计算机网络（六）

计算机网络导航🚀🚀🚀

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应用层概述

应用层是计算机网络体系结构的最顶层，是设计和建立计算机网络的最终目的，也是计算机网络中发展最快的部分

知识点一：客户/服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）

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

客户和服务器是指通信中所涉及的两个应用进程
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
客户是服务请求方，服务器是服务提供方
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
基于C/S方式的应用服务通常是 服务集中型 的，即应用服务集中在网络中比客户计算机少得多的服务器计算机上
- 由于一台服务器计算机要为多个客户机提供服务，在C/S应用中，常会出现服务器计算机跟不上众多客户机请求的情况
- 为此，在C/S应用中，常用计算机群集(或服务器场)构建一个强大的虚拟服务器

📏 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。

基于P2P的应用是 服务分散型 的，因为服务不是集中在少数几个服务器计算机中，而是分散在大量对等计算机中，这些计算机并不为服务提供商所有，而是为个人控制的桌面计算机和笔记本电脑，它们通常位于住宅、校园和办公室中
P2P方式的最突出特性之一就是它的可扩展性。因为系统每增加一个对等方，不仅增加的是服务的请求者，同时也增加了服务的提供者，系统性能不会因规模的增大而降低
P2P方式具有成本上的优势，因为它通常不需要庞大的服务器设施和服务器带宽。为了降低成本，服务提供商对于将P2P方式用于应用的兴趣越来越大

✨知识点二：动态主机配置协议DHCP

互联网广泛使用的 动态主机配置协议 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 提供了 即插即用 连网 (plug-and-play networking) 的机制

这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取 IP 地址，而不用手工配置

DHCP 使用客户 - 服务器方式

需要 IP 地址的主机在启动时就向 DHCP 服务器广播发送发现报文（DHCP DISCOVER），这时该主机就成为 DHCP 客户。
本地网络上所有主机都能收到此广播报文，但只有 DHCP 服务器才回答此广播报文
DHCP 服务器先在其数据库中查找该计算机的配置信息。若找到，则返回找到的信息。若找不到，则从服务器的 IP 地址池 (address pool) 中取一个地址分配给该计算机。DHCP服务器的回答报文叫做提供报文（DHCP OFFER）

DHCP 工作方式

DHCP 使用客户-服务器方式，采用请求/应答方式工作。
DHCP 基于 UDP 工作（DHCP报文在运输层会被封装成为UDP用户数据报），DHCP 服务器运行在 67 号端口， DHCP客户运行在 68 号端口

DHCP交互过程

DHCP客户端将 广播发送DHCP发现报文（DHCP DISCOVER）
- 事务ID
- DHCP客户端的MAC地址

封装该报文的IP数据报的源IP地址为0.0.0.0，这是因为主机目前还未分配到IP地址，因此使用该地址代替
目的IP地址为广播地址255.255.255.255，之所以广播发送，是因为主机现在并不知道网络中有哪几个DHCP服务器。它们的IP地址各是什么
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，如果查到匹配信息，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报文并发送

DHCP服务端将 广播发送DHCP提供报文（DHCP OFFER）
- 事务ID：DHCP客户端会与之前DHCP发现报文的事务ID做对比，来判断该DHCP提供报文是否是自己的
- 配置信息
  - IP地址：DHCP服务器从自己的IP地址池中挑选待租用给主机的IP地址（使用ARP来确保所选IP地址未被网络中其他主机占用）
  - 子网掩码
  - 地址租期
  - 默认网关
  - DNS服务器
DHCP客户端将广播发送DHCP请求报文（DHCP REQUEST）
- 事务ID
- DHCP客户端的MAC地址
- 接收的租约中的IP地址
- 提供此租约的DHCP服务器端的IP地址
- 源地址：0.0.0.0，因为此时DHCP客户才从多个DHCP服务器中挑选一个作为自己的DHCP服务器。它首先要征得该服务器的同意，之后才能正式使用向该DHCP服务器租用的IP地址
- 目的地址：广播地址，这样可以一次性向所有DHCP服务器发送DHCP请求报文，来告知它们是否请求它们作为自己的DHCP服务器

DHCP客户收到该报文后就可以使用租用的IP地址

在使用前还会 进行ARP检测

使用ARP检测所分配到的IP地址是否已被网络中其他主机占用

若被占用：给DHCP服务器发送“DHCPDECLINE”报文撤销IP地址租约，并重新发送“DHCP DISCOVER”报文
若未被占用：可以使用租约中的IP地址与网络中其他主机通信了

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DHCP中继代理

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

使用DHCP中继代理是因为我们不用给每一个网络上都设置一个DHCP服务器，这样会使DHCP服务器的数量太多

✨知识点三：域名系统DNS

因特网采用层次树状结构的域名结构

域名的结构由若干个分量组成，各分量之间用“点”隔开，分别代表不同级别的域名

.三级域名.二级域名.顶级域名

每一级的域名都由英文字母和数字组成，不超过63个字符，不区分大小写字母。

级别最低的域名写在最左边，而级别最高的顶级域名写在最右边。

完整的域名不超过255个字符

域名系统既不规定一个域名需要包含多少个下级域名，也不规定每一级的域名代表什么意思。

各级域名由其上一级的域名管理机构管理，而最高的顶级域名则由因特网名称与数字地址分配机构ICANN进行管理

顶级域名TLD(Top Level Domain)分为以下三类：

国家顶级域名nTLD	采用IS03166的规定。如cn表示中国，us表示美国，uk表示英国、等等
通用顶级域名gTLD	最常见的通用顶级域名有七个，即:com(公司企业net(网络服务机美国教育结构)、构)、org(非营利性组织)、int(国际组织)、edugov(美国政府部门)、mil(美国军事部门)
反向域arpa	用于反向域名解析，即IP地址反向解析为域名。

