应用层协议

在传输层之上，便是应用层。传输层的UDP报文和TCP报文段的数据部分就是应用层交付的数据。

不同类型的网络应用有不同的通信规则，因此应用层协议是多种多样的，比如DNS、FTP、Telnet、SMTP、HTTP、RIP、NFS等协议都是用于解决其各自的一类问题。

本节实验，介绍DNS、FTP、HTTP三个常用的应用层协议。

一、DNS

DNS (Domain Name Service 域名服务) 协议基于UDP，使用端口号53。

由数字组成的IP地址很难记忆，所以我们上网使用网站IP地址的别名——域名。实际使用中，域名与IP地址是对应的，这种对应关系保存在DNS服务器之中。

在浏览器中输入一个域名后，会有DNS服务器将域名解析为对应的IP地址。注意这和网络层的ARP协议的不同之处：DNS提供的是域名与IP地址的对应关系，而ARP提供的是IP地址和MAC地址的对应关系。

DNS服务器

DNS服务器是个分层次的系统：

• (1)根DNS服务器 ：全世界共有13台根域名服务器，编号A到M，其中大部分位于美国。

• (2)顶级(TLD)DNS服务器 ：负责如 com 、org 、edu 等顶级域名和所有国家的顶级域名(如 cn 、uk 、jp )。

• (3)权威DNS服务器 ：大型组织、大学、企业的域名解析服务。

• (4)本地DNS服务器 ：通常与我们主机最近的DNS服务器。

而域名解析的过程，有迭代查询和递归查询两种方式：

host命令

在linux系统中，可以用 host命令 进行DNS查询，查看一个指定域名的IP，比如要查询的IP地址：

host www.shiyanlou.com

DNS报文

主机向DNS服务器发出的查询叫做DNS报文，大致结构：

DNS问答报文的内容，都是IP和域名的对应信息，关于DNS首部和内容 各字段这里不做详细介绍。深入了解，可以先host一个域名，再使用tcpdump抓取报文并解读。

DNS缓存和hosts文件

刚才DNS解析查询过程的图中，共发出了8份DNS报文，这是非常消耗时间的，所以实际应用上使用 DNS缓存 ：当一个DNS服务器接收到一个DNS回答后，会将其信息缓存一段时间，当再有一个对相同域名的查询时，便可直接回复。

通过DNS缓存，其实很多查询都只需要本地DNS服务器便可完成。

有“FQ”爱好的同学应该知道hosts文件，其实hosts文件可以看作是一个小型的DNS服务器。

使用命令打开hosts文件：

sudo gedit /etc/hosts

查看文件内容，可以发现里面全是IP和域名的对应记录：

在实际上网过程中，域名解析的的优先顺序是：先在DNS缓存查询，若没有找到记录，再查询hosts文件，若还是没找到记录，再向DNS服务器发出DNS查询报文。

二、FTP

FTP (File Transfer Protocol 文件传输协议) 基于TCP，使用端口号20(数据)和21(控制)。

它的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性，以达到便捷高效的文件传输效果。

• FTP只提供文件传输的基本服务，它采用 客户端—服务器 的方式，一个FTP服务器可同时为多个客户端提供服务。

• 在进行文件传输时，FTP的客户端和服务器之间会建立两个TCP连接：21号端口建立控制连接，20号端口建立数据连接。

• FTP的传输有两种方式：ASCII传输模式和二进制数据传输模式。

三、HTTP

HTTP (HyperText Transfer Protocol 超文本传输协议) 基于TCP，使用端口号80或8080。

每当你在浏览器里输入一个网址或点击一个链接时，浏览器就通过HTTP协议将网页信息从服务器提取再显示出来，这是现在使用频率最大的应用层协议。

这个原理很简单：

• 点击一个链接后，浏览器向服务器发起TCP连接；

• 连接建立后浏览器发送HTTP请求报文，然后服务器回复响应报文；

• 浏览器将收到的响应报文内容显示在网页上；

• 报文收发结束，关闭TCP连接。

HTTP报文会被传输层封装为TCP报文段，然后再被IP层封装为IP数据报。HTTP报文的结构：

可见报文分为3部分：

• (1)开始行：用于区分是请求报文还是响应报文，请求报文中开始行叫做请求行，而响应报文中，开始行叫做状态行。在开始行的三个字段之间都用空格分开，结尾处CRLF表示回车和换行。

• (2)首部行：用于说明浏览器、服务器或报文主体的一些信息。

• (3)实体主体：请求报文中通常不用实体主体。

请求报文的方法字段是对所请求对象进行的操作，而响应报文的状态码是一个3位数字，分为5类33种：

• 1xx 表示通知信息，如收到或正在处理。

• 2xx 表示成功接收。

• 3xx 表示重定向。

• 4xx 表示客户的差错，如404表示网页未找到。

• 5xx表示服务器的差错，如常见的502 Bad Gateway。

学习途径：实验楼