第6頁,客戶/服務器之間使用的傳送層協(xié)議可以是基于連接的TCP協(xié)議

6、，要求建立和釋放連接，適用于可靠的交互過程；也可以是無連接的UDP協(xié)議，適用于可靠性要求不高的或實時的交互過程；同時使用TCP和UDP的服務，有兩種服務器軟件的實現(xiàn)或服務器同時和TCP和UDP協(xié)議交互，不對客戶做限制?？蛻艉头掌鞯慕换ブС謪f(xié)議：在INTERNET中，客戶和服務器的交互通過使用TCP/IP協(xié)議棧來完成。因此，客戶和服務器所在的機器要求支持完全的協(xié)議棧?？蛻?服務器通過套接字訪問傳送層服務。,一、客戶/服務器模型（

7、4）,2003年5月 第7頁,多種服務：一臺計算機上可以運行多個服務器軟件，但是要求計算機有強大的硬件資源（服務器級別的計算機）和多任務操作系統(tǒng)（UNIX和WIN95）。服務的標識：客戶是通過服務的標識來訪問某種服務的，比如在INTERNET中，服務是用套接字地址來標識，UNIX在/etc/services文件中定義。服務器軟件啟動時將其標識通知傳送層實體。,一、客戶/服務器模型（5）,2003年5月 第8頁,二、 域名服務（1）,

8、產(chǎn)生原因32比特的IP地址難于記憶，應該使用符號地址，比如用netlab.cs.tsinghua.edu.cn表示166.111.69.241。但是，網(wǎng)絡本身是使用IP地址的，因此需要一個完成二者之間相互轉換的機制。當網(wǎng)絡規(guī)模比較小時，例如ARPANET，每臺主機只需查找一個文件，該文件中列出了主機與IP地址的對應關系。當網(wǎng)絡規(guī)模很大時，上述方法就不適用了，因此產(chǎn)生了域名系統(tǒng)DNS（Domain Name System）。DNS

9、概述域名系統(tǒng)是一個典型的客戶/服務器交互系統(tǒng)；域名系統(tǒng)是一個多層次的、基于域的命名系統(tǒng)，并使用分布式數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)這種命名機制；,2003年5月 第9頁,二、域名服務（2）,當應用程序需要進行域名解析時（從符號名到IP地址），它稱為域名系統(tǒng)的一個客戶。它向本地域名服務器發(fā)出請求（調用resolver），請求以UDP包格式發(fā)出，域名服務器找到對應的IP地址后，給出響應。當本地域名服務器無法完成域名解析，它臨時變成其上級域名服務器的客戶，遞

10、歸解析，直到該域名解析完成。RFC 1034，1035域名的結構INTERNET的頂級域名（見圖）。分為組織結構和地理結構兩種。每個域對它下面的子域和機器進行管理。DNS中，每臺計算機的名字是由“.”所分開的字符數(shù)字串所組成的。例如www.cuit.edu.cn.域名是大小寫無關的，“edu”和“EDU”相同。域名最長255個字符，每部分最長63個字符。,域名的結構,2003年5月 第11頁,二、域名服務（3）,資源記錄在

11、DNS的數(shù)據(jù)庫中用資源記錄來表示主機和子域的信息，當應用程序進行域名解析時，得到的便是域名所對應的資源記錄。域名服務器區(qū)域劃分DNS將域名空間劃分為許多無重疊的區(qū)域(zone) ，每個區(qū)域覆蓋了域名空間的一部分并設有域名服務器對這個區(qū)域的域名進行管理。每個區(qū)域有一個主域名服務器和若干個備份域名服務器，區(qū)域的邊界劃分是人工設置的，比如：edu.cn cuit.edu.cn xsc.cuit.edu.cn是三個不同的區(qū)域，分別有

12、各自的域名服務器。因特網(wǎng)的名字空間是按照機構的隸屬關系來劃分的，與物理網(wǎng)絡無關，與IP地址中的“子網(wǎng)”也無關。,2003年5月 第12頁,二、域名服務（4）,域名解析一個區(qū)域內(nèi)的機器上的應用程序進行域名解析時，首先向該區(qū)域的域名服務器發(fā)出解析請求，若查找到，則返回域名對應的資源記錄。若找不到，該域名服務器向所查找域名的頂級域的域名服務器發(fā)出解析請求，頂級域的域名服務器通過向下的層次查詢得到對應的資源記錄，返回給該域名服務器，最

