第8章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

第8章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能是資源共享。隨著通信技術(shù)的發(fā)展和多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，Internet的功能越來(lái)越強(qiáng)大，其用途也更加多樣化，常用的功能有電子郵件的收發(fā)、文件的下載和上傳、萬(wàn)維網(wǎng)的信息瀏覽等。Internet提供的這些功能給我們的日常生活帶來(lái)了極大的便利，那么它們的實(shí)現(xiàn)原理是什么呢？引子【知識(shí)目標(biāo)】

1.學(xué)習(xí)常見(jiàn)的Internet接入方式。

2.學(xué)習(xí)DNS、WWW、FTP和電子郵件等常用應(yīng)用層服務(wù)的基本原理。

3.學(xué)習(xí)P2P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及應(yīng)用?！炯寄苣繕?biāo)】1.能夠配置DNS的服務(wù)器和客戶端。2.能夠搭建WWW服務(wù)器和FTP服務(wù)器?！舅仞B(yǎng)目標(biāo)】1.培養(yǎng)探究科學(xué)規(guī)律的精神。2.培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐的能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)8.1網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用概述8.1.1網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與應(yīng)用層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要通過(guò)相應(yīng)的應(yīng)用層協(xié)議來(lái)支持。例如，HTTP，F(xiàn)TP，SMTP和Telnet等等。這些應(yīng)用層協(xié)議的主要職責(zé)是把文件從一臺(tái)主機(jī)傳送到另一臺(tái)主機(jī)，協(xié)議的主要內(nèi)容是定義：（1）消息的內(nèi)容，例如請(qǐng)求消息和響應(yīng)消息。（2）各種消息類型的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，也就是消息中的域(field)以及如何描述消息中的域。（3）域的語(yǔ)義，也就是域所包含的信息的含義（4）確定通信程序何時(shí)發(fā)送消息和接收消息的規(guī)則。8.1.2Internet應(yīng)用簡(jiǎn)介1.DNS2．WWW服務(wù)3．電子郵件服務(wù)4．FTP服務(wù)5．Telnet協(xié)議6.即時(shí)通信7．流媒體

8.2常見(jiàn)的Internet接入方式8.2.1撥號(hào)接入方式由于接入費(fèi)用低廉，撥號(hào)接入方式曾經(jīng)是使用最普遍的一種接入方式，現(xiàn)在仍然在商場(chǎng)的POS系統(tǒng)和線路備份方面使用。

PSTN接入結(jié)構(gòu)圖8.2.2光纖接入網(wǎng)光纖接入能夠確保向用戶提供10mbit/s，100mbit/s，1000mbit/s的高速帶寬，可直接匯接到CHINANET等骨干結(jié)點(diǎn)。主要適用于商業(yè)集團(tuán)用戶和智能化小區(qū)局域網(wǎng)的高速接入。目前可向用戶提供三種具體接入方式。

（1）光纖+以太網(wǎng)接入（2）光纖+HOMPEPNA

（3）光纖+VDSL光纖接入網(wǎng)（OAN）從系統(tǒng)分配上分為有源光網(wǎng)絡(luò)（AON，ActiveOpticalNetwork）和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON，PassiveOpticaOpticalNetwork）兩類。有源光網(wǎng)絡(luò)又可分為基于SDH的AON和基于PDH的AON，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)可分為窄帶PON和寬帶PON。由于光纖接入網(wǎng)使用的傳輸媒介是光纖，因此根據(jù)光纖深入用戶群的程度，可將光纖接入網(wǎng)分為：（1）FTTC（光纖到路邊）；（2）FTTZ（光纖到小區(qū)）；（3）FTTB（光纖到大樓）；（3）FTTO（光纖到辦公室）；（4）FTTH（光纖到戶）8.2.3無(wú)線寬帶接入技術(shù)總體來(lái)講無(wú)線寬帶接入技術(shù)主要有兩個(gè)技術(shù)體系：一個(gè)是移動(dòng)蜂窩寬帶接入技術(shù)，以3G、HSDPA、HSUPA、LTE、AIE、4G等為代表；另一個(gè)是寬帶無(wú)線接入技術(shù)，以MMDS、WiFi、WiBro、WiMAX、MCWill等技術(shù)為代表。（1）移動(dòng)蜂窩寬帶接入技術(shù)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)基本是一個(gè)專網(wǎng)，下載速率在100kbit/s以下。智能手機(jī)可以接入互聯(lián)網(wǎng)，但是性能不理想，暫時(shí)沒(méi)有形成主流應(yīng)用。主要原因在于3G系統(tǒng)在支持IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)頻譜效率低，根本原因是3G系統(tǒng)面向連接固定帶寬的結(jié)構(gòu)不適應(yīng)突發(fā)式IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。（2）寬帶無(wú)線接入技術(shù)寬帶無(wú)線接入（BroadbandWirelessACCess，BWA）技術(shù)目前還沒(méi)有通用的定義，一般是指把高效率的無(wú)線技術(shù)應(yīng)用于寬帶接入網(wǎng)絡(luò)中，以無(wú)線方式向用戶提供寬帶接入的技術(shù)。

