计算机网络 第六章 应用层

应用层协议只是网络应用的一部分

• 域名系统 DNS
• 万维网和 HTTP 协议
• 电子邮件的发送过程
• 动态主机配置协议 DHCP
• 网络管理的三个组成部分
• 系统调用和系统应用编程接口
• P2P 文件系统

6.1 域名系统 DNS

域名系统 DNS 是互联网使用的命名系统，核心作用是将人们易记的机器域名转换为网络可识别的 IP 地址。人们通常将运行域名服务器程序的机器，统称为域名服务器。

6.1.2 互联网的域名结构

域名采用层级结构，分为三级域名、二级域名、顶级域名，示例：mail.cctv.com

DNS 统一规定：每一个域名标号不超过 63 个字符，域名不区分大小写字母，CCTV 与 cctv 视为等效域名。

顶级域名分类

1. 国家顶级域名：代表不同国家 / 地区，如 cn（中国）、us（美国）、uk（英国）
2. 通用顶级域名：通用行业及机构域名，如 com、net、org、int、edu、gov、mil
3. 基础结构域名：仅 arpa，用于网络反向解析

常用二级域名

ac、com、edu、gov、mil、net、org

域名树结构

整体为层级树形结构，从上至下依次为：根域名→顶级域名→二级域名→三级域名

6.1.3 域名服务器

域名服务器所管辖的域名范围，称为区，每个区会配置专属的权限域名服务器。

域名服务器四大类型

1. 根域名服务器：全网核心、最重要的域名服务器
2. 顶级域名服务器：负责对应顶级域名下的域名解析
3. 权限域名服务器：负责本区域名的权威解析
4. 本地域名服务器：用户设备默认接入的域名解析服务器

域名服务器还分为主域名服务器 （主服务、可修改配置）和辅助域名服务器（备份服务、同步主服务器数据）

本地域名服务器解析方式

1. 递归查询：服务器全程代为查询，直接返回最终结果
2. 迭代查询：服务器逐级返回查询地址，客户端自行逐级查询

为大幅提升 DNS 查询效率，所有域名服务器均配置高速缓存，缓存已解析的域名与 IP 对应关系。

6.2 文件传送协议

6.2.1 FTP 概述

文件传输协议 FTP 支持交互式访问，可自定义文件类型、格式，同时支持文件存取权限控制。分为两类传输协议：

• 基于 TCP 的 FTP：功能完整、可靠传输
• 基于 UDP 的 TFTP：轻量简易传输

文件传输核心特点：可复制完整文件，存取文件时优先获取本地文件副本。

文件访问两种方式

1. 联机访问：支持多个程序同时存取同一文件
2. 共享文件透明存取：由操作系统文件系统提供支撑

常见文件共享协议：NFS（网络文件系统）

6.2.2 FTP 基本工作原理

FTP 全程采用客户 / 服务器工作方式。FTP 服务器包含两类进程：

1. 主进程：监听端口、接收用户连接请求、启动从属进程
2. 从属进程：分为控制进程（负责指令交互）、数据传送进程（负责文件传输）

NFS 核心特点

区别于 FTP 整体文件传输模式，NFS 支持应用进程直接打开远程文件，可在文件指定位置精准读写数据，无需传输完整文件。

6.2.3 TFTP 简单文件传送协议

基于 UDP 数据报实现，仅支持纯文件传输，无交互功能。核心优势：

1. 可在 UDP 无连接环境下运行
2. 程序代码占用内存极小，适配轻量化设备

6.3 远程终端协议 TELNET

基于 TCP 连接实现，可远程注册、登录访问异地主机，也被称为终端仿真协议。核心特性：可兼容适配不同类型的计算机、不同操作系统，屏蔽系统差异。

6.4 万维网 WWW

万维网是大规模、联机式的分布式超媒体信息储藏所，是超文本系统的功能扩充。采用客户 / 服务器工作模式：客户端发起资源请求，服务器响应并返回对应万维网文档。

万维网核心配套规范：

1. 统一资源定位符 URL：定位互联网任意可访问资源
2. 超文本传送协议 HTTP：规范资源传输规则，基于 TCP 可靠传输
3. 超文本标记语言 HTML：网页内容排版、结构定义语言

