第 8 章应用层协议

数据通信与计算机网络——应用层协议

第 8 章应用层协议

本章主要介绍计算机网络最高层：即应用层的有关概念及工作原理。讲述应用层是如何为各种应用进程提供服务的。通过本章的学习，读者应重点掌握和理解以下内容：

掌握应用层的基本概念，理解应用层的功能与作用

掌握域名系统的组成与工作原理

掌握电子邮件的基本组成及工作原理

了解文件传输系统、远程终端系统的工作原理与使用方法

理解与掌握万维网的工作原理及网站的建立方法

理解网络管理的含义与功能


第 8 章应用层协议

8.1 应用层协议概述

应用层是网络模型的最高层，是用户应用程序与网络的接口。应用进程通过应用层协议为用户提供最终服务。所谓应用进程是指在为用户解决某一类应用问题时在网络环境中相互通信的进程。应用层协议是规定应用进程在通信时所遵循的协议。


8.2 域名系统 DNS

8.2.1 域名

Internet 采用层次树状结构的命名方法，它使得任何一个连接在 Internet 上的主机或路由器都有一个唯一的层次结构的名字，即域名（ Domain name ）。所谓域 (Domain) 是域名空间中的一个子树。这个域的名字就是这个子树顶部结点的域名，—个域本身又可划分为若干个域 ( 有时也称它们为子域 ) 。例如： edu 是标识教育系统的一个大的域，而 tsinghua.edu 和 nciae.edu 则是 edu 域中的两个子域。



8.2.1 域名



8.2.1 域名

目前 Internet 顶级域名分为三大类：

国家顶级域名：采用 ISO 3166 规定。如 cn 表示中国， us 表示美国等

国际顶级域名：采用 int 。国际性的组织可在 int 下注册。

通用顶级域名：如下表所列。


7.1 应用层协议概述 8.2 域名系统 DNS

8.2.1 域名域名组织类型域名组织类型

com 商业机构 firm 公司企业

edu 教育部门 shop 销售公司与企业

gov 政府部门 web 突出万维网服务单位

org 非商业组织 arts 突出文化艺术活动的单位

net 网络服务机构 rec 突出消遣娱乐活动的单位

mil 美国军队组织 info 提供信息服务

nom 个人


8.2.2 域名系统 DNS


在 DNS 中由域名服务器（ DNS Server ）完成域名与 IP地址的转换过程，这个过程称为域名解析

域名服务器主要分为以下几个：

1 ．本地域名服务器

2 ．根域名服务器

3 ．授权域名服务器









8.3 文件传输协议 FTP

文件传递协议 FTP （ File Transfer Protocol ）是 TCP ／IP 体系中的一个重要协议，它并不是针对某种具体操作系统或某类具体文件而设计的文件传输协议。它通过一些规程，利用网络低层提供的服务，来完成文件传输的任务。它屏蔽了计算机系统的细节。因此 FTP 就比较简单和容易使用，它只提供文件传送的一些基本的服务，可以在异构网中任意计算机间传送文件。

8.3.1 概述


FTP 服务是由 FTP 服务器提供服务的。 FTP 服务器是指运行 TCP/IP 协议的网络上存储大量文件和数据的计算机主机，它设有公共账号，有公开的资源供用户下载及使用。公用的 FTP 服务器都支持匿名登录，任何用户都可使用“ anonymous” 为账号，以自己的电子邮件地址为口令登录到 FTP 服务器，使用该服务器提供的服务。

8.3 文件传输协议 FTP

8.3.2 FTP 工作原理


　　 FTP 使用 TCP 可靠传输，按 C/S 模式工作。一个 FTP 服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。服务器进程主要分为两大部分：一个主进程，负责接受新的客户请求并启动相应的从属进程；若干从属进程，负责处理具体的客户请求。

8.3.2 FTP 工作原理 1 、基本概念

2 、工作过程

（ 1）在服务器端首先启动 FTP 主进程；

（ 2）客户端在命令提示符下输入 ftp 服务器名并按回车；

（ 3）服务器主进程接收到客户请求，启动从属的“控制进程”与客户端建立“控制连接”，并将响应信息传送给客户端。

（ 4 ）服务器主进程回到等待状态，继续准备接收其他客户的请求。


（ 5）客户端输入账号、口令、及文件读取命令后，通过“控制连接”传送到服务器端的“控制进程”；

（ 6）服务器“控制进程”创建“数据传送进程”，并通过端口 20与客户端建立“数据传输连接” ；

（ 7）客户端通过建立的“控制连接”传送交互命令，通过“数据连接”接收服务器传来的文件数据 ;

