一般情况下，人们不会太在意网络应用程序实际上是按照何种机制正常运行的。本章旨在介绍 TCP/IP 中所使用的几个主要应用协议，它们多处于 OSI 模型的第 5 层（会话层）以上。

第 8 章 应用协议 - 图1

8.1 应用层协议概述

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  • 应用协议的定义
    • 应用协议是让利用网络的应用程序（eg. Web 浏览器、电子邮件、远程登录、文件传输、网络管理等）进行特定通信处理的协议
  • 相当于 OSI 中第 5（管理通信连接的会话层）、6（转换数据格式的表示层）、7（与对端主机交互的应用层） 层的协议

8.2 远程登录

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远程登录，即实现从自己的本地计算机登录到网络另一端计算功能的应用。 第 8 章 应用协议 - 图4

8.2.1 TELNET

  • 原理：TELNET 利用 TCP 的一条连接，向主机发送文字命令并在主机上执行，使得本地用户好像与远端主机内部的 Shell 相连似的，直接在本地进行操作
  • 用途：TELNET 常用于登录路由器或高性能交换机等网络设备进行相应的设置

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  • TELNET 两类基本服务
    • 仿真终端功能
    • 协商选项机制
  • TELNET 除了处理用户输入的文字外，还提供选项的交互和协商功能，eg.
    • 为实现仿真终端（NVT）所用的界面控制信息就是通过选项功能发送出去的
    • TELNET 中的行模式或透明模式两种模式设置，也是通过 TELNET 客户端与 TELNET 服务端之间的选项功能设置的

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8.2.2 SSH

  • SSH 是加密的远程登陆系统（作为对比，TELNET 中登录时无需输入密码就可以发送，容易造成通信窃听和非法入侵的危险），使用 SSH 后可以加密通信内容，即使信息被窃听也无法破解所发送的密码、具体命令以及命令返回的结果是什么
  • SSH 功能
    • 加密通信内容
    • 可以使用更强的认证机制
    • 可以转发文件
    • 可以开始用端口转发功能
      • 端口转发：将特定端口号所收到的消息转发到特定的 IP 地址和端口号码的一种机制

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8.3 文件传输 FTP

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  • 定义：FTP 是在两个相连的计算机之间进行文件传输时所使用的协议
    • 类似于远程登录，FTP 也需要先登录到对方的计算机后才能进行文件传输操作
  • FTP 的工作机制：使用两条 TCP 连接
    • 一条用于 FTP 的控制（TCP 21 号端口）
      • eg. 登录用户名和密码的验证、发送文件的名称、发送方式的设置等
      • 这个连接上无法发送数据
    • 一条用于数据（文件）的传输（TCP 20 号端口）

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  • FTP 中通过 ASCII 码字符串进行交互处理（请求、应答命令）

8.4 电子邮件

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8.4.1 电子邮件的工作机制

  • SMTP 协议：提供电子邮件服务的协议称为 SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）
    • SMTP 为了高效地发送邮件内容，在传输层使用了 TCP 协议
  • 现在的电子邮件机制，不再是在发送端与接收端主机之间直接建立 TCP 连接，而是引入了一种一直会连接电源的邮件服务器，发送端和接收端通过邮件服务器进行收发邮件。接收端从邮件服务器收取邮件时使用 POP3 协议（Post Office Protocol）

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  • 电子邮件的机制 第 8 章 应用协议 - 图12

    8.4.2 邮件地址

  • 格式：“名称@通信地址”

8.4.3 MIME

MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions），多用途互联网邮件扩展类型，是电子邮件所能发送的数据类型，包含文本、静态图像、动画、声音、程序等各种形式的数据

  • 位于 OSI 参考模型的第 6 层 表示层，因为 MIME 规定了应用消息的格式
  • 两部分：首部 + 正文

8.4.4 SMTP

SMTP（Simple Mail Transfer Protocol），是发送电子邮件的协议，使用 TCP 的 25 号端口

  • SMTP 建立一个 TCP 连接后，在这个连接上进行控制和应答、以及数据的发送
  • 客户端以文本形式发出请求，服务端返回一个 3 位数字应答

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8.4.5 POP

POP（Post Office Protocol），是用于接收电子邮件的协议

  • SMTP 支持的是发送端主机行为，而不是根据接收端请求发送邮件，因此引入 POP 协议
  • 发送端的邮件通过 SMTP 协议转发给一直处于插电状态的 POP 服务器，客户端再根据 POP 协议从 POP 服务器接收对方发送来的邮件（这个过程中还要进行用户验证，以防他人盗取邮件内容）
  • POP 与 STMP 一样，也是在其客户端与服务器之间通过建立一个 TCP 连接完成相应操作
  • 命令都是 ASCII 码字符串
  • 应答只有两种
    • +OK：正常情况
    • -ERR：异常 or 错误

