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1、第九章应用层9.1 应用层基本概念v 按照ISO的OSI模型，应用层是最高层，而在TCP/IP模型中应用层同样也处在最高层。随着Internet技术的迅速发展，以TCP/IP模型为代表的应用层协议正在不断丰富和完善。v 域名系统（Domain Name System，DNS），用于管理和提供主机或设备的名字与IP地址之间映射关系的服务。v 文件传送协议（File Transfer Protocol，FTP），用于在网络中实现交互式的文件传送。v 简单传送协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP），用于在网络中的传输。v 远程登录协议（Telnet），用于在网络
2、中实现远程登录。v 超文本传送协议（Hyper-text Transfer Protocol，HTTP），用于在Internet中提供服务。v 应用层协议可分为三类：v 依赖于面向连接的TCP：这一类包括远程登录协议TELNET，电子协议SMTP和文件传输协议FTP等。v 依赖于无连接的UDP：这一类包括单纯文件传输协议TFTP，远程过程调用协议RPC等。v 既依赖于TCP又依赖于UDP的协议：这一类有域名系统协议DNS等。客户机/服务器模型v Internet中提供的应用层服务很多都使用了客户机/服务器模型为基础。v 客户机/服务器模型是在分布式计算中，一个应用程序被动地等待，而另一个应用程
3、序通过请求启动通信的模式。v 客户机(Client)和服务器(Server)分别指两个应用程序。客户机向服务器发出服务请求，服务器做出响应。服务器应处于守候状态，并监测客户机的请求。客户机发出请求，该请求经互联网传送给服务器。一旦服务器接收到这个请求，就可以执行请求指定的任务，并将执行的结果经互联网回送给客户机。v 一台主机上通常可以运行多个服务器程序，每个服务器程序需要并发地处理多个客户机的请求，并将处理的结果返回给客户机。v 服务器程序通常比较复杂，对主机的硬件资源及软件资源都有一定的要求。v 客户机程序由于功能相对较简单，通常不需要特殊的硬件和高级的网络操作系统。v 客户机/服务器模型不
4、但很好地解决了互联网应用程序之间的同步问题，而且其非对等相互作用（客户机请求服务，服务器提供服务）的特点很好地适应了互联网资源分配不均的客观事实。v 由于一个主机可以运行多个服务器程序，必须提供一套机制让客户机程序无二义性地指明所希望的服务。这种机制要求赋予每个服务一个唯一的标识，同时要求服务器程序和客户机程序都使用这个标识。v 当服务器程序开始时，首先在本地主机上注册自己提供服务所使用的标识。在客户机需要使用服务器提供的服务时，则利用服务器使用的标识指定所希望的服务。一旦运行服务器程序的主机接收到一个具有特定标识的服务请求，它就将该请求转交给注册该特定标定标识的服务器程序处理。v 在TCP/
5、IP互联网中，服务器程序通常使用TCP协议或UDP协议的端口号作为自己的特定标识。在服务器程序启动时，首先在本地主机注册自己使用的TCP或UDP端口号，这就意味着在声明该端口号已被占用的同时，通知本地主机，如果在该端口上收到信息，则需要将这些信息转交给注册该端口号的服务程序处理。在客户机程序需要访问某个服务时，可以通过与服务器程序使用的TCP端口建立连接或直接向服务器程序使用的UDP端口发送信息来实现。v 服务器处理多个并发请求的方案： 重复服务器（Iterative Server)方案：服务器程序中包含一个请求队列，客户机清求到达后，首先进入队列中等待，服务器按照先进先出（First In,
6、 First Out)的原则顺序做出响应。重复服务器对系统资源要求不高，但一旦服务器需要较长时间才能完成一个请求，其他请求就需要等待很长时间才能得到响应。重复服务器一般用于处理可在预期时间内处理完的请求，针对于面向无连接的客户机/服务器模型。 并发服务器（Concurrent Server)方案：并发服务器是一个守护进程（Daemon），在没有请求到达时，它处于等待状态。一旦客户机请求到达，服务器立即为之创建一个子进程，然后回到等待状态，由子进程响应请求。当下一个请求到达时，服务器再为之创建一个新的子进程。并发服务器称为主服务器（Master)，子进程称为从服务器（Slave)。并发服务器方案
7、具有实时性和灵活性的特点，但由于创建从服务器会增加系统开销，对主机的软硬件资源要求较高。一般用于处理不能在预期时间内处理完的请求，针对于面向连接的客户机/服务器模型。9.2.1 域名系统DNS (Domain Name Server)v IP 地址虽然包含网络号和主机号，但难于记忆、无法通过IP地址猜测主机的用途，因此必须用更友好的、便于记忆的名字来代替数字 IP 地址。 主机名字要求全局唯一的，即能在整个Internet通用； 要便于管理，Internet中主机名字管理工作包括名字分配、确认和名字回收等； 一致性好，不会随IP地址的改变而改变； 第三要便于映射，即便于名字与IP地址之间的映射
8、。域名系统v 一种优秀的命名机制应能很好地解决： 全局唯一性：在整个互联网上是唯一的，它能在整个互联网中通用，不管用户在哪里，只要指定这个名字就可以唯一地找到这个主机。 名字便于管理:优秀的命名机制就以助记词便地分配名字、确认名字以及回收名字。 高效地进行映射：IP地址与名字之间存在映射。域名系统DNSv IP地址可以惟一标识网络上的任何一台主机或其它设备资源，但这需要使用者记忆大量冗长和无任何含义的一长串枯燥乏味的数字，这对于网络应用而言无疑增加了难度。为了向用户提供直观易记的主机标识符，TCPIP专门设计了一种分层的名字管理机制，即域名系统DNS（Domain Name System），在