13、后資源記錄被返回給發(fā)起域名解析的機器，并在該區(qū)域的域名服務器中做緩存。遞歸查詢和遞歸與迭代結合查詢（P221）,2003年5月 第13頁,二、域名服務（5）,最早的頂級域名,新增的通用頂級域名表,2003年5月 第14頁,三、文件傳送協(xié)議,三個主要的協(xié)議文件傳送協(xié)議FTP(File Transfer Protocol) 簡單文件傳送協(xié)議TFTP(Trivial File Transfer Protocol) 網(wǎng)絡文件系統(tǒng)NFS(

14、Network File System),2003年5月 第15頁,文件傳送協(xié)議（FTP),文件傳送協(xié)議FTP是Internet上使用得最廣泛的文件傳送協(xié)議。FTP的主要目的是：文件從一個主機傳送到另一個主機，而其他的應用像網(wǎng)絡文件系統(tǒng)（Network File System,NFS）是用來存取遠程文件中的數(shù)據(jù)的。FTP盡管有很多嚴格的規(guī)定。但它支持許多不同的文件類型和文件組織形式。終端用戶調用一個前端應用連到遠程系統(tǒng)，在FTP命令

15、的提示下，就可以進行不同的操作。,2003年5月 第16頁,FTP所提供的服務,2003年5月 第17頁,FTP的工作原理,FTP跟一般的應用有點不同。它在遠程和本地機器之間使用了兩個 TCP連接。一個連接用來傳送命令和控制信息，這個連接在用戶運行FTP命令時就被建立，使用服務 器上的保留端口21。一個連接用來處理文件傳送時的數(shù)據(jù)流，第二個連接被建立，在服務器上，端口20總是用于數(shù)據(jù)傳送。P222,2003年5月 第18頁,簡單

16、文件傳送協(xié)議TFTP（1）,TFTP的原理TFTP的工作很像停止等待協(xié)議。發(fā)送完一個文件塊后就等待對方的確認，確認時應指明所確認的塊編號。發(fā)完數(shù)據(jù)后在規(guī)定時間內(nèi)收不到確認就要重發(fā)數(shù)據(jù)PDU。發(fā)送確認的一方若在規(guī)定時間內(nèi)收不到下一個文件塊，也要重發(fā)確認PDU。這樣就可保證文件的傳送不致因某一個數(shù)據(jù)報的丟失而告失敗。,2003年5月 第19頁,簡單文件傳送協(xié)議TFTP的優(yōu)點是：第一，TFTP可用于UDP環(huán)境。第二，TFTP代碼所占的內(nèi)

17、存較小。簡單文件傳送協(xié)議TFTP的主要特點是：每次傳送的數(shù)據(jù)PDU中有512字節(jié)的數(shù)據(jù)，但最后一次可不足512字節(jié)；數(shù)據(jù)PDU也稱為文件塊，每個塊按序編號，從1開始。支持ASCII碼或二進制傳送?？蓪ξ募M行讀或寫。使用很簡單的首部。,簡單文件傳送協(xié)議TFTP（2）,2003年5月 第20頁,網(wǎng)絡文件系統(tǒng)NFS,1、網(wǎng)絡文件系統(tǒng)NFS的主要特點NFS允許應用進程打開一個遠地文件，并能夠在該文件的某一個特定的位置上開始讀寫

18、數(shù)據(jù)。2、遠程過程調用RPC    NFS由三個獨立的部分組成。NFS協(xié)議本身通用的遠程過程調用RPC通用的外部數(shù)據(jù)表示XDR,2003年5月 第21頁,RPC的組成,任何RPC系統(tǒng)都有一些主要的操作元素，包括：客戶主應用程序協(xié)議語言(Protocol Language)協(xié)議編譯器(Protocol Compiler)客戶存根(stub)過程服務器（存根）程序服務器過程數(shù)據(jù)

19、表示標準 目錄服務,2003年5月 第22頁,RPC的操作過程,同其他的TCP/IP應用一樣，RPC也應用了客戶/服務器模型。這里的系統(tǒng)之間的連接是應用到應用的。盡管消息是從客戶送到服務器的，但實際上是發(fā)送請求調用一個過程， RPC服務器實際上是一個“應用服務器”。,2003年5月 第23頁,外部數(shù)據(jù)表示XDR,外部數(shù)據(jù)表示XDR為編程人員提供了一種在異構機器間傳遞數(shù)據(jù)的方式，而不再要求編程人員編寫用于轉換數(shù)據(jù)表示的程序。 