8.3DNS服務(wù)8.3.1DNS結(jié)構(gòu)為了便于計(jì)算機(jī)處理，IP地址以二進(jìn)制表示，雖然可以用點(diǎn)分十進(jìn)制表示IP地址，但是這種地址對(duì)人來(lái)說(shuō)并不適合記憶，為此需要引入一種適合人類記憶和使用的通用地址，這就是域名。域名和IP地址一樣，也應(yīng)該是Internet上的唯一標(biāo)識(shí)，它由用“.”隔開(kāi)的段組成，每段都有一定的含義，這樣用戶就可以很方便地記憶和理解域名。比如，www指這個(gè)域名是www服務(wù)器，edu是教育網(wǎng)的名字，cn指中國(guó)，所以這個(gè)域名指的是中國(guó)教育科研網(wǎng)。8.3.1DNS結(jié)構(gòu)Internet域名結(jié)構(gòu)8.3.1DNS結(jié)構(gòu)Internet頂級(jí)域名頂級(jí)域名分配對(duì)象頂級(jí)域名分配對(duì)象cn中國(guó)us美國(guó)uk英國(guó)com商業(yè)組織net網(wǎng)絡(luò)支持中心org非盈利性組織int國(guó)際組織edu美國(guó)教育機(jī)構(gòu)gov美國(guó)政府部門(mén)mil美國(guó)軍事部門(mén)8.3.2域名服務(wù)器DNS域名服務(wù)器從層次結(jié)構(gòu)上分為根域名服務(wù)器、頂級(jí)域名服務(wù)器、權(quán)限域名服務(wù)器和本地域名服務(wù)器。（1）根域名服務(wù)器：在因特網(wǎng)上共有13個(gè)不同IP地址的根域名服務(wù)器。（2）頂級(jí)域名服務(wù)器：負(fù)責(zé)cn、com、gov和edu等頂級(jí)域名的管理。（3）授權(quán)域名服務(wù)器：當(dāng)有新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立時(shí)，主機(jī)域名必須在授權(quán)域名服務(wù)器處登記注冊(cè)。（4）本地域名服務(wù)器：一個(gè)單位、企業(yè)和組織的網(wǎng)絡(luò)都可以配置本地域名服務(wù)器。8.3.3域名解析過(guò)程DNS解析器會(huì)根據(jù)用戶提供的目標(biāo)計(jì)算機(jī)的域名，從右至左依次查詢相關(guān)的DNS域名服務(wù)器。整個(gè)查詢分為兩類：遞歸查詢和迭代查詢。（1）遞歸查詢：主機(jī)向本地域名服務(wù)器的查詢一般都是采用遞歸查詢，如果主機(jī)所詢問(wèn)的本地域名服務(wù)器不知道被查詢的域名的IP地址，那么本地域名服務(wù)器就以DNS客戶機(jī)的身份，向根域名服務(wù)器繼續(xù)發(fā)出查詢請(qǐng)求，替主機(jī)繼續(xù)查詢，直至找到答案或返回錯(cuò)誤信息。（2）迭代查詢：一般DNS服務(wù)器之間的查詢請(qǐng)求屬于迭代查詢，當(dāng)根域名服務(wù)器收到本地域名服務(wù)器發(fā)出的查詢請(qǐng)求時(shí)，要么給出所要查詢的IP地址，要么告訴本地服務(wù)器下一步應(yīng)當(dāng)向哪一個(gè)域名服務(wù)器進(jìn)行查詢。然后讓本地服務(wù)器進(jìn)行后續(xù)的查詢。8.3.3域名解析過(guò)程域名解析過(guò)程