6.4.2 统一资源定位符 URL

1. 基本格式协议:// 主机名：端口 / 文件路径

• 常用协议：HTTP、FTP
• 主机名：大多以 www 开头
• 默认端口：HTTP 协议默认 80 端口，常规访问可省略端口号

1. HTTP 格式简化规则日常网页访问中，默认 80 端口可直接省略，简化为：协议:// 主机名 / 路径

6.4.3 超文本传送协议 HTTP

1. 核心特性

• 面向事务的应用层协议，是万维网文件可靠交换的核心基础
• 无连接：单次请求响应后即刻断开连接
• 无状态：服务器不保留用户历史访问记录

1. 代理服务器又称万维网高速缓存，基于代理服务器搭建的 CDN 内容分发网络，大幅提升全网资源访问效率。

2. HTTP 报文结构HTTP 为文本型协议，所有报文字段均为 ASCII 码，分为请求报文、响应报文两类，统一包含三部分：开始行、首部行、实体主体。

3. 用户信息存储 Cookie网站服务器为访问用户生成唯一识别码，以识别码为索引，在服务器数据库记录用户信息，实现用户状态识别与数据留存。

6.4.4 万维网的文档类型

1. 基础标记语言

• HTML：网页核心排版语言，通过各类标签定义网页结构与样式
• XML：可扩展标记语言，用于自定义数据格式
• XHTML：可扩展超文本标记语言，兼容 HTML、规范更严谨
• CSS：层叠样式表，用于统一控制网页样式

1. 动态万维网文档用户访问服务器时，由应用程序实时动态生成文档内容，核心依托 CGI 通用网关接口（CGI 脚本）实现。

2. 活动万维网文档支持网页内容持续动态更新，两种实现技术：

• 服务器推送：所有更新运算工作由服务器完成
• 活动文档：客户端运行专属程序，自主实现页面内容实时变更

6.4.5 万维网信息检索系统

核心工具为搜索引擎，主要分为两类：全文检索搜索引擎、分类目录搜索引擎

6.4.6 博客

全称：万维网日志，是万维网轻量化内容发布形式

6.6 动态主机配置协议 DHCP

核心适用场景：频繁移动、更换网络位置的终端设备核心作用：为终端自动分配 IP 地址及网络参数，无需手动配置，适配移动办公、便携设备联网场景。

6.7 简单网络管理协议 SNMP

6.7.1 协议概述

SNMP 是互联网主流的网络管理应用层协议，专门用于监控、管理网络设备，实现全网设备状态统一运维。

6.7.2 网络管理三大组成部分

1. 网络管理站：运维核心终端，主动发起设备查询、配置、管控指令
2. 被管网络设备：路由器、交换机、服务器等所有接入网络的设备，内置代理程序响应管理指令
3. 网络管理协议：核心为 SNMP，规范管理站与设备之间的数据交互规则

6.7.3 SNMP 核心特点

1. 架构简单、通用性强，适配绝大多数网络设备
2. 基于 UDP 协议传输，开销小、实时性高
3. 主要功能：设备状态监控、故障告警、流量统计、设备参数配置管理

6.8 P2P 应用（对等网络）

6.8.1 P2P 核心定义

P2P 即对等网络模式，区别于传统客户 / 服务器模式，网络中所有节点地位平等，无专属服务器与客户端区分。每个终端节点既可作为客户端请求资源，也可作为服务器提供资源，自主完成数据交互、资源共享。

6.8.2 P2P 文件系统核心特性

1. 去中心化：不依赖中心服务器，所有节点分布式协作
2. 资源共享：全网节点可互相共享文件、带宽、存储资源
3. 扩展性强：接入节点越多，全网资源越多、传输效率越高
4. 容错性高：无中心节点故障风险，部分节点离线不影响整体网络运行

6.8.3 典型应用场景

文件点对点传输、分布式资源共享、流媒体传输、分布式存储等