第九章应用层（ application layer ）

第九章应用层（application layer） • 应用层：直接为用户的应用进程提供服务。由若干的应用进程或程序组成。 • 应用层的作用：是用户的应用程序与网络之间的接口。使用户的应用程序能够与网络进行交互。 • 网络上的应用： • USENET（新闻组）、email（电子邮件）、WWW浏览、FTP（文件传输） • 多媒体（远程教育、远程医疗、IP电话、电视电话会议、电子商务等）

9.1 域名系统DNS（domain name system） • MAC地址：数据链路层中寻址使用，是网络设备的物理地址。 • 网络地址：用于网络层中的寻址，用二进制表示。 • 远程地址：应用层使用，用ASCII码字符串表示，——主机名方式，使地址能具有一定的语义内容，便于用户记忆。 • 实际上，网络本身使用的是二进制的网络地址，需要有一种手段，把远程地址与网络地址建立映射关系。DNS就是设计用于完成这种映射工作的系统。

1、DNS（RFC 1034）：域名系统，用于进行主机名字与IP地址之间的转换。 • DNS的核心：分级的、基于域的命名机制和用于实现该命名的分布式数据库系统。主要用于把主机名和电子邮件地址映射为IP地址。 • 域名服务的三大要素： • 1、域（Domain）和域名(Domain name)：域指由地理位置或业务类型而联系在一起的一组计算机构成。 • 2、主机：由域名来标识。域名是由字符和（或）数字组成的名称，用于替代主机的数字化地址（IP地址）。 • 3、域名服务器：提供域名解析服务的主机，通常由其IP地址标识。

2、DNS名字空间：采用层次结构的命名树，如图。2、DNS名字空间：采用层次结构的命名树，如图。

3、域名的组成： • 按域的树状结构，从下而上按路径命名，成员用句点分隔。对大小写不敏感（edu = EDU）。成员名最长可达63个字符，路径全名不超过255个字符。 • 若域名取得好，就很容易帮助记忆。如：cs.purdue.edu，美国普渡大学计算机系。 • wzu. edu.cn 温州大学 • cn 代表该域名所属的顶级域 • edu 代表cn中的次级域，即教育部 • wzn代表教育部的次级域温州大学

例：一个flits.cs.vu.nl（荷兰主机）上的解析器，想知道linda.cs.yale.edu（美国主机）的IP地址，在名字服务器上的查询过程如下：例：一个flits.cs.vu.nl（荷兰主机）上的解析器，想知道linda.cs.yale.edu（美国主机）的IP地址，在名字服务器上的查询过程如下： • 如果本地名字服务器对被查询域一无所知，它可能会询问一些邻近的名字服务器，如果它们也不知道，它就发送一个UDP分组给edu域服务器（edu-server.net）。edu域服务器不可能知道linda.cs.yale.edu的地址，但它肯定知道自己的子域，所以它把查询请求传递给yale.edu名字服务器。yale.edu名字服务器再把请求传递给cs.yale.edu名字服务器。cs.yale.edu名字服务器一定有权威的资源记录，它找到对应的资源记录，并返回给查询方cs.vu.nl名字服务器。cs.vu.nl名字服务器，将该资源记录存入缓存，以便日后使用。缓存记录不能保持太久。这就是每条资源记录中包含生存时限（time-to-live）字段的原因，用于告诉远程的名字服务器将该记录缓存多久。 • 6、与域名有关的工具软件Nslookup

9.2 应用层协议 • 一、万维网（WWW：world wide web） • WWW是一种特殊的结构框架，用于访问遍布在因特网上数以千计机器上的链接文件，属客户-服务器系统。 • 功能：提供包括文本、图形、声音和视频等在内的多媒体信息的浏览。 • 1、服务器： • 每个服务器站点有一个服务监听（TCP 80）端口，看是否有从客户端（浏览器）过来的连接。连接建立起来后，使用HTTP（超文本传输协议）支持客户请求和服务器应答，通信结束后释放该连接。 • 2、客户机：指在Internet上请求WWW页面的用户计算机。

主页（homepage）：每一页面可以包含到世界任何地方的其他相关页面的链接。主页（homepage）：每一页面可以包含到世界任何地方的其他相关页面的链接。 • 超文本（hyertext）： • 超媒体： • 浏览器（browser）：用于观看页面的程序。完成取页面、解释文本、格式化命令、显示等功能。常见的浏览器有：internet explore（ie，微软），netscape，mosaic等。 • 超链接（hyper link）：页面中链接到其他页面的文本串。用某种特殊显示（如带下划线，某种颜色，光标的特殊形状等）。 • 书签（bookmark）：用于在某一指定页面上建立一个书签，可用对应的书签列表对该页面再次访问。