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8.4.6 IMAP

IMAP (Internet Message Access Protocol)，类似于 POP，也是接收电子邮件的协议

  • POP 协议中邮件由客户端进行管理，而 IMAP 协议中邮件由服务器进行管理
  • IMAP 协议使得可以不必从服务器上下载所有邮件也可以进行阅读。也可以只下载特定附件（而 POP 协议中要确认附件时只能下载所有附件）
  • IMAP 在服务器上对“已读/未读”信息和邮件分类进行管理，因此即使在不同的计算机上打开邮箱，也能保持同步

8.5 WWW

8.5.1 WWW 基本概念

WWW（World Wide Web），万维网，是将互联网中的信息以超文本形式展示的系统 第 8 章 应用协议 - 图15

8.5.2 URI

URI（Uniform Resource Identifier），用于标识资源。URI 不仅可以用于标识互联网资源，还可以用于标识互联网之外的所有资源。用于标识主页地址时，也称为 URL（Uniform Resource Locator）

  • URI 的 http 方案的具体格式：（主机名标识域名 or IP地址，端口号表示传输端口号，若省略则默认端口 80）
    • http://主机名/路径
    • http://主机名:端口号/路径
    • http://主机名:端口号/路径?访问内容#部分信息
  • 以上表示方法可以唯一地标识互联网中特定的数据

8.5.3 HTML

HTML（HyperText Markup Language），超文本标记语言，是记述 Web 页的一种语言（数据格式），可以指定浏览器中显示的文字、文字大小和颜色，以及图像、动画、音频等相关设置，属于 OSI 参考模型的表示层。

8.5.4 HTTP

HTTP（HyperText Transfer Protocol），超文本传输协议，是网络传输协议（简单的请求-响应协议），默认使用 80 端口。

  • 工作机制：首先客户端向服务器的 80 端口建立一个 TCP 连接，然后再这个 TCP 连接上进行请求和应答以及数据报文的发送
  • 两个版本
    • HTTP1.0：每一个命令和应答都会触发一次 TCP 连接的建立和断开
    • HTTP1.1：允许在一个 TCP 连接上发送多个命令和应答，大量减少了 TCP 连接的建立和断开操作，提高了工作效率

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8.5.5 JavaScript、CGI、Cookie

上面介绍了 Web 的三个基本要素：URI、HTML、HTTP，但这些无法实现更精彩多样的内容，比如动态内容。

  • JavaScript：是一种嵌入在 HTML 中的语言，可以在客户端实现动态效果
  • CGI：Common Gateway Interface，是 Web 服务器调用外部程序时所使用的一种服务端应用的规范。引入 CGI 后，客户端请求会触发 Web 服务端运行另一个程序，客户端所输入的数据也会传给这个外部程序，该程序运行结束后生成 HTML 和其它数据（动态信息）返回给客户端。论坛和网上购物系统中常用 CGI 调用外部程序或访问数据库
  • Cookie：Web 应用中为了获取用户信息使用 Cookie 机制，用 Cookie 在客户端保存登录信息等数据。HTTP 本身时无状态协议，可以通过 Cookie 实现有状态

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8.6 网络管理

8.6.1 SNMP

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SNMP（Simple Network Management Protocol），是一款基于 UDP/IP 的网络管理协议。

  • 管理端：管理器，manager，网络监控终端
  • 被管理端：代理（路由器、交换机等网络设备）

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8.6.2 MIB

SNMP 中交互的信息是 MIB（Management Information Base）。MIB 是在树形结构的数据库中为每个项目附加编号的一种信息结构。MIB 相当于 SNMP 的表示层，是一种能在网络上传输的结构

8.6.3 RMON

RMON（Remote Monitoring MIB）。MIB 的可监控信息是一个点，RMON 的可监控信息扩展到一条线上，可以更高效地监控网络，可监控的内容也增加了很多从用户角度看极为有意义的信息，如网络流量统计等，RMON 是判断当前网络是否被充分利用的重要资料

8.7 其他应用层协议

8.7.1 多媒体通信实现技术

实时多媒体通信注重系统的即时性，因而采用 UDP。当然除了 UDP，还需要综合其它技术以实现真正的实时多媒体通信

  • H.323：用于在 IP 网上传输音频、视频的一种协议
  • SIP：SIP 是与 H.323 相对的 TCP/IP 协议，更适用于互联网
    • 功能：呼叫控制与信令，相当于 OSI 的会话层

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  • RTP：RTP 为每个报文附加时间戳和序列号，检查 UDP 协议的不可靠传输是否产生丢包
    • 接收报文的应用根据时间戳决定数据重构的时机，根据序列号对统一时间戳的数据进行排序
    • RTCP（RTP Control Protocol）是辅助 RTP 的协议，通过丢包率等线路质量的管理，对 RTP 的数据传送率进行控制

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  • 数字压缩技术：相当于 OSI 参考模型的表示层

8.7.2 P2P

P2P（Peer To Peer），网络上的终端或主机不经过服务器直接 1 对 1 相互通信的情况

  • P2P 中主机具备客户端和服务端两方面的功能，以对等关系相互提供服务
  • 应用：IP 电话 Skype，文件传输应用 BitTorrent协议

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8.7.3 LDAP

LADP（Lightweight Directory Access Protocol），轻量级目录访问协议，是访问目录服务（管理网络资源）的一种协议。