Skip to content

应用层

约 2122 个字 4 张图片 预计阅读时间 7 分钟

DNS

简介

Domain Name System（域名系统）的作用是将复杂的IP地址映射为人类可记忆的域名。在最初的ARPANET中使用了一个简单的本地文本文件来存储IP地址到名称的映射，但随着网络的扩大，如果还这么做的话，首先文本文件会很大，其次难以避免冲突，因而需要引入一个专门的系统来管理域名。

在需要解析域名时，电脑上的stub resolver会向local DNS resolver发出请求（其中包含了要解析的域名），local DNS resolver会通过递归或迭代地查询找出映射的结果。

采用递归查询会对根域名服务器造成巨大的开销，因为所有查询都是由根域名服务器在进行，而采用迭代查询将大部分的工作移到了本地，可以减少根域名服务器的负载。

域名

域是名字空间中的一个可被管理的划分，域可以划分为子域，而子域还可以继续划分。每个域名都由标号序列组成，而各标号之间用.隔开。域名是从后往前解析的，比如www.baidu.com中com是顶级域名，baidu是二级域名，www是三级域名，根域名通常被省略，其实域名结尾应该还有一个.表示根域名。

查询流程

DNS 是一个分层的系统，从上到下依次有：

  1. 根域名服务器（root server）
  2. 顶级域名服务器(top-level-dns server)
  3. 权威服务器(authoritative server)
  4. ...

查询时从上到下依次查询

  • 域名和IP都很短小（不超过255个字符），并且域名解析非常常见，故选择使用了UDP
  • 一个16bit长的Transcation Indentifier会被包含到每个请求和被复制到响应中
  • 超时将重发请求，在一定数量的重试后使用其它的域名服务器
  • 使用QNAME Minimization而不是完整的域名（fully qualified domain name）来保护隐私
  • 缓存查询的结果复用，缓存的每一项要包含TTL用于刷新记录

格式

域名解析记录是一个Tuple，由5项组成(domain_name, time_to_live, class, type, value)

常用的类型有：

  1. SOA(Start of Authority)：提供参数
  2. A(Address)：持有一个IPv4地址
  3. AAAA(Quad A)：持有一个IPv6地址
  4. MX(Mail Exchange)：声明用来为特定域名接收邮件的域名
  5. NS(Name of a server for this domain)：声明用于域名和子域名的服务器
  6. CNAME(Canonical Name)：为域名创建别名

EMail

工作流程

  • User Agent(UA)：是一个程序，提供与电子邮件系统交互的接口（图形化或命令行）
  • Mail submission：发送新邮件到文件系统的行为
  • Message Transfer Agent(MTA)：运行在邮件服务器上的系统程序，能够使用SMTP协议自动将邮件从发送者转移至接收者
  • Mailing lists：为表上的每个邮件地址都复制一份消息发送

连接UA和MTA的是：

  • 邮箱：存储收到的邮件
  • 邮件信息的标准格式：RFC822和RFC5322，可能会有multimedia content和international text（MIME）

邮件格式

类似于真实的信件，有：

  • Envelope：封装消息，包含用于转发/路由的信息
  • Content
  • Header：为UA准备的控制信息
  • Body：完全给人类接收者的信息

邮箱地址是收件人邮箱名@邮箱所在主机域名的格式，其中收件人邮箱名在单一邮件服务器上必须唯一，从而确保邮箱地址全局唯一。

MIME

因为SMTP只能传送7位ASCELL码文本邮件，许多其它非英语国家的文字就无法传送，且无法传递可执行文件和其他二进制对象，所以提出了MUME(Multipurpose Internet Mail Extentions)。其本质是一套编码规则，能够将ASCELL内容和非ASCELL内容相互转换。

SMTP 和 POP3

  • SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议，它控制两个相互通信的SMTP进程交换信息。
  • POP(Post Office Protocol)是一个非常简单但功能有限的邮件读取协议，现在使用的版本是POP3，有两种工作方式：“下载并保留”和“下载并删除”
  • IMAP(Internet Message Access Protocol)：比POP复杂很多，提供创建文件、在不同文件夹间移动邮件及在远程文件夹中查询邮件等联机命令，因此需要维护会话状态，另一特性是允许只获取报文的某些部分。
  • HTTP：有些电子邮件是基于Web的，浏览器和邮件服务器之间收发信息使用HTTP，比如gmail

WWW

简介

World Wide Web(WWW)是一个分布式、联机式的信息存储空间，在这个空间中，一切有用的事物都称作资源，并由全局统一资源定位符(URL)标识。这些资源通过HTTP传送给使用者，而使用者通过单击链接来获取资源。

万维网的内核部分是由三个标准组成：URL、HTTP和HTML。URL的一半形式是protocol://host:port/path，不区分大小写。

服务器程序向客户程序发送回客户需要的万维网文档，并返回信息给Web浏览器：

  1. Web用户使用浏览器（指定URL）与Web服务器建立连接，并发送浏览请求
  2. Web服务器把URL转化为文件路径，并返回信息给Web浏览器
  3. 通信完成，关闭连接

超文本传输协议

简介

超文本传输协议(HTTP)定义了浏览器怎样向万维网服务器请求万维网文档，以及服务器怎么把文档传送给浏览器。从协议执行流程来说，浏览器要访问WWW服务时，首先要完成对WWW服务器域名的解析。一旦获取了服务器IP地址，浏览器就通过TCP向服务器发送连接请求。

流程

每个万维网站点都有一个服务器进程，它不断地监听TCP的端口80（默认），当监听到连接请求后便与浏览器建立TCP连接。然后，浏览器就向服务器发送请求获取某个Web页面的HTTP请求。服务器收到请求后，将构建所请求Web页面的必须信息，并通过HTTP响应返回给浏览器。浏览器再将信息进行解释，然后将Web页显示给用户。最后，TCP连接释放。

特点

HTTP 使用TCP作为传输层协议，保证数据的可靠传输，但HTTP本身是无连接的。HTTP是无状态的，也就是说，同一个客户第二次访问同一个服务器上的页面时，服务器的响应与第一次被访问时的状态相同，因为服务器并不记得曾经服务过这个用户。在实际应用中，通常使用cookie加数据库的方式来跟踪用户活动。

HTTP 既可以使用非持续连接（HTTP/1.0），又可以使用持续连接（HTTP1.1支持）。对于非持续连接，每个网页元素对象的传输都需要单独建立一个TCP连接，请求一次的时间为2RTT。对于持续连接，又可以分为非流水线式和流水线方式：

  • 非流水线方式：客户在收到前一个响应后才能发出下一个请求，服务器在发完一个对象后，其TCP连接就处于闲置状态，浪费了服务器资源，连接建立后一次请求的时间是1RTT
  • 流水线方式：客户可以连续发出对各个对象的请求，服务器可以连续响应这些请求

报文结构

HTTP是面向文本的，因此报文中的每个字段都是一些ASCELL码，并且每个字段的长度都是不确定的。有两类HTTP报文：请求报文和响应报文，两种报文都由三个部分组成：

  1. 开始行：在请求报文的开始行称为请求行，而在响应报文中称作状态行。
  2. 首部行：用来说明浏览器、服务器或报文主体的一些信息
  3. 实体主体：在请求报文中一般不用这个字段，而在响应报文中也可能没有这个字段