20、;    XDR通過定義一種與機器無關的表示來解決數(shù)據(jù)表示的問題。在某個計算機中的一個進程可調用XDR過程，把數(shù)據(jù)的本地表示轉換為與本機器無關的表示。當數(shù)據(jù)傳送到另一臺機器后，接收程序就調用XDR過程把這個與機器無關的表示再轉換為本結點上的本地表示。     XDR的主要優(yōu)點是它把許多數(shù)據(jù)轉換任務自動化。,2003年5月 第24頁,四、遠程登錄TELNET,TELN

21、ET工作原理TELNET是一個以連機方式訪問網(wǎng)際網(wǎng)上資源的通用工具。它通過一個協(xié)商過程來支持不同的物理終端類型，從而提供了極大的靈活性。用戶首先登錄遠程主機。然后，在本地鍵入TELNET命令，后面跟上指定遠程主機的參數(shù)。 再將域名轉換成IP地址后，本地主機就通過系統(tǒng)保留的端口號 23同遠程TELNET服務器建立了一個TCP連接，同時一個shell應用程序被創(chuàng)建以支持終端用 戶。最后，數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡在兩個系統(tǒng)之間傳輸，在這一

22、點上，遠程應用在用戶看來就象在本地一樣。,2003年5月 第25頁,一個典型的TELNET會話,在一個連接中，有三個主要的數(shù)據(jù)流向： 本地終端和TELNET客戶軟件之間的數(shù)據(jù)流兩個主機之間的TCP連接；遠程主機中，TELNET服務器到外殼應用程序之間。通過將終端映射為一個邏輯（或虛擬）設備，就可以采用一致的標準，從而使用不同的終端類型進 行客戶到服務器間的數(shù)據(jù)交換。,2003年5月 第26頁,網(wǎng)絡虛擬終端（NVT）,網(wǎng)絡虛擬終端

23、(Network Virtual Terminal)是一種虛擬的終端設備。本地終端數(shù)據(jù)在送到遠程服務器之前，必須被映射（轉換到）NVT。在服務器端，服務器再將NVT序列轉化為本地格式傳給應用程序。NVT被想象為一個輸出設備，采用8比特字節(jié)數(shù)據(jù)，由7位數(shù)據(jù)加上一位標志位組成。當標志位為1時，表示這個字節(jié)是NVT命令，否則，表示這個字節(jié)為數(shù)據(jù)。NVT在通信時，NVT命令在兩個方向上互相發(fā)送，針對不同的選項，要用到兩個基本的協(xié)商模式：&

24、#160;   Will 和Will not (通告)    Do 和 Do not(請求或指示) “Will”的意思是“你是否同意我…”，“Will not”的意思是“你是否不同意我…”，“Do”的 意思是“我同意你…”，“Do not”的意思是“我不同意你…”。,2003年5月 第27頁,五、 電子郵件（1）,相關協(xié)議標準1982年ARPANET提出了RFC

25、821（傳輸協(xié)議）RFC822（消息格式）作為電子郵件協(xié)議；1984年CCITT提出了X.400建議，但是沒有得到普及。Figure體系結構和服務電子郵件系統(tǒng)由兩部分組成用戶代理：允許用戶閱讀和發(fā)送電子郵件，一般為用戶進程；消息傳輸代理：將消息從源端發(fā)送至目的端，一般為系統(tǒng)的后臺進程。,2003年5月 第28頁,五、電子郵件（2）,電子郵件系統(tǒng)提供的五大基本功能成文：指創(chuàng)建消息或回答消息的過程；傳輸：指將消息從發(fā)送者傳

26、出至接收者；報告：將消息的發(fā)送情況報告給消息發(fā)送者；顯示：使用相應的工具軟件將收到的消息顯示給接收者；處理：接收者對接收到的消息進行處理，存儲/丟棄/轉發(fā)等等。電子郵件的組成信封：接收方的信息，如名字、地址、郵件的優(yōu)先級和安全級別；信件內(nèi)容：由信頭和信體組成，信頭包含了用戶代理所需的控制信息，信體是真正的內(nèi)容。,2003年5月 第29頁,五、電子郵件（3）,用戶代理發(fā)送電子郵件email地址，例如，webmaster@w