（ 8 ）传输结束，服务器端释放“数据连接”，“数据传输进程”自动终止；

（ 9 ）客户端输入退出命令，释放“控制连接” ；

（ 10 ）服务器端“控制进程”自动终止。至此整个 FTP会话过程结束。

8.3.2 FTP 工作原理


3 、 FTP 交互命令使用说明

命令命令格式命令意义

get get file1 file2 将文件 file1 下载到本地，并改名为 file2

put put file1 file2 将文件 file1 上传到服务器，并改名为 file2

ls ls 显示当前目录下的文件

cd cd abc 进入 abc 目录

rename rename file1 file2 将文件 file1 改名为 file2

？？ user 显示 user 命令的功能

！！进入本地操作系统外壳（ exit 返回 ftp ）

quit quit 退出 ftp


4 、 FTP 交互命令实例

⑴ ftp ftp.pku.edu.cn

⑵ Connected to vineyard.pku.edu.cn

⑶ 220 vineyard.pku.edu.cn FTP server(version wu2.6.1) ready.

⑷ User(vineyard.pku.edu.cn:(none)):anonymous

⑸ 331 Guest login ok,send your complete e-mail address as password.

⑹ Password:[email protected]

⑺ 230 Guest login ok,access restrictions apply.

⑻ ftp> cd rfc

⑼ 250 CWD command successful.

⑽ ftp>get rfc2107.txt abc.txt

⑾ 200 port command successful.

⑿ 150 opening ASCII mode data connection for rfc2107.txt(44300 bytes)

⒀ 226 Transfer complete.

⒁ ftp: 45479 bytes received in 0.50seconds 90.96kbytes/sec.

⒂ ftp>bye

⒃ 221 Goodbye.


　　电子邮件（ E-mail ）是 Internet 上使用最为广泛的一种服务之一。欲使用电子邮件的人员可到 ISP 网站注册申请邮箱，获得电子邮件账号（电子邮件地址）及口令，就可通过专用的邮件处理程序接、发电子邮件了。邮件发送者将邮件发送到邮件接收者的 ISP 邮件服务器的邮箱中，接收者可在任何时刻主动地通过 Internet查看或下载邮件。电子邮件可以在两个用户间交换，也可以向多个用户发送同一封邮件，或将收到的邮件转发给其它用户。电子邮件不仅包含文本信息，还可包含声音、图像、视频、应用程序等各类计算机文件。

8.4.1 概述 1 、电子邮件基本概念

8.4 简单邮件传输协议 SMTP


　　　邮件的发送协议为 SMTP ，即简单电子邮件发送协议。邮件下载协议为 POP 、即邮局协议，目前经常使用的是第 3版本，称为 POP3 协议。用户通过 POP3 协议将邮件下载到本地 PC进行处理， ISP 邮件服务器上的邮件会自动删除。 IMAP因特网报文存取协议，也是邮件下载协议，但它与 POP 协议不同，它支持在线对邮件的处理，邮件的检索与存储等操作不必先下载到本地。用户不发送删除命令，邮件一直保存在邮件服务器上。常用的收发电子邮件的软件有 Exchange 、 Outlook Express 、 Foxmail 等，这些软件提供邮件的接收、编辑、发送及管理功能。

2 、协议支持8.4.1 概述



　一个电子邮件系统发下几个部件组成。　

8.4.2 电子邮件的工作原理

1 、电子邮件系统的组成

用户代理程序邮件服务器邮件服务器用户代理

程序SMTP POP3SMTP



1 、用户通过用户代理程序撰写、编辑邮件。在发送栏填入收件人的邮件地址。

邮件地址格式为：信箱名 @邮件服务器域名2 、撰写完邮件后，点击发送按钮，准备将邮件通过 SMTP 协议传

送到发送邮件服务器。3、发送邮件服务器将邮件放入邮件发送缓存队列中，等待发送。4、接收邮件服务器将收到的邮件保存到用户的邮箱中，等待收件人提取邮件。

5、收件人在方便的时候，使用 POP3 协议从接收邮件服务器中提取电子邮件，通过用户代理程序进行阅览、保存及其他处理。

2 、工作过程8.4.2 电子邮件的工作原理



8.4.3 简单电子邮件传送协议 SMTP

协议实现的过程，是双方信息交换的过程。 SMTP 协议正是规定了进行通信的两个 SMTP 进程间是如何交换信息的。 SMTP 使用 C/S 模式工作，因此发送方为客户端（ Client 端），接收方为服务器端（ Server 端）。

SMTP 规定了 14 条命令和 21种响应信息。每条命令用 4个字母组成，而响应信息一般由 1个 3位数字代码开始，后面附上简单说明。 SMTP 协议的工作过程可分为如下的三个过程：

