计算机网络(六)应用层

发布于：2024-04-17 ⋅ 阅读:(21) ⋅ 点赞:(0)

应用层

基本概念

服务器端（Server）：

服务器是网络中提供服务的计算机或软件程序。服务器通常具有更高的性能、更大的存储空间和更高的带宽，用于提供各种服务，如文件存储、数据库管理、Web托管、电子邮件传递等。服务器会在网络中等待客户端的连接请求，并根据请求提供相应的服务或资源

客户端（Client）：

客户端是网络中使用服务的计算机或软件程序。客户端通常是用户使用的终端设备，如个人电脑、智能手机、平板电脑等。客户端通过向服务器发送请求来获取所需的服务或资源，并将服务器响应的结果显示给用户

在客户/服务器模型中，客户端和服务器之间的通信遵循一种请求-响应的模式。客户端向服务器发送请求，服务器处理请求并返回响应给客户端。这种模型可以有效地组织网络中的通信和资源共享，提高系统的可扩展性、可靠性和安全性

P2P模型

P2P（点对点）模型是一种计算机网络架构，其中所有节点（或者称为对等节点）在功能上是对等的，它们可以充当客户端，也可以充当服务器，彼此之间可以直接通信，而无需通过中心服务器。在P2P模型中，节点之间可以共享资源、交换信息、进行协作等

特点：

  1. 对等性：P2P网络中的节点彼此对等，没有明确的客户端和服务器的区别。每个节点既可以充当客户端，向其他节点请求服务，也可以充当服务器，为其他节点提供服务

  2. 去中心化：P2P网络通常是去中心化的，即没有单一的中心节点或服务器来管理整个网络。相反，每个节点都能够自主地加入或退出网络，并与其他节点直接通信

  3. 资源共享：P2P网络中的节点可以共享各种类型的资源，包括计算资源、存储资源、带宽资源等。这些资源可以由任意节点提供，并且其他节点可以通过P2P网络访问和利用这些资源

  4. 分布式搜索：P2P网络中的节点通常需要进行分布式搜索来查找所需的资源或服务。这种搜索通常基于一种分布式哈希表（DHT）或类似的分布式索引机制来实现，允许节点在网络中查找和定位资源，而无需依赖中心化的搜索服务器

  5. 自组织性：P2P网络具有一定的自组织能力，即网络中的节点可以根据需要自动地加入或退出网络，并动态地建立、维护和更新节点之间的连接关系

DNS（Domain Name System，域名系统）

DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网中用于将域名（例如：example.com）转换为与之对应的IP地址的分布式命名系统。简单地说，DNS充当了互联网上的“电话簿”，将易于记忆的域名映射到计算机能够理解的IP地址上

层次域名空间

层次域名空间是指域名系统（DNS）中的域名按照层次结构进行组织和管理的空间。在层次域名空间中，域名按照从右向左的顺序，通过点号（.）分隔，形成一个层次结构，每一级域名都代表了一个特定的网络或组织

包括顶级域名（Top-Level Domain，TLD）、二级域名（Second-Level Domain）、子域名（Subdomain）

  1. 顶级域名（TLD）：顶级域名是域名中最高一级的域名，通常表示国家、地区、组织类型等。常见的顶级域名包括国家代码顶级域名（ccTLD，如.cn、.uk、.jp）和通用顶级域名（gTLD，如.com、.net、.org）等
  2. 二级域名（Second-Level Domain）：二级域名是位于顶级域名下面的一级域名，通常表示组织、企业、机构等。例如，在域名example.com中，"example"就是二级域名
  3. 子域名（Subdomain）：子域名是位于二级域名或更高级域名下面的域名。通过在已有域名的前面添加一个子域名，可以实现对域名空间的更细粒度的划分。例如，在域名www.example.com中，"www"就是一个子域名