注意： • WWW服务使用超文本传输协议HTTP（Hyper Text Transfer Protocol），但并非所有的服务器都使用HTTP，有些较老的服务器使用FTP，Gopher或其他协议。可使用代理服务器（proxy server）（软件，作用类似网关），作为不同协议机器之间的中间人，也可起到缓存页面的功能。 • 3、WWW的访问实现 • 4、HTML（hypertext markup language）超文本标注语言专门用于WWW的编程语言，用于描述超文本（超媒体）各个部分的构造，告诉浏览器如何显示文本，怎样生成与别的文本或图象链接的链等。可用于描述静态的www页面（包括表、图像）。

4、JAVA：使用JAVA语言可实现具有高度交互性的页面。JAVA由sun microsystem公司开发，是一个面向对象的程序语言。一个页面可以指向一个JAVA小应用程序（java applet），以实现交互功能。浏览器把页面和小应用程序一起下载，在本地运行该应用程序（解释执行），以实现动画、声音、计算等功能。 • 5、URL（uniform resource locator）：统一资源定位器。是WWW上的一种编址机制，可以把URL看作一个文件在Internet网上的标准通用地址。 • URL的一般格式： • <通信协议>：<主机>/<路径>/<文件名> • 域名

在许多站点，空文件名缺省为该组织的主页。例如：http://www.w3.org/（万维网组织主页）在许多站点，空文件名缺省为该组织的主页。例如：http://www.w3.org/（万维网组织主页） • 常见的url：ftp://ftp.cs.vu.nl/pub/minix/readme (文件传输) • news://comp.os.minox (新闻组:计算机科学-操作系统-小型操作系统) • gopher://gopher.tc.umn.edu/ll/libraries • telnet://www.w3.org:80 (远程登录)

4、IIS(Internet Information Server)简介 • 内置在操作系统中的网络文件和应用服务器，提供了Internet服务器应用程序编程接口（ISAPI）和公共网关接口（CGI）。 • 核心组件： Internet信息服务器 • Web服务（WWW Service） • FTP服务（ FTPService） • STMP服务（ STMPService） • NNTP服务（ NNTPService） • 索引服务器 • 认证服务器 • 5、配置Web网站的有关概念： • 一台Web服务器可以支持多个网站：这多个网站，每个网站具有唯一的标识

二、文件传输服务 • 1、概念： • 文件传输：指用户直接将远程文件拷入本地系统或将本地文件拷入远地系统。 • 文件传输协议FTP（File Transfer Protocol）：用于在TCP/IP网络上两台计算机间进行文件传输的协议。 • 下载（download)：将远程主机上软件、文字、图片、图象与声音信息转道本地硬盘上 • 2、FTP的工作模式：使用客户机/服务器模式 • 3、FTP的使用： • 1）交互方式或批处理方式 • 2）客户工具软件： CuteFTP、NetAnts、LeapFTP等

三、电子邮件（email) • 1、电子邮件系统的功能和组织 • 有2个子系统： • ①用户代理（user agent）：本地程序，提供交互界面，允许人们读取和发送电子邮件。 • ②消息传输代理（message transfer agent）：后台运行的系统幽灵程序，在系统间传输电子邮件。 • 电子邮件系统的功能： • ①撰写：创建消息和回答。 • ②传输：将消息从寄出者送到接收者的信箱。 • ③报告：告诉寄出者消息传输的情况。 • ④显示：调用电子邮件程序，读取和显示收到的消息。 • ⑤处理：对收到的消息的处理方法。

2、消息格式 • 消息的组成：一个基本信封（RFC 821 中定义），几个头字段，消息主体。（三部分） • 头字段含义 • To：第一收件人的电子邮件地址。 • Cc：第二收件人的电子邮件地址。 • Bcc：盲抄送的电子邮件地址。（在第一、第二收件人不知道的情况下，把邮件拷贝发给第三人） • From：撰写消息的个人名字（电子邮件地址）Sender：实际发件人的电子邮件地址（秘书） • Received：传送途中，每个传送代理加上的一行内容。 • Return-Path：用于标识返回发件人的路径。（由最后一个消息传输代理添加）

3、消息传输 • a)简单邮件传输协议（SMTP：simple mail transfer protocol）：电子邮件幽灵程序（daemon） • 在因特网中，通过在源机器和目的机器的25号端口之间建立TCP连接，来传递电子邮件。SMTP程序监听（25）号端口的信号，接收到来的连接，并将消息拷贝到合适的邮箱中。 • b)电子邮件网关（email-gateway） • 地址映射，消息格式转换。

当用户发送邮件时，本地邮件设施确定地址是本地的还是需要与远程站点连接。在后一个情况下，本地邮件设施将文件存储起来（就好象将信放在信箱里），等待客户S M T P。当客户S M T P投递邮件时，它首先调用T C P与远程站点建立一个连接。连接成功后，客户和服务器S M T P交换分组，最终递送邮件。在远程端，本地邮件设施收到邮件，并将它递送给指定的接收者。

c)电子邮件服务器 • 个人PC与电子邮件服务器（远程邮箱）建立通信连接，通过特定的传输协议，实现消息传送。 • ①POP3（post office protocol）邮局协议： • ②IMAP（interactive mail access protocol） • 交互式电子邮件访问协议： • ③DMSP（distributed mail system protocol）分布式电子邮件系统协议： • d)电子邮件处理工具 • ①过滤器（filter）： • ②转发邮件： • ③假期幽灵程序：

