6 应用层

6.1 网络应用模型

6.1.1 客户\服务器（Customer/Server）模型

总是打开的主机：服务器，工作流层：

处于接受请求的状态；
客户机发出服务请求，等待接收结果；
服务器收到请求，分析并处理。

客户程序必须知道服务器的地址，客户机上一般不需特殊硬件和操作系统，服务器必须有特定程序。服务器不必知道客户程序地址。

客户/服务器模型的主要特征：

客户是服务请求方，服务器是服务提供方。如web应用、FTP、远程登录、电子邮件。
网络中各计算机地位不平等，服务器可以管理权限
客户机相互不直接通信
可扩展性不佳

6.1.2 P2P模型

服务器性能好坏决定了整个系统的性能，大量用户请求服务，则服务器出现瓶颈。P2P的思想是整个网络中的传输内容不再被保存在中心服务器上，每个结点同时具有下载、上传功能，权利和义务大致对等。

P2P中计算机没有固定的客户机和服务器划分，任意两方称为对等方（Peer）直接相互通信。

特点在于：

减轻服务器压力
多个客户机之间直接共享
可扩展性好
网络健壮

缺点：对于单个机器资源开销大，占用总网络流量大，被ISP反对。

6.2 DNS系统

域名系统DNS(Domain Name System)是因特网的明明系统，用于将易于记忆的主机名转为IP地址。运行在UDP上，使用53端口。

分为3部分：

层次域名空间
域名服务器
解析器

6.2.1 层次域名空间

任何主机或路由器都有一个唯一的层次结构名，即域名（Domain Name）。

域：名字空间中一个被管理的划分。还可以划分为子域、子域的子域等，形成顶级域、二级域、三级域等。每个域由标号序列组成，标号之间用.隔开。如www.baidu.com，从后往前依次为顶级域名、二级域名、三级域名。

特点：

英文不分大小写
标号中只能使用连字符-，不能用其他特殊符号
每个标号不超过63个字符
级别低的域名在左边

顶级域名分类：

国家级nTLD，如cn、hk、jp
通用gTLD，如gov，com，net，org
基础结构域名：只有一个，arpa，用于反向域名解析

6.2.2 域名服务器

域名到IP的解析是由域名服务器上的程序完成的。一个服务器有权限管辖的范围是“区”（而不是“域”），一个区中各节点必须联通。每个区有自己的权限域名服务器保存这个域中所有的映射。此外还需要有连到其他服务器的信息，以便不能解析时知道应该去哪找另一个域名服务器。

1. 根域名服务器

最高层次，知道所有顶级域名服务器的IP，总共有13个（ipv4），都是服务器集群。

2. 顶级域名服务器

管理在特定顶级域名服务器注册的所有二级域名。当收到DNS查询请求，给出相应请求。

3. 授权域名服务器（权限域名服务器）

每一个主机必须在该服务器上登记，来保证更可靠的工作。一个主机最好有至少两个。域名服务器也可以同时充当本地域名服务器和授权域名服务器。总是能够将其管辖的主机名转为IP地址。

4. 本地域名服务器：每一个ISP或组织都可拥有本地域名服务器。主机发出的DNS查询请求首先发送给该本地域名服务器。

6.2.3 域名解析过程

正向解析：域名到IP；反向解析：IP到域名。

客户端需要进行解析，通过本机DNS客户端发送UDP报文到本地域名服务器进行递归查询或递归迭代结合查询方式。前者开销过大。

主机向本地域名服务器的查询：递归查询
本地主机询问的域名服务器不知道IP，则交给根域名服务器继续发送查询请求报文（替换主机查询）
本地区域名服务器向根域名服务器的查询：迭代查询
根域名服务器收到本地域名服务器的迭代请求报文，给出IP地址或告诉本地域名服务器应该向下一个顶级域名服务器进行查询。

实例：

客户机想本地域名服务器发送DNS请求报文
本地服务器收到请求查询本地缓存，没有则向根域名服务器发送请求
根域名服务器收到请求，判断该域名属于.com域，将对应顶级域名服务器IP发给本地域名服务器
本地域名服务器向顶级域名服务器dns.com发送解析请求报文
顶级域名服务器dns.com收到请求，判断域名属于的xxx.com域，将对应的授权域名服务器dns.xxx.com的IP返回给本地域名服务器。
本地域名服务器向授权域名服务器发起解析请求报文
授权域名服务器dns.xxx.com收到请求将查询结果返回本地域名服务器
本地域名服务器将内容保存到本地缓存，并返回给客户机。