域名解析过程

域名解析过程是将用户输入的域名转换为对应的IP地址的过程。这个过程涉及到多个域名服务器的协作，通常包括本地域名服务器、递归域名服务器和权威域名服务器

  1. 用户输入域名：用户在浏览器地址栏或其他应用程序中输入一个域名（例如：www.example.com）
  2. 本地域名服务器查询：操作系统会向本地域名服务器发送域名查询请求。本地域名服务器通常由用户的互联网服务提供商（ISP）或者企业内部维护，它会首先查看本地缓存，如果在缓存中找到了域名对应的IP地址，则直接返回结果给用户。如果本地缓存中没有找到对应的解析结果，则本地域名服务器会继续向递归域名服务器发送查询请求
  3. 递归查询：如果本地域名服务器不知道域名对应的IP地址，它会向递归域名服务器发送查询请求。递归域名服务器是负责向其他域名服务器发送递归查询请求的域名服务器，它会根据域名的层次结构，逐级向上查询，直到找到正确的解析结果或者到达根域名服务器
  4. 权威查询：递归域名服务器在查询过程中，会向根域名服务器、顶级域名服务器和权威域名服务器发送查询请求，直到找到正确的解析结果。权威域名服务器是负责存储和管理特定域名的解析信息的域名服务器，当它收到查询请求时，会直接返回对应的解析结果给递归域名服务器
  5. 返回解析结果：递归域名服务器将获取到的解析结果返回给本地域名服务器，然后本地域名服务器将结果返回给用户的操作系统。用户的操作系统将解析结果保存在本地缓存中，以便将来的查询请求可以直接从缓存中获取结果
  6. 建立连接：用户的操作系统根据获取到的IP地址，建立与目标服务器的连接，并开始进行通信。例如，用户的浏览器会向目标服务器发送HTTP请求，获取网页内容

FTP协议

FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）是用于在计算机网络上进行文件传输的标准协议。它允许用户在客户端和服务器之间传输文件，并支持对文件的上传、下载、删除、重命名等操作。FTP协议基于客户端-服务器架构，通常使用TCP协议进行通信

工作原理：

  1. 客户端：FTP客户端是用户用来访问和管理远程文件的软件程序。用户可以通过FTP客户端连接到远程FTP服务器，并执行各种文件操作。常见的FTP客户端包括FileZilla、WinSCP、CuteFTP等
  2. 服务器：FTP服务器是用来存储文件并提供文件访问服务的计算机或软件程序。FTP客户端通过与FTP服务器建立连接，可以上传、下载和管理文件。常见的FTP服务器软件包括vsftpd、ProFTPD、FileZilla Server等
  3. 控制连接：FTP客户端和服务器之间建立的控制连接负责传输FTP命令和响应，用于控制文件传输的过程。控制连接通常使用TCP的21端口
  4. 数据连接：FTP客户端和服务器之间建立的数据连接负责实际传输文件的数据。FTP协议使用两种不同的数据传输模式：主动模式（Active Mode）和被动模式（Passive Mode），用于解决客户端和服务器之间的NAT和防火墙等网络环境下的连接问题

电子邮件

在这里插入图片描述

  1. 邮件服务器：邮件服务器是负责存储和转发电子邮件的计算机系统。它分为两类：收件服务器和发件服务器。收件服务器接收和存储接收到的电子邮件，等待用户通过电子邮件客户端来检索；发件服务器接收用户通过电子邮件客户端发送的邮件，并将邮件转发到目标收件服务器

  2. 电子邮件客户端：电子邮件客户端是用户用来发送、接收和管理电子邮件的软件程序。它可以是桌面软件（如Microsoft Outlook、Mozilla Thunderbird）、Web应用（如Gmail、Outlook.com）或移动应用（如iOS的Mail、Android的Gmail应用）等。用户通过电子邮件客户端来编写邮件、查看收件箱、发送邮件、管理联系人等

  3. 电子邮件协议：电子邮件协议是用于在邮件服务器和电子邮件客户端之间进行通信和数据传输的规范。常见的电子邮件协议包括SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）、POP3（Post Office Protocol version 3，邮局协议第3版）、IMAP（Internet Message Access Protocol，互联网邮件访问协议）等。SMTP协议用于发送邮件，POP3和IMAP协议用于接收邮件

工作流程：

  1. 发件人使用电子邮件客户端编写邮件，并填写收件人的电子邮件地址

  2. 发件人的电子邮件客户端将邮件发送到发件服务器

  3. 发件服务器使用SMTP协议将邮件转发到收件服务器

  4. 收件服务器将邮件存储在收件人的邮箱中

  5. 收件人使用电子邮件客户端访问收件服务器，通过POP3或IMAP协议下载邮件

  6. 收件人使用电子邮件客户端查看、回复、转发或删除邮件

WWW

WWW（World Wide Web，万维网）是一种基于互联网的信息交流系统，它是由许多相互链接的超文本文档组成的全球信息网络。WWW是互联网上的一部分，但并不等同于互联网，它是互联网上最广泛使用的服务之一

组成结构：

  1. 超文本文档（HTML文档）：WWW的核心组成部分是超文本文档，通常使用HTML（Hypertext Markup Language，超文本标记语言）编写。超文本文档由文本、图像、链接、多媒体等元素组成，可以通过超链接相互连接起来。用户通过浏览器软件（如Chrome、Firefox、Safari）来访问和浏览超文本文档
  2. URL（统一资源定位符）：URL是用于标识和定位互联网上资源的地址。它由协议类型、主机名、路径等部分组成，用户可以通过URL来访问超文本文档或其他网络资源。例如，http://www.example.com/index.html 是一个URL，表示访问www.example.com网站上的index.html页面
  3. HTTP协议：HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于在WWW中传输超文本文档的协议。它定义了客户端和服务器之间的通信规范，客户端通过HTTP请求发送请求给服务器，服务器通过HTTP响应返回相应的数据给客户端
HTTP

HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于在客户端和服务器之间传输超文本文档和其他数据的协议

操作过程：

  1. 建立连接：

    客户端（例如浏览器）向服务器发送连接请求

    服务器接受连接请求，建立与客户端的连接

  2. 发送请求：

    客户端发送HTTP请求给服务器，请求的内容包括请求方法、URL、HTTP版本号、请求头部和请求体

    请求方法（HTTP Method）指示了客户端要执行的动作，常见的方法包括GET、POST、PUT、DELETE等

    URL（Uniform Resource Locator，统一资源定位符）指示了客户端要访问的资源的地址

    请求头部包含了关于请求的各种信息，如请求的主机、用户代理、可接受的响应内容类型等

    请求体包含了要发送给服务器的数据，通常在使用POST方法时才会包含请求体

  3. 处理请求：

    服务器接收到请求后，根据请求中的URL和其他信息，找到对应的资源并进行相应的处理

    服务器可能需要执行一系列操作来处理请求，如读取文件、查询数据库、处理逻辑等

  4. 发送响应：

    服务器根据请求的处理结果，生成HTTP响应并发送给客户端

    响应包括状态行、响应头部和响应体

    状态行包含了HTTP版本号、状态码和状态消息，状态码表示了请求处理的结果，常见的状态码包括200（成功）、404（未找到）、500（服务器内部错误）等

    响应头部包含了关于响应的各种信息，如响应的内容类型、长度、编码方式等

    响应体包含了服务器返回给客户端的实际数据，如HTML页面、图片、JSON数据等

  5. 关闭连接：

    客户端接收到完整的响应后，根据需要可能会继续发送其他请求，或者关闭与服务器的连接

    服务器在完成响应后，也会关闭与客户端的连接，释放资源

报文结构

HTTP报文是在客户端和服务器之间传输的数据包，分为请求报文和响应报文两种类型。每种类型的报文都由起始行（start line）、头部字段（header fields）、空行（CRLF，回车换行符）、消息体（message body）组成

在这里插入图片描述

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请求报文：

HTTP请求报文结构包括起始行、头部字段、空行和消息体

  1. 起始行（Start Line）：

    包含请求方法、请求目标（URL）、HTTP协议版本。
    格式如下：

  2. 头部字段（Header Fields）：

    包含了一系列键值对，用于描述请求的各种属性和要求

    每个键值对以冒号分隔，格式如下：Header-Name: Header-Value

    可能包含多个头部字段，如Host、Content-Type、User-Agent等

  3. 空行（CRLF）：

    用于标识头部字段的结束，即头部字段的最后一行后面是一个空行

    表示头部字段与消息体的分隔

  4. 消息体（Message Body）：

    可选的，包含了实际要发送给服务器的数据

    在一些请求中（如GET请求）可能没有消息体；而在一些请求中（如POST请求）则可能包含了请求的数据

    消息体的格式和内容取决于请求的类型和需求

eg：
GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/97.0.4692.71 Safari/537.36
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: en-US,en;q=0.9

响应报文：

HTTP响应报文结构包括起始行、头部字段、空行和消息体

  1. 起始行（Start Line）：

    包含HTTP协议版本、状态码和状态消息

    格式如下：

  2. 头部字段（Header Fields）：

    包含了一系列键值对，用于描述响应的各种属性和信息

    每个键值对以冒号分隔，格式如下：Header-Name: Header-Value

    可能包含多个头部字段，如Content-Type、Content-Length、Server等

  3. 空行（CRLF）：

    用于标识头部字段的结束，即头部字段的最后一行后面是一个空行

    表示头部字段与消息体的分隔

  4. 消息体（Message Body）：

    可选的，包含了服务器返回给客户端的实际数据

    消息体的格式和内容取决于响应的类型和需求

eg：
    
HTTP/1.1 200 OK
Date: Sun, 10 Apr 2022 12:00:00 GMT
Server: Apache/2.4.38 (Ubuntu)
Content-Length: 1234
Content-Type: text/html

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Example Page</title>
</head>
<body>

<p>This is an example page.</p>

</body>
</html>

ate: Sun, 10 Apr 2022 12:00:00 GMT
Server: Apache/2.4.38 (Ubuntu)
Content-Length: 1234
Content-Type: text/html

Example Page

This is an example page.

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