1 、建立连接

2 、邮件传送

3 、连接释放


7.5 万维网 WWW

8.5 Tenet

8.5.1 概述

远程通信网络 (TELecommunication NETwork) 简称 Telnet

Telnet 替换了击键动作的本地解释。也就是说， Telnet 提供的服务允许用户登录远程计算机并执行命令，就像是在使用远程计算机的控制台。

用户使用 Telnet 执行以下操作：

连接在线数据库，以访问信息。

连接在线知识库，例如图书馆，以查找信息。

连接远程系统，以使用应用程序，例如电子邮件等。


7.5 万维网 WWW

8.5 Tenet

8.5.1 概述Telnet基于 3 个原理：网络虚拟终端 (NVT) 、协商原理、终端和进程的对称观。网络虚拟终端 (NVT) ：为支持异构性 ( 在不同平台和系统中的互操作性 )Telnet 使用了 NVT 。 NVT 是数据和命令顺序的标准表示方法。 NVT 是客户／服务器体系结构的一种实现，把连接的每一端都作为虚拟终端对待 (逻辑 I／ O设备 ) 。无论任一虚拟终端产生指令，都被翻译成相应的物理设备指令。

协商原理：一些系统可能提供 NVT 所包括的服务以外的服务，使用最少数量服务的系统可能无法正确地与另一端进行通信。因而，两台计算机通过 Telnet 通信时，通信和终端参数是在连接过程中确定的。有任何一方无法处理的服务或进程将被忽略。

终端和进程的对称观：这意味着协商句法的对称性，既允许客户也允许服务器请求指定的选项。


7.5 万维网 WWW

8.5 Tenet

8.5.2 Telnet 命令命令十进制编码含义

IAC 255 把下一个八位组解释成命令

DON’T 254 停止执行或不启动执行选项

DO 253 启动执行或继续执行选项

SB 250 启动选项子协商

GA 249 继续

AO 245 终止输出

IP 244 中断进程

BRK 243 断开

NOP 241 不操作

SE 240 选项子协商结束

EOR 239 记录结束


7.5 万维网 WWW

8.5 Tenet

8.5.3 Telnet 实用程序

Telnet 既是协议也是实用程序。 Telnet 程序使用 Telnet 协议为用户提供使用远程主机的服务。 Telnet实用程序以交互方式工作，它使你能够在一个终端会话中与远程计算机通信。

1． Telnet调用方式$ Telnet Sun20.ict.ac.cn ------ （带参数的直接输入方式）

Trying …

Connected to Sun20.ict.ac.cn

Escape character is ‘ ^〕’

SunOS UNIX(sun20)

Login:


7.5 万维网 WWW

8.5 Tenet


你也可以不带参数调用 Telnet 进入 Telnet 的命令方式，然后使用 Telnet 的 Open 命令与远方主机连接。输入以下内容：

$ telnet

程序将显示：

telnet>

然后键入 open 命令和远程主机名：

telnet>open sun20.ict.ac.cn


7.5 万维网 WWW

8.5 Tenet


2．使用 Telnet 命令

不带参数调用 Telnet 出现如下所示的提示符后，你就可以输入Telnet 命令：

Telnet>


7.5 万维网 WWW

序号命令功能

1 close 关闭当前连接

2 display 显示操作参数

3 do 做选择项

4 dont 不做选择项

5 mode 设置输入方式

6 open 打开连接

7 quit 退出 telnet 命令方式

8 send 传输专门字符

9 set 设置操作参数

10 status 显示状态信息

11 toggle 触发事件标志

12 will 做选择项

13 wont 不做选择项

14 z 终止 telnet

15 ? 显示求助信息


8.6.1 概述

万维网 WWW（ World Wide Web）正如其名字一样，是一个遍布 Internet 的信息储藏所，是一种特殊的应用网络。它通过超级链接，将所有的硬件资源、软件资源、数据资源连成一个网络，用户可从一个站点轻易地转到另一个站点，非常方便地获取丰富的信息。万维网的出现，极大地推动了 Internet的发展，万维网 WWW（ World Wide Web）正如其名字一样，是一个遍布 Internet 的信息储藏所，是一种特殊的应用网络。它通过超级链接，将所有的硬件资源、软件资源、数据资源连成一个网络，用户可从一个站点轻易地转到另一个站点，非常方便地获取丰富的信息。万维网的出现，极大地推动了 Internet 的发展。