27、ww.cuit.edu.cnmaillist，例如，students@cuit.edu.cn閱讀電子郵件用戶代理在啟動時檢查用戶的mailbox，通知用戶是否有新郵件到來。并摘要性的顯示郵件的主題、發(fā)送者及其郵件的狀態(tài)。電子郵件的擴展MIME（多用途互連網(wǎng)絡郵件擴展），增加了對圖像、聲音、視頻、可執(zhí)行文件等的支持。使用不同的編碼方法將信息轉化為ASCII字符流,2003年5月 第30頁,五、電子郵件（4）,消息傳送協(xié)議INT

28、ERNET使用簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP完成電子郵件的交換。過程如下消息傳輸代理在源端主機和目的主機的25號端口之間建立一條TCP連接，使用簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP協(xié)議進行通信；在TCP連接建立好之后，作為客戶的郵件發(fā)送方等待作為服務器的郵件接收方首先傳輸信息；服務器首先發(fā)出準備接受的SMTP消息，客戶向服務器發(fā)出HELLO消息，服務器回答以HELLO消息，雙方進入郵件傳輸狀態(tài)；,2003年5月 第31頁,五、電子郵件（5）,郵件

29、傳輸過程：客戶首先發(fā)出郵件的發(fā)信人地址（MAIL FROM），然后發(fā)出收信人的地址（RCPT TO），服務器確認收信人存在后，發(fā)出可以繼續(xù)發(fā)送的指示，客戶發(fā)送真正的消息（DATA），以‘.’作為結束；當客戶方郵件發(fā)送完之后，服務器開始發(fā)送郵件至客戶，過程同上；兩個方向的發(fā)送完成之后，釋放TCP連接（QUIT）。其它協(xié)議POP3協(xié)議：郵政局協(xié)議，用戶代理和郵箱不在同一機器上，用戶代理使用此協(xié)議將郵箱中的信件取回本地；IMAP協(xié)議

30、：交互式郵件訪問協(xié)議，收信人使用多個用戶代理訪問同一郵箱，郵件始終保持在郵箱中。加密電子郵件協(xié)議：PGP與PEM協(xié)議。,2003年5月 第32頁,六、WWW 模型、協(xié)議（1）,WWW是用于訪問遍布于INTERNET上的相互鏈接在一起的超文本的一種結構框架。歷史1989年，設計WWW的思想產(chǎn)生于CERN；1991年，第一個原型在美國的Hypertext ’91會議上展示；1993年，第一個圖形化瀏覽器，Mosaic；1994年

31、，Andreessen創(chuàng)建NETSCAPE公司，開發(fā)WEB的客戶和服務器軟件；同年，CERN和MIT共同創(chuàng)建WWW論壇，制定相關的協(xié)議標準，http://www.w3.org。,2003年5月 第33頁,六、 WWW 模型、協(xié)議（2）,用戶眼中的WEBWEB是由互相鏈接在一起的網(wǎng)頁構成的，這些網(wǎng)頁是由普通文本、超文本Hypertext，以及圖表、地圖、照片等構成的；用戶通過稱為瀏覽器的軟件來觀看網(wǎng)頁，瀏覽器取回所請求的網(wǎng)頁，解釋其

32、中所含的文本和格式命令，并正確的顯示出來；網(wǎng)頁中的文本串若指向其它的網(wǎng)頁（此指針稱為超級鏈接Hyperlink，此文本串稱為超文本），會被特別地顯示出來（加下劃線），用戶若選擇此超級鏈接，瀏覽器會將此超級鏈接所指的網(wǎng)頁取回；當超文本網(wǎng)頁中包含聲音、動畫等其它媒體時，網(wǎng)頁被稱為是超媒體的。瀏覽器一般通過外掛的幫助程序（helper application）來顯示這些超媒體信息。,2003年5月 第34頁,六、 WWW 模型、協(xié)議（3）

33、,WEB的客戶/服務器模型在每個WEB服務器上有一個服務進程在TCP的80端口上監(jiān)聽由瀏覽器發(fā)來的建立連接請求；在連接建立之后，瀏覽器和服務器之間使用超文本傳輸協(xié)議HTTP協(xié)議進行信息傳輸；超級鏈接是使用URL（統(tǒng)一資源定位符）來找到目標網(wǎng)頁的。URL由三部分組成：協(xié)議類型（HTTP、FTP、TELNET等）；網(wǎng)頁所在機器的地址（域名或IP地址）；包含網(wǎng)頁的文件名稱。瀏覽器確定URL，通過DNS解析IP地址，建立TCP連接，

