计算机网络入门基础篇——应用层

Posted 2022-07-11 敲代码的xiaolang

参考视频教程：计算机网络微课堂

文章目录

• 一、应用层概述
• 二、客户—服务器方式和对等方式
• • 1.客户/服务器(Client/Server，C/S)方式
  • 2.方式对等(Peer-to-Peer，P2P)方式
• 三、动态主机配置协议DHCP
• 四、域名系统DNS
• 五、文件传送协议FTP
• 六、电子邮件
• 七、万维网WWW
• • 1.万维网文档
  • 2.超文本传输协议
  • 3.cookie

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一、应用层概述

二、客户—服务器方式和对等方式

网络应用程序运行在处于网络边缘的不同的端系统上，通过彼此间的通信来共同完成某项任务。
开发一种新的网络应用首先要考虑的问题就是网络应用程序在各种端系统上的组织方式和它们之间的关系。目前流行的主要有以下两种：

客户/服务器(Client/Server，C/S)
方式对等(Peer-to-Peer，P2P)方式

1.客户/服务器(Client/Server，C/S)方式

1.客户和服务器是指通信中所涉及的两个应用进程。
2.客户/服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
3.客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
4.服务器总是处于运行状态，并等待客户的服务请求。服务器具有固定端口号（例如HTTP服务器的默认端口号为80)，而运行服务器的主机也具有固定的IP地址。

2.方式对等(Peer-to-Peer，P2P)方式

在P2P方式中，没有固定的服务请求者和服务提供者，分布在网络边缘各端系统中的应用进程是对等的，被称为对等方。对等方相互之间直接通信，每个对等方既是服务的请求者，又是服务的提供者。

三、动态主机配置协议DHCP

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一个局域网的网络协议，指的是由服务器控制一段IP地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码。

我们应该给网络中的各主机设置怎样的网络相关配置信息才能使它们可以正常访问网络中的外部服务器？我们需要给网络中的各主机正确配置IP地址、子网掩码、默认网关DNS服务器的网络相关配置信息，例如下图是我们分别给两台主机手工配置的网络相关配置信息。

如果我们给网络中添加一台DHCP服务器，在该服务器中设置好可为网络中其他各主机配置的网络配置信息。网络中各主机开机后自动启动DHCP程序，向DHCP服务器请求自己的网络配置信息，这样网络中的各主机就都可以从DHCP服务器自动获取网络配置信息，而不用手工参与。

我们看下面这个例子：
DHCP使用客户服务器方式在DHCP服务器上运行DHCP服务器进程，也可简称为DHCP服务器，在用户主机上运行DHCP客户进程，也可简称为DHCP客户。DHCP服务器使用的UDP端口是67，DHCP客户使用的UDP端口是68，这两个UDP端口都是熟知端口。

当启用主机的DHCP后，DHCP客户将广播发送DHCP发现报文，封装该报文的IP数据报的原IP地址为0.0.0.0，这是因为主机目前还未分配到IP地址，因此使用该地址来代替，目的IP地址为广播地址255.255.255.255。对于DHCP客户，其应用层没有监听该UDP用户数据报的目的端口67的进程，也就是DHCP服务器进程，因此无法交付DHCP发现报文，只能丢弃；而对于DHCP服务器，其应用层始终运行着DHCP服务器进程，因此会接受该DHCP发现报文并作出响应。

DHCP报文的格式比较复杂，对于DHCP发现报文，我们只需要知道其内部封装有事物ID和DHCP客户端的MAC地址即可。

DHCP服务器收到DHCP发现报文后，根据其中封装的DHCP客户端的MAC地址来查找自己的数据库，看是否有针对该MAC地址的配置信息，如果有，则使用这些配置信息来构建并发送DHCP提供报文；如果没有，则采用默认配置信息来构建并发送DHCP提供报文。对于DHCP服务器，其应用层没有监听该UDP用户数据报目的端口68的进程，也就是DHCP客户进程，因此无法交付DHCP提供报文，只能丢弃；而对于DHCP客户，其应用层运行着DHCP客户进程，因此会接受该DHCP提供报文并作出相应处理。

DHCP客户会根据DHCP提供报文中的事物ID来判断该报文是否是自己所请求的报文，如果该事物ID与自己之前发送的DHCP发现报文中封装的事物ID相等，要表明这是自己所请求的报文，就可以接受该报文；否则就丢弃该报文。

