计算机网络技术(六)——网络应用技术

2020-05-05  本文已影响0人  badlogic

摘要

  1. 网络应用概述
  2. 域名系统（DNS）
  3. 文件传输协议（FTP）
  4. 电子邮件
  5. 万维网（WWW）

一、网络应用概述

二、域名系统（DNS）

因为IP不好记忆，Internet采用了一套与IP地址并行使用的命名机制——域名，由于存在两种Internet地址描述方式，因此需要一种机制负责在域名地址和IP地址之间进行转换——域名系统（Domain Name System，DNS）。

DNS 的工作机制：域名结构及层次划分、域名服务器、域名解析。

2.1 域名结构及层次划分

域名结构由标号序列组成，各标号间用点隔开，标号分别代表不同级别的域名，如下图所示。

域名结构

DNS域名标号都是由英文字母和数字组成的，每一个标号不超过63个字符，不区分大小写。整个域名不能超过255个字符。域名的管理采用分级管理方式，其中最高的顶级域名由互联网名称与数字地址分配机构（The Internet Corporationfor Assigned Namesand Number，ICANN）统一管理，其他级别的域名由上一级域名管理机构管理。

顶级域名共分为3大类：

1）国家顶级域名nTLD： 用于分配给各个国家和地区，例如，.cn表示中国，.us表示美国，.uk表示英国等。
2）通用顶级域名gTLD： 用于分配给不同行业和组织，如.com（公司和企业）、.net（网络服务机构）、.org（非赢利组织）、.edu（美国专用教育机构）、.gov（美国专用政府部门）、.mil（美国专用军事部门）和.int（国际组织）等。
3）基础结构域名： 只有一个，即arpa，用于反向域名解析，因此又称为反向域名。

整个域名空间可以用一颗倒置的树来表示，位于树的最顶层是根，根没有具体域名，往下依次是顶级域名、二级域名、三级域名、四级域名……，如下图所示。

域名层次划分

二级域名分两类：类别域名和行政域名。由各个国家自己制定和分配。

类别域名（7个）： ac（科研机构）、com（工商企业）、edu（中国教育机构）、gov（中国政府机构）、mil（中国国防机构）、net（提供网络服务机构）和 org（中国非盈利性组织）。

行政区域名： 为我国每个省、市、自治区分配一个本行政区所使用的二级域名，如bj（北京）、sh（上海）等。

获得二级域名的单位或组织，可以自主划分下一级域名而无须由上一级管理机构批准。

2.2 域名服务器

DNS实现域名与IP地址的转换具体是由分布在各区的域名服务器实现的。包括4类服务器：根域名服务器、顶级域名服务器、权限域名服务器和本地域名服务器。

1）根域名服务器
所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和IP地址。共有13个不同IP地址的逻辑根域名服务器，每个逻辑根服务器都由多台服务器组成，它们有相同的域名，分布在多个地点，当一个域名在本地域名服务器无法解析时，就去查找离自己最近的根域名服务器设备，然后告知本地域名服务器去哪个顶级域名服务器进行查询。

2）顶级域名服务器
负责管理在该服务器注册的所有二级域名。当收到DNS请求时，给出域名查询结果，或者给出应该继续查询的域名服务器的IP地址。

3）权限域名服务器
负责一个区的域名服务，其中保存了该区中所有主机的域名到IP的映射。当不能回答DNS请求时，将告诉用户应该继续查询哪一个权限域名服务器。

4）本地域名服务器
默认域名服务器。离请求主机最近，当主机发出DNS查询请求时，先发送给本地域名服务器，如果要查询的主机和本地域名服务器处于同一网络，则直接把查询主机域名转为IP地址，不需要再去访问其他域名服务器。

2.3 域名解析过程

域名解析分为递归解析和迭代解析两种方式。

域名递归解析 域名迭代解析

三、文件传输协议（FTP）

文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）用于用户在两台主机之间进行远距离的文件传输，并保证传输的可靠性。FTP采用客户机/服务器的方式，由FTP服务器和FTP客户机两部分组成。服务器与客户机之间通过 “下载” 和 “上传” 来实现文件的传输。

四、电子邮件（E-mail）

除了传统的使用客户机/服务器模式的电子邮件服务外，现在更多使用基于Web的电子邮件，用户通过Web浏览器登录网站上的电子邮件，并在浏览器上进行邮件收发操作。基于Web的电子邮件采用的是HTTP协议。

五、万维网（WWW）

5.1 万维网概念与核心技术

万维网（World Wide Web，WWW）是Internet 上最为普及的一种应用服务，它由成千上万个万维站点（网站）组成的信息存储系统，网站以网页的形式存储着各种文档，其中包含了文字、图片、声音和视频等各种信息。各个网站以链接的方式联系在一起。