在国家顶级域名下注册的二级域名均由该国家自行确定。例如，顶级域名为jp的日本将其教育和企业机构的二级域名定为ac和co，而不用edu和com

我国则将二级域名划分为以下两类：

类别域名	共七个:ac(科研机构)om(工、商、金融等企业)、edu(教育机构)gov(政府部门)、net(提供网络服务的机构)、mil(军事机构)和org(非营利性组织)。
行政区域名	共34个，适用于我国的各省、自治区、直辖市。例如:bj为北京市、sh为上海市、js为江苏省，等等。

注意：名称相同的域名其等级未必相同

域名解析过程

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为了提高DNS的查询效率，并减轻根域名服务器的负荷和减少因特网上的DNS查询报文数量，在域名服务器中广泛地使用了高速缓存。高速缓存用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录。

由于域名到IP地址的映射关系并不是永久不变，为保持高速缓存中的内容正确，域名服务器应为每项内容设置计时器并删除超过合理时间的项(例如，每个项目只存放两天)。

不但在本地域名服务器中需要高速缓存，在用户主机中也很需要。许多用户主机在启动时从本地域名服务器下载域名和IP地址的全部数据库，维护存放自己最近使用的域名的高速缓存，并且只在从缓存中找不到域名时才向域名服务器查询。同理，主机也需要保持高速缓存中内容的正确性

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✨知识点四：文件传送协议FTP

文件传送协议FTP(File Transfer Protocol)是因特网上使用得最广泛的文件传送协议。

FTP提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型与格式(如指明是否使用ASCI码)，并允许文件具有存取权限(如访问文件的用户必须经过授权，并输入有效的口令)
FTP屏蔽了各计算机系统的细节，因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件

基本工作原理

主动模式 就是客户告诉服务器我要喝茶把杯子放好倒水喝完拿走再喝的话再拿来喝完再拿走

被动连接 就是客户你要喝茶自己端着杯子过来我给你茶水喝完拿走杯子再喝再过来

控制连接与数据连接

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✨知识点五：电子邮件

电子邮件系统采用 客户/服务器方式

电子邮件系统的三个主要组成构件

用户代理， 邮件服务器，以及 电子邮件所需的协议

用户代理是用户与电子邮件系统的接口，又称为电子邮件客户端软件
邮件服务器是电子邮件系统的基础设施。因特网上所有的ISP都有邮件服务器，其功能是发送和接收邮件，同时还要负责维护用户的邮箱
协议包括邮件发送协议(例如SMTP)和邮件读取协议(例如POP3，IMAP)

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简单邮件传送协议SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）的基本工作原理

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14条SMTP命令

21种SMTP应答

有什么就答什么，我爱说实话

电子邮件的信息格式

电子邮件的信息格式并不是由SMTP定义的，而是在RFC822中单独定义的。这个RFC文档已在2008年更新为RFC 5322。一个电子邮件有 信封和内容两部分。而内容又由 首部和主体两部分构成。
SMTP协议只能传送 ASCII码文本数据，不能传送可执行文件或其他的二进制对象
SMTP不能满足传送多媒体邮件(例如带有图片、音频或视频数据)的需要。并且许多其他非英语国家的文字(例如中文、俄文、甚至带有重音符号的法文或德文)也无法用SMTP传送
为解决SMTP传送非ASCII码文本的问题，提出了多用途因特网邮件扩展MIME(MulipurposeIntemetMai Extensions)。
- 增加了5个新的邮件首部字段，这些字段提供了有关邮件主体的信息。
- 定义了许多邮件内容的格式，对多媒体电子邮件的表示方法进行了标准化。
- 定义了传送编码，可对任何内容格式进行转换，而不会被邮件系统改变
实际上，MIME不积极用于SMTP，也用于面向ASCII字符的HTTP

邮件读取

邮局协议POP (Post0ffice Protocol)，POP3是其第三个版本，是因特网正式标准。非常简单、功能有限的邮件读取协议。用户只能以下载并删除方式或下载并保留方式从邮件服务器下载邮件到用户方计算机。不允许用户在邮件服务器上管理自己的邮件。(例如创建文件夹，对邮件进行分类管理等)。
因特网邮件访问协议IMAP (IntermetMessage Access Protocol)，IMAP4是其第四个版本，目前还只是因特网建议标准。功能比POP3强大的邮件读取协议。用户在自己的计算机上就可以操控邮件服务器中的邮箱，就像在本地操控一样，因此IMAP是一个联机协议。
POP3和IMAP4都采用 基于TCP连接的客户/服务器方式。POP3使用熟知端口110，IMAP4使用熟知端口143。