域名服务器中使用高速缓存，因此一段时间后会丢失之前的信息。

6.3 文件传输协议FTP

6.3.1 FTP工作原理

提供交互式访问允许客户指明文件类型和格式，允许文件具有存取权限。屏蔽了计算机系统的细节，适合在异构网络中传送。

提供的功能：

提供不同种类主机系统之间的文件传输能力
以用户权限管理方式提供用户对远程FTP服务器文件的管理能力
以匿名FTP的方式提供公用文件共享的能力

使用TCP提供可靠传输服务。一个FTP服务器进程可为多个客户进程服务。工作步骤：

打开控制端口21，保证客户连接上
等待客户请求
启动从属进程处理客户请求，主进程和从属进程并发进行
回到等待状态

6.3.2 控制连接和数据连接

FTP工作时的两个并行TCP连接：控制连接、数据连接。

1. 控制连接

服务器监听21端口等待客户链接。建立在这个端口的连接称为控制连接，控制连接用来传输控制信息（连接请求、传送请求等），控制信息以7位ASCII格式传送，不用于传送文件。传输文件时依然保持打开并传输命令。

2. 数据连接

服务器端的控制进程收到客户端发来的传输请求，创建数据传送进程和数据连接，数据连接用来连接客户端和服务器的数据传送进程。完成实际的文件传送，并在传送结束后关闭数据传送链接。

控制连接是分离的，因此称FTP的控制信息为带外（out-of-band）。若要修改服务器文件，则应该先将文件传到本地主机，修改后将副本传送到服务器。网络文件系统（NFS）允许进程打开一个远程文件，并在某个特定位置开始读写数据，实现断点续传。

6.4 电子邮件

6.4.1 电子邮件系统的组成结构

是一种异步通信。包含三个最重要的组成结构：

用户代理（user agent)
是用户和电子邮件系统的接口。至少具有撰写、显示、处理功能。通常就是一个PC上的程序，如Outlook
邮件服务器
电子邮件系统的核心，收发邮件并报告传送情况。
协议（SMTP、POP3、IMAP等）
SMTP属于发送协议，采用“Push”；POP3属于读取协议，采用“Pull”。

电子邮件收发过程：

发信人调用用户代理，撰写和编辑邮件。用户代理使用SMTP将邮件传送给邮件服务器
发送方邮件服务器将邮件放入邮件缓存队列，等待发送
运行在发送方服务器的SMTP客户进程发现邮件缓存中有带发送的邮件，则向运行在接收方邮件服务器的SMTP服务器进程发起建立TCP
TCP建立后进行发送，发送完毕后关闭连接
运行在接收方邮件服务器的SMTP服务器进程收到邮件，放入收信人的用户邮箱，等待读取。
收信人调用用户代理，使用POP3或IMAP将自己的邮件从接收方服务器的用户邮箱取回。

6.4.2 电子邮件格式、MIME

1.电子邮件格式

RFC 822 规定了邮件的首部格式，内容由用户自定。

首部关键字有：

From：发送方地址
To：必须，一个或多个收件人
Subject：可选，邮件主题

2.MIME（多用途网际邮件扩充， Multipurpose Internet Mail Extensions）

SMTP只能传送ASCII，对于其他语言需要进行扩充，是SMTP的上层协议，即MIME邮件可在SMTP中传送。有三部分：

5个新的邮件首部字段，包括MIME版本、内容描述、内容标识、内容传送编码、内容类型。
邮件内容格式的标准化
传送编码，保证内容格式转换，不会被邮件系统改变

6.4.3 SMTP和POP3

1.SMTP

TCP连接，端口25。三个阶段如下：

建立连接
SMTP客户每隔一段时间对邮件缓存进行扫描，发现邮件则使用25端口和服务器建立TCP连接，接收方SMTP服务器发出 220 service ready ，客户向服务器发送HELO或EHLO命令，附上发送方主机名。
邮件传送
此时发送方的MAIL命令后才有发送方的地址，格式为：MAIL FROM: <发件人地址>。当SMTP准备好接收，则回答250 OK，客户端发送多个RCPT（recipient），格式为：RCPT TO: <收件人地址> 每发送一个RCPT都应该有相应信息从SMTP返回，如250 OK或505 No such user here 客户端之后使用DATA命令表示开始传输邮件内容。正常情况：服务器返回354 Start mail input: end with <CRLF>.<CRLF>，<CRLF>是回车换行。用<CRLF>.<CRLF>表示邮件内容结束。
连接释放
SMTP客户发送QUIT，服务器返回221表示同意释放。

2.POP3

邮局协议（Post Office Protocol，POP）简单而功能有限，使用Pull的方式，每当用户需要读取时，用户代理才向服务器发出请求。使用110端口，和TCP协议。

两种工作方式：

下载并保留
下载并删除

不同xxx.com的电子邮件服务器之间是通过HTTP协议，而不同邮件服务器之间才使用SMTP。