9、IP地址和域名之间自动进行映射和转换。DNS包括字符型的分层主机命名机制（称为域名）和域名地址映射的分布式计算机的实现。域名服务的两个基本概念v 域名注册就是将主机名和 I P地址记录在一个列表或者目录中，注册的方法可以是人工的或者自动的、静态的或者动态的。v 域名解析是一个客户端过程，目的是查找已注册的主机名或者服务器名以便得到相应的I P地址。v 客户机上的解析器将包含网络主机域名的路径描述转换为查询请求。解析器甚至还可以缓存已定位的主机，以加速接通的过程。DNS的特点v 有效 多数名字可以进行本地解析，只有少数名字的解析需经过 Internet 传输。v 可靠 单台名字服务器的故障不会妨
10、碍整个DNS系统正常工作。v 通用 不仅能解析主机域名，还能解析名、网络服务名。v 分布式 由分布在不同地点的一组名字服务器合作来完成名字解析。平面型命名机制v 命名机制 每一主机名简单地由一个字符串组成，没有进一步的层次结构，一般由中央管理机构负责统一命名和分配。 如 MailGFKD, GFKDv 缺点 随着名字数量的增加，名字冲突的可能性越来越大 中央管理机构的工作负担越来越重 地址映射低效层次型命名机制v 在名字中引入层次型结构，其结构层次对应于名字管理机构的层次 每一级机构只负责给它的下级机构授权命名范围 如邮政地址: 中国-XX-XX-NUDT,中国-XX-XX-HNUv 优点 层
11、次化的命名机制更能保证命名的唯一性，只要同一子树下每层结点的标识符不冲突，完整的主机名绝对不会冲突。 在Internet中，采用层次型命名机制刚好与 Internet 结构有某种对应关系域名层次结构v 域名的书写格式是由若干分量组成，每个分量表示某级域名，自左向右以此从低级域名向顶级域名排列，分量之间用句点分隔：v .三级域名.二级域名.顶级域名v 域名不区分大小写，每个分量最多为63个字符长，整个域名的长度不能超过255个字符。域名系统1.端口：它是应用层与传输层之间的接口，应用程序与传输层协议的接口是传输层端口，这些端口是从零开始的数字编号，每种应用程序都在属于它的固定端口上等待来自其他计
12、算机客户的服务请求。2.域名系统：（Domain Name System：DNS）是Internet上主机名称的管理系统，它主要用途是把主机名和电子地址映射为IP地址。DNS的核心是分级的、基于域的命名机制以及为实行这个命名机制的分布式数据库系统。3.资源记录Domain_name Time_to_live Type Class Valuev Domain_name：资源域名。v Time_to_live：生存时间，指出本记录可被缓冲区保存的时间（以秒计），代表记录的稳定性。v Type：记录的类型。资源记录IPv4中最主要的DNS资源记录类型资源记录一个针对cs.vu.nl域的DNS数据库的
13、可能部分Internet域名系统v 由中央管理机构(InterNIC)将最高一级名字空间按用途、国家等划分为若干部分，并将各部分的管理权授予相应机构；v 各管理机构可以将管辖内的名字空间进一步划分若干子部分，并将子部分的管理特权再授予若干子机构;v 主机域名是由多个由.分开的标签组成： 每个标签不能超过63个字符； 全部的标签不能超过255个字符；DNS-国家名码DNS-国际流行域类型域名层次结构域名系统和域名系统服务器v 域名系统服务器只是域名系统中的工具，通过它们不停的工作来实现域名系统的各种功能；v D N S服务器为客户机提供一种方法来存储和搜索其他主机的主机名和 I P地址，这里所说
14、的客户机可以是单独的计算机用户、应用服务器，甚至是其他 D N S服务器。域名服务器v 由于在通信时采用的是IP地址，所以通信前必须将主机的域名转换成IP地址；v 实现域名与IP之间互相转化的系统称之为域名服务系统（Domain Name System，DNS），这个转换过程又称为域名解析（Name Resolution）；v DNS服务器以层次型结构分布在世界各地，使用了分布式的数据库，每台DNS服务器存储一部分域名数据。主机名和域名空间及域名树v 主机名就是计算机在域名系统中使用的名字，每一个主机名及其 I P地址存储在一台或多台D N S服务器中，以便I n t e r n e t中的其
15、他用户可以通过主机名来搜索相应主机的I P地址。v 域名空间是指 I n t e r n e t上所有主机唯一的和比较友好的主机名所组成的空间。v 域名树是域名空间的骨架。域名服务器的层次结构v 一棵名字树可以划分成几个子树，每个子树分配一个管理机构。只要这个管理机构能够保证自己分配的结点名字不重复，完整的主机名就不会重复和冲突。v 每个管理机构可以将自己管理的子树再次划分成若干部分，并将每一部分指定一个子部门负责管理。这样，对整个互联网名字的管理也形成了一个树状的层次化结构。v 一组既独立又协作的域名服务器是域名解析系统的核心。域名服务器保存着它所管辖区域内的域名与IP地址的对照表。请求域名解析服务的软件称为域名解析器，在TCP/IP域名系统中，一个域名解析器可以利用一个或多个域名服务器进行名字映射。域名服务器工作过程名字服务器显示区域划分的部分 DNS 名字空间名字服务器解析器如何通过8个步骤来查找一个远程名字v 在域名解析过程中，只要域名解析器软件知道如何访问任意一个域名服务器，而每一域名服务器都至少知道根服务器的IP地址及其父结点服务器的IP地址，域名解析就可以顺利地进行。v
