计算机网络基础

应用层
- FTP 与 EMail
- - 文件传输协议 FTP
  - 电子邮件 EMail
  - - 主要组成部分
    - SMTP
    - - 概述
      - SMTP 与 HTTP1.1
    - 邮件报文格式
    - - 报文格式
      - 多媒体扩展 MIME
    - 邮件访问协议
    - - 概述
      - POP3
      - IMAP
- DNS
- - 概述
  - 域名结构
  - 工作机理
  - - 集中式设计
    - 分布式、层次数据库
    - - 根 DNS 服务器
      - 顶级域 DNS 服务器
      - 权威 DNS 服务器
      - 本地DNS服务器
    - DNS 缓存
  - 记录和报文
  - - 资源记录
    - 报文

大家好呀！我是小笙，本章我主要分享计算机网络基础 - 应用层(2)学习总结，希望内容对你有所帮助！！

应用层

FTP 与 EMail

文件传输协议 FTP

有状态的协议
向远程主机上传输文件或从远程主机接收文件
ftp服务器端口号为 21

FTP客户端与FTP服务器上传下载过程

FTP客户端与FTP服务器通过端口 21 联系，并使用TCP作为传输协议
客户端通过控制连接获得身份确认
客户端通过控制连接发送命令浏览远程目录并上传/下载文件
收到一个文件传输命令时，服务器打开一个到客户端的数据连接
一个文件传输完成后，服务器关闭连接
服务器打开第二个TCP数据连接用来传输另一个文件

注意：建立的控制连接和数据连接不在同一个进程端口上

建立数据连接的模式

主动模式时，服务器的20号端口主动与客户端的随机端口建立传递数据的连接
被动模式时，服务器告知客户端，让其与服务器的某一指定端口建立数据连接，但客户端的端口依然是随机的

电子邮件 EMail

电子邮件是一种异步通信媒介，现代电子邮件具有许多强大的特性，包括具有附件、超链接、 HTTP 格式文本和图片的报文

主要组成部分

用户代理 又名 “邮件阅读器”
- 撰写、编辑和阅读邮件如Outlook、Foxmail
- 输出和输入邮件保存在服务器上
邮件服务器
- 邮箱中管理和维护发送给用户的邮件
- 输出报文队列保持待发送邮件报文
简单邮件传输协议 SMTP
- 客户：发送方邮件服务器
- 服务器：接收端邮件服务

SMTP

概述

SMTP 是因特网电子邮件的核心，用于从发送方的邮件服务器发送报文到接收方的邮件服务器

持久性链接
报文必须为7位 ASCII 码
使用TCP在客户端和服务器之间传送报文，端口号：25
直接传输：从发送方服务器到接收方服务器，传输的3个阶段
- 握手
- 传输报文
- 关闭

SMTP 与 HTTP1.1

相同点是两者都使用持续连接的方式

不同点：

HTTP 协议主要是一个 PULL 的协议，STMP 基本上是一个 PUSH 的协议
SMTP 要求每个报文采用7位 ASCII 码，而 HTTP 并没有这种限制
SMTP 可以将一个既包含文本又包含图片的文件放在同一个报文中，但是 HTTP 不行

邮件报文格式

报文格式

报文的首部行：每个首部必须含有一个 From 首部行和一个 To 首部行；一个首部也许包含一个 Subject: 首部行以及其他可选的首部行

多媒体扩展 MIME

一种用于扩展电子邮件消息功能的标准，允许电子邮件不仅限于文本，还可以包含各种格式的内容如图像、音频、视频等

它在多媒体内容传输和Web应用中也被广泛应用
MIME定义了内容类型（如 text/html、image/png、audio/mpeg 等）以及内容编码方式，从而使得浏览器和其他应用程序能够正确处理和显示这些内容
报文的格式

邮件访问协议

概述

SMTP: 传送到接收方的邮件服务器
邮件访问协议：从服务器访问邮件
- POP3：邮局访问协议（Post Office Protocol）；用户身份确认 (代理 <=> 服务器) 并下载
- IMAP：Internet 邮件访问协议（Internet Mail Access Protocol）；在服务器上处理存储的报文
- HTTP

POP3

一个极为简单的邮件访问协议（本地管理文件夹）

工作过程

当用户代理打开了一个到邮件服务器(服务器)端口 110 上的 TCP 连接后， POP3就开始工作了

用户代理发送(以明文形式)用户名和口令以鉴别用户
用户代理取回报文，同时在这个阶段用户代理还能进行如下操作，对报文做删除标记，取消报文删除标记，以及获取邮件的统计信息
在客户发出了 quit 命令之后，目的是结束该 POP3 会话；这个时候该邮件服务器删除那些被标记为删除的报文

注意

可以使用下载并删除、下载并保留两种模式
- 下载并删除模式：如果改变客户机，客户就不能阅读邮件
- 下载并保留模式：不同客户机上为报文进行拷贝
在用户代理与邮件服务器之间的POP3会话期间，该POP3服务器保留了一些状态信息，特别是记录了哪些用户报文被标记为删除了；然而，POP3服务器并不在POP3会话过程中携带状态信息，会话中不包括状态信息大大简化了POP3服务的实现（在会话中是无状态的）