8.6 万维网 WWW


HTTP （ Hyper Text Transfer Protocol ）超文本传输协议是万维网客户端进程与服务器端进程交互遵守的协议，它是一个应用层的协议，使用 TCP 连接进行可靠的传输。 HTTP 是万维网上资源传送的规则，是万维网能正常运行的基础保障。

HTTP 的思想非常简单：客户给服务器发送请求，服务器向客户发送响应，在客户和服务器之间的 HTTP事务有两种类型：请求和响应。

8.6.2 超文本传输协议 HTT

P

8.6 万维网 WWW



P

8.6 万维网 WWW

1 ．请求报文

请求报文包括一个请求行、一个首部以及有时出现的一个主体，如图 8-7 （ a ）。

请求行定义请求类型、 URL 和 HTTP版本，格式如下：（见图 8-8 ）。



P

8.6 万维网 WWW

请求行

首部

空行

主体

HTTP 请求报文

请求行格式

请求类型：在 HTTP 中定义了几种请求类型，请求类型将请求报文划分为几种方法，如： GET 、 HEAD 、 POST 、PUT 、 COPY 、 DELETE 等。


URL（ Universal Resource Locator ）统一资源定位符格式为：〈协议〉： //〈主机〉：〈端口〉 /〈路径〉 /〈文档〉其中协议：指访问 URL的方式，可以是 HTTP 、 FTP 等；主机：是被访问文档所在的主机的域名；端口：是建立 TCP 连接的端口号，使用熟知端口可以忽略；路径：是文档在主机上的相对存储位置；文档：是具体的页面文件。例如：http ： //sohu． com． cn/sports/abc． htm ftp ： //rtfm． mit． edu


P

8.6 万维网 WWW



P

8.6 万维网 WWW

状态行

首部

空行

主体

HTTP 响应报文

状态行格式

2 ．响应报文

响应报文包括一个状态行、一个首部，有时也包含一个主体，

HTTP 版本空格状态码空格状态短语



P

8.6 万维网 WWW

Request (Get method)

Response

GET /usr / bin / imagel HTTP 1.1Accept: image /gifAccept: image /jpeg

HTTP / 1.1 200 okData: Mon 04-Jan-99 13:15:14 GMTServer: ChallengerMIME-version: 1.0Content – length : 2048

(body of the document)

Client Server


8.6.3 浏览器

8.6 万维网 WWW


HTML（ Hyper Text Markup Language ）超文本标记语言，是万维网上页面标准化的基础，是万维网页面制作的标准语言，是对超文本信息格式化输出的标记。

以下是在用户屏幕上显示“ Welcome to HTML ！”信息页面的 HTML 语言ASCII 文件。 <html> 

<head> 

<title>TEST</title> 

</head> 

<body> 

<p>Welcome to HTML!</p> 

</body> 

</html> 

8.6.4 超文本标记语言 HTML


8.6.4 超文本标记语言 HTML

标记符意义

〈 hn〉．．．〈 /hn〉标记一个 n 级题头

〈！ --．．． --〉标注信息，不在屏幕上显示

〈 IMG SRC=“123”〉插入一张文件名为 123 的图片

〈MENU〉．．．〈 /MENU〉设置为菜单

〈 B〉．．．〈 /B〉设置为黑体字

〈 I〉．．．〈 /I〉设置为斜体字

〈 A HREF=“．．．”〉 L〈 /A〉定义一个链接点为．．．的超级链接

〈 BR〉强行换行


8.6.5 动态网页技术

所谓动态文档是指文档的内容是在浏览器访问万维网服务器时，由存储在万维网服务器的应用程序动态创建的。当浏览器请求到达时，万维网服务器需要运行另外一个应用程序，并将控制权转移到此应用程序。该应用程序对浏览器发送来的数据进行处理，并输出 HTML 格式的文档。万维网服务器将此输出作为结果传送给浏览器。由于对浏览器每次请求的响应都是临时生成的，因此动态文档所看到的内容可根据需要不断变化。

8.6 万维网 WWW


1 ． CGI

CGI 即公共网关接口 (Common Gateway Interface) ，它是外部应用程序与 Web 服务器之间的接口标准。应用在Web 数据库上，它可以实时、动态地生成 HTML 文件，根据用户的需求输出动态信息，把数据库服务器中的数据作为信息源对外提供服务，将 Web 服务和数据库服务结合起来，

8.6 万维网 WWW



2 ． ASP

ASP 是微软公司推出的一种技术，它与 ADO (Active Data Object, 一种新的数据访问模型 ) 的充分结合，提供了强大的数据库访问功能，使之成为进行网络数据库管理的重要手段。 ASP内含于 IIS （ Internet Information Server ）中，扩展名以 .asp 表示。