四、USENET新闻 • USENET是一个分散的公告板系统，组织了一万多个专题小组，提供新闻广播服务。 • USENET和因特网并非一回事。 • 1、USENET的使用 • 一个新闻组： • 订户： • 新闻阅读器： • 新闻组的层次结构： • 例： comp.ai 人工智能 • comp(计算机科学) comp.lang.c C语言 • comp.database 数据库

五、电子公告牌（BBS：bulletin board system） • 电子信息服务系统，又称电子公告板，使用户以简单的终端形式进行连接，为网络用户进行网上交谈、发布消息、学习交流、游戏提供方便。 • BBS的特点：小数据量传递和实时交互。

9.3 网络管理（network management） • 一、现代网络管理的范畴 • ①网络中各种资源的统一编址和记录。 • ②通信双方之间最经济的通路的建立。 • ③当有新交换结点入网或撤销某个交换结点时，及时通知有关结点。 • ④网络的使用一般是有偿的，需要记录网络资源使用情况，以便计算费用。 • ⑤状态检测、差错和故障的报告、故障的定位和恢复。 • ⑥网络性能统计分析。

二、网络管理的定义： • 狭义的网络管理：仅仅指网络的通信量（traffic）管理。 • 广义的网络管理：指网络的系统管理。 • 三、网络管理分类（OSI网络管理标准）： • 1、系统管理（管理整个OSI系统） • ⑴配置管理（configuration）； • ⑵故障管理（fault）； • ⑶性能管理（performance）； • ⑷安全管理（security）； • ⑸计费管理（accounting） • 2、层管理（管理某一个层） • 3、层操作（只对一个层中管理通信的一个实体进行管理）

四、简单网络管理协议SNMP：（RFC 1157）1988年8月 • 1、SNMP的基本功能：监视网络性能、检测分析网络差错和配置网络设备。 • 2、SNMP模型：有4个组成部分 • 1）管理结点：主机、路由器、网桥、打印机，以及任何可以与外界交流状态信息的设备。 • 2）管理站：一台运行特殊管理软件的普通计算机，用于网络管理。 • 3）管理信息：SNMP详细规定每种代理应维护的信息以及提供信息的格式。 • 4）管理协议：管理站使用SNMP协议与代理通信。

9.4 网络安全 • 一、网络安全的概念 • 主要解决数据保密和确证的问题 • 确证信息确证：信息没有被修改和伪造 • 用户确证：双方均为合法用户 • 二、网络安全面临的主要威胁 • 截获、中断、纂改、伪造 • 如黑客侵袭、计算机病毒（Boot区病毒、感染文件的病毒、多形体病毒、蠕虫病毒、宏病毒等）

三、网络安全措施 • 数据保密措施： • 物理层：电缆的密封套中充入高压的氩气 • 链路层：链路加密——每个帧编码后再发出 • 网络层：采用防火墙技术过滤分组 • 传输层：整个连接都可以加密 • 确证：在应用层得以解决 • 四、数据加密技术

1、数据加密概述 • 在发送端，明文X使用加密算法E和加密密钥Ke得到密文Y=Eke（X）。 • 在接收端，利用解密算法D和解密密钥Kd，解出明文X=DKd（Y）。 • 在传送过程中可能会出现密文截取者，称入侵者。明文X 一般数据加密模型

2、传统加密技术 • 1）替代密码：用一组密文字母代替一组明文字母以隐藏明文，位置不变。 • 恺撒密码 a b c d e bed • D E F G H EHG • 单字母表替换词频 e t o a n I; th in er re an • 多张密码字母表替换（26张） • 密钥 c o m p u t e r c o m p u t e r c o m p u • 明文 p l e a s e g i v e m e a c u p o f t e a

2）换位密码：将明文字母的次序进行重新排列2）换位密码：将明文字母的次序进行重新排列 • 密钥 c o m p u t e r • 1 4 3 5 8 7 2 6 • 明文 p l e a s e e x • e c u t e t h e • l a t e s t s c • h e me a b c d • 密文: PELHEHSCEUTMLCAEATEEXECDETTBSESA

3、秘密密钥算法

4、公开密钥算法： • 加密密钥和解密密钥不同，并分开。 • 每一用户都有一对选定的密钥，加密密钥公开，解密密钥只有解密者自己知道。 • 主要解决数据加密和身份认证问题 • 典型代表：RSA算法 • 5、数字签名

第九章应用层（ application layer ）