IMAP

一种用于电子邮件客户端与邮件服务器之间通信的协议（远程管理文件夹）

它允许用户在服务器上管理和访问电子邮件，而不仅仅是下载到本地客户端；IMAP特别适合于需要在多个设备上访问相同邮箱的场景，例如在手机、电脑和其他设备上查看邮件

IMAP 服务器将每个报文与一个文件夹联系起来
允许用户用目录来组织报文
允许用户读取报文组件
在会话过程中保留用户状态：目录名、报文ID与目录名之间映射

DNS

概述

为其他应用提供服务的应用

运行在UDP之上端口号为53的应用服务
核心的 Internet 功能，但以应用层协议实现，在网络边缘处理复杂性

DNS 主要用来做什么？

主要目的

ip 地址（ip 地址标识主机、路由器）不好记忆，不便人类使用，一般倾向于使用一些有意义的字符串来标识 Internet上的设备，例如：百度 https://www.baidu.com/baidu

然而路由器则喜欢定长的、有着层次结构的 ip 地址，例如：127.0.0.1

因此为了折中这些不同的方式，需要一种能进行主机名到 ip 地址转换的应用服务

其它目的

主机别名到规范名字的转换
邮件服务器别名到邮件服务器的正规名字的转换
负载均衡：当客户对映射到某地址集合的名字发出一个 DNS 请求时，即服务器用 ip 地址的整个集合进行响应，但在每个回答中循环这些地址次序

域名结构

每个(子)域下面可划分为若干子域，树叶是主机
域名：从本域往上，直到树根；中间使用 “.” 间隔不同的级别，例如：www.baidu.com

域与物理网络无关

域遵从组织界限，而不是物理网络
- 一个域的主机可以不在一个网络
- 一个网络的主机不一定在一个域
域的划分是逻辑的，而不是物理的

工作机理

集中式设计

客户直接将所有查询直接发往单一的 DNS 服务器，同时该 DNS 服务器直接对所有的查询客户做出响应。尽管这种设计的简单性非常具有吸引力，但它不适用于当今的因特网，因为因特网有着数量巨大的主机，存在如下问题

单点故障：如果该 DNS 服务器崩溃，整个因特网随之瘫痪
通信容量：单个 DNS 服务器不得不处理所有的 DNS 查询（上亿台）
远距离的集中式数据库：单个 DNS 服务器不可能"邻近"所有查询客户
维护：单个 DNS 服务器将不得不为所有的因特网主机保留记录

分布式、层次数据库

为了处理扩展性问题， DNS 使用了大量的 DNS 服务器，它们以层次方式组织，并且分布在全世界范围内。大致分成3种类型的 DNS 服务器，根 DNS 服务器、顶级域 DNS 服务器和权威 DNS 服务器

根 DNS 服务器

根名字服务器由 13个不同的组织管理（根名字服务器提供 TLD 服务器的 ip 地址）

顶级域 DNS 服务器

对于每个顶级域和所有国家的顶级域都有 TLD 服务器(或服务器集群) (TLD 服务器提供了权威 DNS 服务器的 ip 地址)

通用的（.com、.edu、.int 等等）
国家的（.cn、.us、.nl等等）

权威 DNS 服务器

组织机构的DNS服务器，提供组织机构服务器（如Web和mail）可访问的主机和 ip 之间的映射（组织机构可以选择实现自己维护或由某个服务提供商来维护）

本地DNS服务器

严格说来，一个本地DNS服务器并不属于该服务器的层次结构，但它对DNS层次结构是至关重要

主机的本地DNS服务器通常“邻近”本主机。当主机发出DNS请求时，该请求被发往本地DNS服器，它起着代理的作用，并将该请求转发
到DNS服务器层次结构中，详细的调用过程如下两种

递归查询

名字解析负担都放在当前联络的名字服务器上，解决方式：迭代查询

迭代查询

根（及各级域名）服务器返回的不是查询结果，而是下一个 DNS 的地址
最后由权威名字服务器给出解析结果

DNS 缓存

为了改善时延性能并减少在因特网上到处传输的DNS报文数量，DNS广泛使用了缓存技术

DNS缓存的原理非常简单。在一个请求链中，当某DNS服务器接收一个DNS回答（包含某主机名到 ip 地址的映射）时，它能将映射缓存在本地存储器中
由于主机和主机名与 ip 地址间的映射并不是永久的，DNS服务器在一段时间后（通常设置为两天）将丢弃缓存的信息

记录和报文

资源记录

作用：维护域名 - ip 地址(其它)的映射关系
位置：Name Server的分布式数据库中
RR格式: （Domain_name，Ttl，Type，Class，Value）
- Domain_name: 域名
- Ttl: time to live : 生存时间，决定了资源记录应当从缓存中删除的时间
- Class 类别：对于Internet，值为 IN
- Value 值：可以是数字，域名或ASCII串
- Type 类别：资源记录的类型

对于不同的 Type 类型，转换的方式不同，如下