8.6 万维网 WWW



3 ． JAVA

Java 是 Sun Microsystems 公司开发的一种编程语言。

JDBC有两种常用的应用方案：一种是 Java Applet，另一种是 Java Application。

Java Applet作为嵌入 HTML文档的一部分在网络上进行传输的小应用程序，由浏览器对其下裁并运行。它是 Java 语言应用最广泛的一种形式。

Java Application是一种用 Java 语言编写的应用程序，它与用其他语言编写的应用程序从功能上和使用范围上没有什么不同。

8.6 万维网 WWW



8.7 网络管理与 SNMP

8.7.1 概述

交换机（A）

智能集线器（A）

工作站（A）

路由器（A）

桌面交换机（A）

工作站（A）

服务器（A）

网络管理工作站（M）

MI B

I nternet

……

……

网络管理系统的组成

（ A ）：被管代理进程。

（ M ）：管理进程。



8.7.2 网络管理的功能

1 ．故障管理（ Fault Management ）

2 ．计费管理（ Accounting Management ）

3 ．配置管理（ Configuration Management ）

4 ．性能管理（ Performance Management ）

5 安全管理（ Security Management ）


8.7.3 简单网络管理协议 SNMP

简单网络管理协议 SNMP （ Simple Net-work Management Protocol ）是一个基于 TCP/IP 协议簇的网络管理标准协议，它得到了众多网络产品生产厂家的广泛支持，成为事实上的网络管理工业标准。

SNMP 的基本功能包括监视网络性能、检测分析网络差错和配置网络。在网络正常工作时， SNMP 可以实现统计、配置、测试等功能。当网络出现故障时，可以实现差错检测和恢复功能。 SNMP最大的优点是简易性与可扩展性，它体现了网络管理系统的一个重要准则，即网络管理功能的实现不能影响网络的正常功能，不给网络附加过多的开销。


管理信息库

SNMP 管理器

SNMP代理

管理信息库

（主机）（网关）

SNMP代理

SNMP代理

管理信息库

（主机）

.........

8.7.3 简单网络管理协议 SNMP


SNMP 是一种基于用户数据报协议（ UDP ）的应用层协议，其基本报文格式如图所示。

SNMP 报文有三个域，版本（ Version ）、公共体（ Community ）和协议数据单元（ SNMP PDU）。管理工作站和代理（ Agent ）之间的信息交换传递的就是 SNMP 报文。而 SNMP报文作为 UDP 的数据部分被封装在 UDP 数据报中，通过 UDP 端口 161 （ 162 ）传送。

8.7.4 SNMP 报文SNMP报文

Version Community SNMP PDU

UDP Head UDP DATA

UDP 数据报



8.7.5 主流网络管理系统产品介绍

1 ． HP OpenView

HP OpenView 是世界上著名的网络管理平台，它不仅为人们提供了网络的管理功能，同时也可以在其平台上开发网络管理工具。市场上许多第三方网络管理软件生产商所生产的管理软件也运行在 HP OpenView 的平台上，例如：Bay 的 Networks Optivity ， CISCO　 Systems 的 CiscoWorks 等。

2 ． Sniffer Technologies

Sniffer 是 Network Associates Inc. 的产品，是世界上著名的网络协议分析工具，它是网络管理人员、网络开发人员尤其是网络研究人员不可缺少的工具之一。 Sniffer 又称为： Network Management & Analysis ，它具有一系列的解决方案用于分析和优化网络性能和网络的各类操作。


8.7.5 主流网络管理系统产品介绍

3 ． Sun Solstice Enterprise Manager

Sun 的 Solstice Enterprise Manager （以下简称 Solstice EM ），也是一个网络管理的整套解决方案。 Solstice EM 建筑在一个具有高度灵活的、可伸缩的、面向对象的、安全的、基于客户 / 服务器模式的分布式体系结构之上。且能同时支持电信网及 Internet 网的管理要求。在此体系结构之上， Solstice EM 可以通过 CMIP ， SNMP 协议或者网管代理 /支持 RPC 的委托代理实现各种网络资源的管理。此外， Solstice EM 的协议适配器使得用户可以很方便地利用其工具实现对其他支持专用协议的网络及资源进行管理。

除上述介绍的产品之外，网络管理的主流产品还有： IBM NetView 、 Cabletron 公司的 SPECTRUM 、和 NetSight 、 Cisco 网管方案等，还有很多公司也提供一些很好的网管产品，但目前市场占有率较低，国内用户不是很熟悉。

国内也有一些网管产品，但像上述提供一整套解决方案的产品尚不多见。另外，网络防病毒产品等也属网络管理的一个分支。

Documents

第 8 章 应用层协议

第 8 章应用层协议