8.4WWW服務(wù)8.4.1WWW的工作模式WWW采用客戶機(jī)/服務(wù)器架構(gòu)。在客戶端，用戶可以通過(guò)一個(gè)被稱為瀏覽器（browser）的交互式程序來(lái)查找信息。在WWW服務(wù)器端，則是一個(gè)支持交互式訪問(wèn)的分布式超媒體系統(tǒng)。當(dāng)客戶端的WWW瀏覽器在其地址欄里輸入一個(gè)URL或單擊Web頁(yè)上的一個(gè)超鏈接時(shí)，Web瀏覽器就要檢查相應(yīng)的協(xié)議以決定是否需要重新打開(kāi)一個(gè)應(yīng)用程序，同時(shí)對(duì)域名進(jìn)行解析以獲得相應(yīng)的IP地址。然后，以該IP地址并根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)用層協(xié)議所對(duì)應(yīng)的TCP端口與服務(wù)器建立通信連接，在服務(wù)器端，HTTP的默認(rèn)TCP端口為80。8.4.2與WWW服務(wù)相關(guān)的術(shù)語(yǔ)1．超鏈接超鏈接是Web頁(yè)上的一個(gè)對(duì)象，其可以是字、短語(yǔ)或圖標(biāo)，單擊該對(duì)象可以引導(dǎo)用戶到達(dá)一個(gè)新的Web頁(yè)。2．URLURL（UniformResourceLocator，統(tǒng)一資源定位符）用于在因特網(wǎng)上進(jìn)行資源的定位。3．HTTP和HTTPSHTTP協(xié)議（HyperTextTransferProtocol，超文本傳輸協(xié)議）是因特網(wǎng)上應(yīng)用最為廣泛的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，所有的WWW文件都必須遵守這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。HTTPS協(xié)議是由SSL+HTTP協(xié)議構(gòu)建的可進(jìn)行加密傳輸、身份認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

8.5FTP服務(wù)8.5.1FTP協(xié)議介紹FTP是Internet上廣泛使用的文件傳送協(xié)議，用于在遠(yuǎn)端服務(wù)器和本地主機(jī)之間傳輸文件，并且能保證傳輸?shù)目煽啃?。FTP能夠提供交互式的文件訪問(wèn)，支持對(duì)登錄服務(wù)器的用戶名和口令進(jìn)行驗(yàn)證，允許客戶指明文件的類型，可以設(shè)置文件的存取權(quán)限（文件的上傳和下載）等。FTP采用客戶-服務(wù)器模式，使用TCP提供可靠的傳輸服務(wù)。一個(gè)FTP服務(wù)器進(jìn)程可以同時(shí)為多個(gè)客戶進(jìn)程提供服務(wù)，F(xiàn)TP服務(wù)器進(jìn)程由一個(gè)守護(hù)進(jìn)程和多個(gè)從屬進(jìn)程組成，守護(hù)進(jìn)程負(fù)責(zé)接受新的請(qǐng)求，從屬進(jìn)程負(fù)責(zé)處理單個(gè)請(qǐng)求。8.5.1FTP協(xié)議介紹通過(guò)FTP進(jìn)行文件傳輸時(shí)，需要在客戶端和服務(wù)器之間建立兩個(gè)TCP連接：TCP控制連接和TCP數(shù)據(jù)連接。FTP控制連接主要用來(lái)傳輸客戶端和服務(wù)器之間的FTP命令以及命令的響應(yīng)，控制連接在整個(gè)會(huì)話期間一直保持打開(kāi)。FTP數(shù)據(jù)連接用來(lái)傳輸文件數(shù)據(jù)。服務(wù)器的控制進(jìn)程在接收到FTP客戶端發(fā)送來(lái)的文件傳輸請(qǐng)求后，就創(chuàng)建數(shù)據(jù)連接，在傳送完畢后關(guān)閉數(shù)據(jù)連接并結(jié)束運(yùn)行。FTP工作的基本原理8.5.2FTP的文件傳輸模式FTP的文件傳輸模式主要有兩種：ASCII傳輸模式和二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸模式。ASCII傳輸模式是默認(rèn)的文件傳輸模式，主要特點(diǎn)是：（1）本地文件轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的ASCII再傳輸；（2）適用于傳輸文本文件。二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸模式也稱為圖像文件傳輸模式，主要特點(diǎn)是：（1）文件按照比特流的方式進(jìn)行傳輸；（2）適用于傳送程序文件。8.5.3FTP的數(shù)據(jù)傳輸模式在FTP的數(shù)據(jù)連接過(guò)程中有兩種數(shù)據(jù)傳輸模式：主動(dòng)模式（ActiveMode也稱PORT模式）和被動(dòng)模式（PassiveMode也稱PASV模式）。1.主動(dòng)模式首先由客戶端發(fā)起FTP請(qǐng)求，與FTP服務(wù)器建立TCP控制連接。當(dāng)需要傳輸文件時(shí)，客戶端通過(guò)控制連接向FTP服務(wù)器發(fā)送PROT命令，PROT命令攜帶的參數(shù)包含客戶端的IP地址和用于傳輸數(shù)據(jù)的臨時(shí)端口號(hào)。FTP服務(wù)器主動(dòng)發(fā)起TCP數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)三次握手，使用TCP端口20與客戶端提供的臨時(shí)端口建立數(shù)據(jù)傳輸通道，完成數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)客戶端在防火墻內(nèi)部訪問(wèn)防火墻之外的FTP服務(wù)器時(shí)，主動(dòng)模式可能會(huì)遇到問(wèn)題，因?yàn)榉阑饓Σ⒉恢揽蛻舳颂峁┑呐R時(shí)端口。安全起見(jiàn)，防火墻會(huì)阻止外部主機(jī)對(duì)內(nèi)部隨機(jī)端口的訪問(wèn)。8.5.3FTP的數(shù)據(jù)傳輸模式2.被動(dòng)模式首先也是建立控制連接，其方式和主動(dòng)模式一樣。當(dāng)需要傳輸文件時(shí)，客戶端通過(guò)控制連接向FTP服務(wù)器發(fā)送PASV命令，告訴FTP服務(wù)器進(jìn)入被動(dòng)模式，F(xiàn)TP服務(wù)器通過(guò)控制連接進(jìn)行應(yīng)答，應(yīng)答報(bào)文包含F(xiàn)TP服務(wù)器的IP地址和一個(gè)臨時(shí)端口信息。客戶端隨機(jī)選擇一個(gè)臨時(shí)端口作為源端口，主動(dòng)向FTP服務(wù)器發(fā)起TCP數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)三次握手，建立數(shù)據(jù)連接。在被動(dòng)模式下，控制連接和數(shù)據(jù)連接都由客戶端發(fā)起，不存在主動(dòng)模式下防火墻阻止外部發(fā)起的連接的問(wèn)題。