万维网的核心技术：
1）统一资源定位（URL）： 标识分布在世界各地的文档。
2）超文本传输协议（HTTP）： 从一个文档到另一个文档的数据信息交换。
3）超文本标记语言（HTML）： 各种文档在所有客户端正确显示。

5.2 统一资源定位 URL

为了给Internet上的每一个文档进行标识，万维网采用统一资源定位URL的方法。URL 的格式如下：
<协议>://<主机>:<端口>/<路径>

5.3 HTTP

用户访问万维网文档，以及将万维网文档中的数据传送到用户端，这些功能是由超文本传输协议 HTTP（HyperText Transfer Protocol）完成的。

HTTP是由客户端请求和服务端响应构成。用户在浏览器输入URL，所经历的过程为：

1）用户在浏览器中输入要访问的网页URL。
2）浏览器根据URL中的域名，通过DNS解析出目标网页的IP地址。
3）浏览器与网页所在服务器建立TCP连接。
4）浏览器发送HTTP请求报文，获取目标网页的文件。
5）服务器发送HTTP响应报文，将目标网页文件发送给浏览器。
6）释放TCP连接。
7）浏览器将网页内容展现给用户计算机。

HTTP有两类报文：
请求报文： 从客户端向服务器发送的报文。
响应报文： 从服务器到客户端的报文。

  1. HTTP请求报文格式

请求报文由请求行、首部行、空行和请求数据4部分组成，如下图所示。

请求报文

1）请求行： 包含请求方法、URL、HTTP版本3部分。请求方法主要有GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、OPTIONS、TRANCE和CONNECT等。
2）首部行： 包括若干行，首部行关键字有以下几个：

3）空行
最后一个首部行之后是一个空行，发送回车符和换行符，通知服务器以下不再有首部行了。
4）请求数据
用于客户端向服务器端填写表单数据，GET方法没有请求数据，POST有。

  1. HTTP响应报文格式

响应报文由状态行、消息头部、空行和响应正文4部分组成，如下图所示。

响应报文

1）状态行： 包含版本、状态码、短语3部分。状态码表示服务器发回的响应状态代码，短语表示状态码的文本描述。状态码由5种取值：

2）首部行： 包括若干行，首部行关键字有以下几个：

3）空行
最后一个首部行之后是一个空行，发送回车符和换行符，通知服务器以下不再有首部行了。

4）响应正文
是服务器端根据客户端的请求返回的具体内容。

5.4 Cookie 机制和 Session 机制

由于HTTP是一种无状态的协议，服务器端无法追踪用户的会话，为了记住用户的状态就出现了Cookie机制和Session机制。

1. Cookie 机制
Cookie 是万维网服务器在客户端保存的一段文本，用于保存用户访问服务器的相关信息。服务器根据Cookie中保存的信息对用户进行识别和追踪。

Cookie 工作原理： 用户A使用他的计算机首次浏览网站服务器，该网站会给A分配一个唯一的ID号，并以此为索引在服务器数据块中创建一条记录。然后在发给A的响应报文中添加一个首部行，名为Set-cookie，值为分配给A的ID号。当A收到网站发回的HTTP响应报文后，先在本地计算机创建一个文本文件（即为网站的Cookie），并从响应报文中读取A的ID号，与网站主机名一起写到Cookie文件中，当A再用同一台计算机访问该网站时，HTTP请求报文中写入之前获得的ID号。网站收到后根据ID号查询数据库，获得A的访问行为。

Cookie 应用场景：
1）统计网站的实际访问人数、新访问者和重复访问者的人数对比。
2）限制某些特定的用户的访问。
3）可以存储用户访问过程中的操作习惯和偏好，如颜色和布局等。
4）记录用户登录名、密码，避免多次登录。
5）实现电子商务的 “购物车” 功能。

2. Session 机制

Session 与 Cookie 区别：
Cookie 机制中的用户信息文件被保存再客户端，而 Session 在服务器端保存用户信息。

Session 工作原理： 当用户使用浏览器首次访问某个网站时，服务器会为该用户创建一个唯一的 Session ID，并以此ID为索引开辟一块数据存储空间，用户保存该用户的访问信息。服务器将 Session ID 通过响应报文返回给用户。以后用户每次访问该网站时，请求报文都包含Session ID,服务器收到后根据Session ID检索服务器保存的Session。客户端和服务器端传递Session ID 有两种方式，一是通过Cookie 传递，另一个是通过在URL路径后添加参数方式。

总结

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