DHCP请求报文装封有事物ID、DHCP客户端的MAC地址、接受的租约中的IP地址、提供此租约的DHCP服务器端的IP地址等信息。


综上所述，下面分别是DHCP客户寻找DHCP服务器、DHCP服务器向DHCP客户提供IP地址租用、DHCP客户接受IP地址租约、DHCP服务器确认IP地址租约、DHCP客户进行IP地址续约、DHCP客户可以随时解除IP地址租约各部分。

DHCP服务器在给DHCP客户挑选IP地址时使用ARP来确保所挑选的IP地址未被网络中其他主机占用，而DHCP客户在使用所租用的IP地址之前也会使用ARP来检测该IP地址是否已被网络中其他主机占用。

思考一下该网络中的各主机是否可以通过DHCP来自动获取到网络配置信息呢？

答案是否定的。原因很简单，该网络中的主机广播发送DHCP发现报文，但该广播报文不会被路由器转发，而是丢弃。
解决方法是给该路由器配置DHCP服务器的IP地址，并使之成为DHCP中继代理，这样该网络中的各主机就可以通过DHCP来自动获取到网络配置信息了。当该路由器收到广播的DHCP发现报文后，会将其单播转发给DHCP服务器。

四、域名系统DNS

域名系统是互联网的一项服务。它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。DNS使用UDP端口53。当前，对于每一级域名长度的限制是63个字符，域名总长度则不能超过253个字符。

域名系统DNS的作用

因特网是否可以只使用一台DNS服务器?

域名解析的过程

五、文件传送协议FTP

FTP允许用户以文件操作的方式与另一主机相互通信。然而， 用户并不真正登录到自己想要存取的计算机上面而成为完全用户， 可用FTP程序访问远程资源， 实现用户往返传输文件、目录管理以及访问电子邮件等等， 即使双方计算机可能配有不同的操作系统和文件存储方式。

FTP 是基于客户/服务器（C/S）模型而设计的，在客户端与 FTP 服务器之间建立两个连接。

FTP的常见用途：一个是在计算机之间传输文件，尤其是用于批量传输文件；另一个常见用途是让网站设计者将构成网站内容的大量文件批量上传到他们的Web服务器。

六、电子邮件

简单邮件传送协议SMTP



基于万维网的电子邮件
通过浏览器登录(提供用户名和口令）邮件服务器万维网网站就可以撰写、收发、阅读和管理电子邮件。这种工作模式与IMAP很类似，不同的是用户计算机无需安装专门的用户代理程序，只需要使用通用的万维网浏览器。
邮件服务器网站通常都提供非常强大和方便的邮件管理功能，用户可以在邮件服务器网站上管理和处理自己的邮件，而不需要将邮件下载到本地进行管理。

七、万维网WWW

万维网WWW (World Wide Web）并非某种特殊的计算机网络。它是一个大规模的、联机式的信息储藏所，是运行在因特网上的一个分布式应用。
万维网利用网页之间的超链接将不同网站的网页链接成一张逻辑上的信息网。
万维网是欧洲粒子物理实验室的Tim Berners-Lee最初于1989年3月提出的。
浏览器最重要的部分是渲染引擎，也就是浏览器内核，负责对网页内容进行解析和显示。
万维网使用统一资源定位符URL来指明因特网上任何种类“资源”的位置。其一般形式为：<协议>://<主机>:<端口>/<路径>。

1.万维网文档

超文本标记语言html，使用多种“标签”来描述网页的结构和内容。(网页扩展名为.html)

层叠样式表CSS，从审美角度来描述网页的样式。(文件扩展名为.CSS)

脚本语言javascript，控制网页的行为。(文件扩展名为.js)

2.超文本传输协议

3.cookie

Cookie提供了一种机制使得万维网服务器能够“记住”用户，而无需用户主动提供用户标识信息。也就是说，Cookie是一种对无状态的HTTP进行状态化的技术。
在万维网中还可以使用缓存机制以提高万维网的效率。万维网缓存又称为Web缓存，可位于客户机，也可位于中间系统上，位于中间系统上的Web缓存又称为代理服务器。

链接: 湖南科技大学《计算机网络》配套课件（PDF版）