8.6電子郵件服務(wù)8.6.1電子郵件的概念郵件服務(wù)器的功能是發(fā)送和接收郵件，同時(shí)還要向發(fā)信人報(bào)告郵件傳送的情況（已交付、被拒絕、丟失等）。郵件服務(wù)器按照客戶/服務(wù)器方式工作。郵件服務(wù)器需要使用兩個(gè)不同的協(xié)議。SMTP協(xié)議用于發(fā)送郵件。郵局協(xié)議POP用于接收郵件。8.6.2電子郵件的發(fā)送和接收過(guò)程電子郵件的傳輸過(guò)程8.6.3SMTP簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議（SimpleMailTransferProtocol，SMTP）SMTP是一種提供可靠且有效電子郵件傳輸?shù)膮f(xié)議。主要用于傳輸系統(tǒng)之間的郵件信息并提供來(lái)信有關(guān)的通知。SMTP協(xié)議運(yùn)行在TCP協(xié)議之上，使用公開(kāi)端口號(hào)25;SMTP使用簡(jiǎn)單的命令傳輸郵件;SMTP使用客戶/服務(wù)器工作模式，發(fā)送郵件的SMTP進(jìn)程是SMTP客戶，接收郵件的SMTP進(jìn)程是SMTP服務(wù)器。8.6.4POP3和IMAP當(dāng)用戶要從郵件服務(wù)器中讀取郵件時(shí)，可以使用POP3（PostOfficeProtocol3，郵局協(xié)議）或IMAP（InternetMessageAccessProtocol，因特網(wǎng)郵件訪問(wèn)協(xié)議），它取決于郵件服務(wù)器支持的協(xié)議類型。1．POP3郵局讀取協(xié)議POP3是一個(gè)簡(jiǎn)單的郵件讀取協(xié)議，POP3運(yùn)行在TCP之上，端口號(hào)是110，使用客戶-服務(wù)器模式。接收郵件的用戶主機(jī)運(yùn)行POP3客戶程序，使用TCP連接到POP3服務(wù)器，再進(jìn)行用戶認(rèn)證、郵件列表查詢、郵件下載等操作，操作完成之后，客戶端與服務(wù)器再斷開(kāi)TCP連接。8.6.4POP3和IMAP2．IMAPIMAP與POP3都采用客戶-服務(wù)器模式工作，但它們有很大的差別。對(duì)于POP3，POP3服務(wù)器是具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能的中間服務(wù)器。在郵件交付給用戶之后，POP3服務(wù)器就不再保存這些郵件。當(dāng)用戶計(jì)算機(jī)上的IMAP客戶程序打開(kāi)IMAP服務(wù)器的郵箱時(shí)，用戶就可以看到郵件的首部。如果用戶需要打開(kāi)某個(gè)郵件，則可以將該郵件傳送到用戶的計(jì)算機(jī)上。在用戶未發(fā)出刪除郵件的命令前，IMAP服務(wù)器郵箱中的郵件會(huì)一直保存。