34、向服務器發(fā)出HTTP的GET請求取回網(wǎng)頁，釋放連接，并顯示網(wǎng)頁中所有的文本。然后，瀏覽器逐一取回網(wǎng)頁中的圖象。,2003年5月 第35頁,六、WWW 模型、協(xié)議（4）,超文本傳輸協(xié)議HTTPHTTP協(xié)議由一套從瀏覽器發(fā)往服務器的請求和一套從服務器發(fā)往瀏覽器的響應組成。請求分為兩類簡單請求：GET網(wǎng)頁文件名，服務器回答以網(wǎng)頁內(nèi)容；完全請求：GET網(wǎng)頁文件名、協(xié)議版本號，服務器回答以使用MIME格式編碼的網(wǎng)頁內(nèi)容。超文本標記語言H

35、TMLHTML使用一套標記符號來實現(xiàn)對文本的格式化；HTML 2.0引入了對表格的支持，允許用戶填充信息并將其送回服務器。服務器方使用一個CGI程序進行處理。,2003年5月 第36頁,七、 簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議SNMP,網(wǎng)絡管理的五個功能域在OSI網(wǎng)絡管理標準中，將網(wǎng)絡管理分為系統(tǒng)管理 (管理整個OSI系統(tǒng))、層管理(只管理某個層次)和層操作(只管理某一個層次)和層操作(只對一個層次中管理通信的一個實例進行管理)。系統(tǒng)管理中的五

36、個功能域的：故障管理配置管理計費管理性能管理安全管理SNMP使用UDP傳輸層協(xié)議。在一個SNMP管理器（也被叫作客戶）和一個或多個分布式代理（agent）（也被稱為SNMP服務器）之間進行雙向的數(shù)據(jù)交換。,2003年5月 第37頁,SNMP網(wǎng)絡管理框架示意圖,圖說明了在SNMP中使用的管理器到代理的模型。這些組成部分典型地形成了一個中央網(wǎng)絡管理產(chǎn)品（如NetView/6000），這個中央網(wǎng)絡管理產(chǎn)品與各個SNMP代理進行通信

37、，而每個SNMP代理都包含在分布式網(wǎng)絡產(chǎn)品（如，調制解調器）或其他操作系統(tǒng)平臺中。在不能提高代理的情況下，一個“委托”（proxy）代理用來支持直接管理器連接之外的資源。委托代理非常類似于NetView/PC中實現(xiàn)的SNA服務點。,2003年5月 第38頁,SNMP協(xié)議報告網(wǎng)絡狀態(tài)和執(zhí)行命令,中央服務器依靠它的代理來報告網(wǎng)絡狀態(tài)的變化和執(zhí)行命令，這需要用到兩類SNMP操作： 管理器以請求-響應方式輪詢（polling）代理主動提高事

38、件報告    對于輪詢操作，隨著網(wǎng)絡中代理個數(shù)的增多，就會增加網(wǎng)絡通信和操作系統(tǒng)資源的開銷。因此，錯誤狀態(tài)的主動報告通常更為有效。     許多代理只能連到一個管理器上，而有的代理能向多個管理器報告情況。在實施管理使，要用到用戶組（團體）地概念，以便實心諸如安全性那樣的功能。,2003年5月 第39頁,動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP,提供主機 IP 地址的動態(tài)租用配置、

39、并將其他配置參數(shù)分發(fā)給合法網(wǎng)絡客戶端的 TCP/IP 服務協(xié)議。提供了安全、可靠、簡便的 TCP/IP 網(wǎng)絡配置，能避免地址沖突，并且有助于保留網(wǎng)絡上客戶端 IP 地址的使用。 使用客戶端/服務器模型，通過這種模式，服務器集中維持網(wǎng)絡上使用的 IP 地址的管理。然后，支持 的客戶端就可以向 服務器請求和租用 IP 地址，作為它們網(wǎng)絡啟動過程的一部分。運行服務器軟件的主機必須有一個固定的IP地址；,2003年5月 第40頁,,,20