8.7P2P技術(shù)及應(yīng)用8.7.1P2P技術(shù)介紹P2P（Peer-to-Peer，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)），是運(yùn)行在Internet之上的分布式網(wǎng)絡(luò)，是面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。在P2P中，所有計(jì)算機(jī)都處于對(duì)等地位，每臺(tái)計(jì)算機(jī)既能充當(dāng)客戶端，又能作為服務(wù)器向其他計(jì)算機(jī)提供資源與服務(wù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是資源的生產(chǎn)者，也是資源的消費(fèi)者。在P2P中每個(gè)節(jié)點(diǎn)所擁有的權(quán)利和義務(wù)都是對(duì)等的。P2P是一種分布式的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)地加入或退出網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)始終處于動(dòng)態(tài)變化之中。根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)系可將P2P分為4種形式：集中式P2P、全分布式結(jié)構(gòu)化P2P、全分布式非結(jié)構(gòu)化P2P和混合式P2P。8.7.1P2P技術(shù)介紹1.集中式P2P集中式P2P由一個(gè)目錄服務(wù)器和若干個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)組成，目錄服務(wù)器用來(lái)管理和組織對(duì)等節(jié)點(diǎn)信息，包括用戶上傳的文件索引和存放位置的信息，以及擁有此文件節(jié)點(diǎn)自身的信息。當(dāng)用戶需要某個(gè)文件時(shí)，首先連接目錄服務(wù)器，目錄服務(wù)器隨后進(jìn)行檢索并返回該文件的用戶信息。最后由請(qǐng)求者連接文件所有者的節(jié)點(diǎn)主機(jī)，與此節(jié)點(diǎn)主機(jī)建立連接傳輸文件，典型的應(yīng)用是Napster。集中式P2P的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)簡(jiǎn)單、資源發(fā)現(xiàn)效率高，但是目錄服務(wù)器的癱瘓容易導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的崩潰，可靠性和安全性較低。8.7.1P2P技術(shù)介紹2.全分布式結(jié)構(gòu)化P2P全分布式結(jié)構(gòu)化P2P采用分布式哈希表（DistributedHashTable，DHT）技術(shù)來(lái)組織網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。DHT將關(guān)鍵值（Key）的集合分散到P2P的節(jié)點(diǎn)上，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)共同形成并維護(hù)一個(gè)巨大的哈希表，每個(gè)節(jié)點(diǎn)被分配一個(gè)屬于自己的哈希塊，并管理該哈希塊，典型的應(yīng)用有Pastry、Tapestry、Chord和CAN等。DHT結(jié)構(gòu)有著良好的擴(kuò)展性、健壯性和自組織能力。由于采用了確定性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此這種P2P能支持精確關(guān)鍵詞匹配查詢，但是維護(hù)機(jī)制較復(fù)雜，不能支持內(nèi)容和語(yǔ)義等復(fù)雜查詢。8.7.1P2P技術(shù)介紹3.全分布式非結(jié)構(gòu)化P2P全分布式非結(jié)構(gòu)化P2P采用完全隨機(jī)圖的組織方式，節(jié)點(diǎn)度數(shù)服從冪次法則，典型的應(yīng)用是Gnutella。全分布式非結(jié)構(gòu)化P2P的擴(kuò)展性和容錯(cuò)性較好，支持復(fù)雜查詢，但是它采用應(yīng)用層的廣播協(xié)議，消息量過(guò)大，網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)過(guò)重。4.混合式P2P混合式P2P也稱為半分布