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第十章计算机网络——应用层

news 来源：原创 2024/9/20 5:33:16

域名系统 DNS

域名系统（DNS，Domain Name System）是互联网中的一项核心服务，它充当了人类可读的域名与机器可识别的IP地址之间的“翻译官”。以下是DNS的详细概述：

DNS的定义

DNS是一个分布式命名系统，用于将域名（如www.example.com）转换为对应的IP地址（如192.0.2.1）。它构建了一个分布式数据库，将易记的域名映射到计算机可以直接理解的IP地址上，从而简化了互联网上的资源访问过程。

作用

域名解析：DNS的主要功能是将域名解析为IP地址，使得用户可以通过输入域名来访问互联网上的资源，而无需记忆复杂的IP地址。
存储其他类型记录：除了域名到IP地址的映射外，DNS还可以存储其他类型的记录，如邮件交换记录（MX记录）、别名记录（CNAME记录）等，这些记录提供了额外的功能和信息。
域名注册和管理：DNS还涉及域名的注册和管理。域名注册商负责管理域名的注册过程，并将域名信息传递给相应的DNS服务器。域名所有者可以通过注册商管理自己的域名设置。

工作原理

查询过程：
- 当用户在浏览器中输入一个域名时，操作系统会首先查询本地的DNS缓存。
- 如果本地缓存中没有找到对应的IP地址，则会向本地的DNS服务器发送查询请求。
- 本地DNS服务器会先查询自己的缓存，如果也没有找到，则会向根域名服务器发送查询请求。
- 根域名服务器会告知本地DNS服务器该域名的顶级域（TLD）DNS服务器的地址。
- 本地DNS服务器再向顶级域服务器发起查询请求，逐级向下查询，直到找到对应的IP地址。
- 最后，本地DNS服务器将查询结果返回给用户。
递归查询与迭代查询：
- 递归查询：本地DNS服务器代表客户端进行完整的域名解析过程，直到找到所需的域名记录或遇到错误为止。
- 迭代查询：在某些情况下，本地DNS服务器可能只从上一级DNS服务器获取下一级DNS服务器的地址，然后由客户端自行向下一级DNS服务器发起查询，直到找到所需的IP地址。但现代DNS系统中，递归查询更为常见。
缓存机制：
- DNS服务器（包括本地DNS服务器和递归DNS服务器）会缓存最近的查询结果，以便在将来的查询中快速响应。这可以减少对DNS服务器的查询次数，提高解析速度。

DNS的分层结构

DNS采用了分层的结构，由多个不同层级的DNS服务器组成：

根域名服务器：位于DNS层次结构的最顶层，负责将查询路由到正确的顶级域。全球共有13台根域名服务器（实际上是服务器集群），它们的IP地址是固定的，并集成在操作系统中。
顶级域名服务器：位于根域名服务器之下，负责管理特定顶级域（如.com、.org、.net等）的域名记录。
次级域名服务器：进一步细分，负责管理特定域名下的子域或二级域。

这种分层结构使得DNS查询可以高效地进行，并允许灵活地管理域名和其相关的IP地址。

DNS是互联网基础设施中不可或缺的一部分，它确保了用户可以通过易记的域名来访问互联网上的资源，而无需记忆复杂的IP地址。同时，DNS还提供了额外的功能和信息，如邮件交换记录、别名记录等，进一步丰富了互联网的应用场景。

文件传送协议

文件传送协议，即文件传输协议（File Transfer Protocol，简称FTP），是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议。

概念

定义：FTP是一种应用层协议，使用客户/服务器模式，通过TCP/IP连接在计算机之间传输文件。
起源：FTP的起源可以追溯到1971年，当时A. Bhushan提出了第一个FTP规范（RFC 114）。最初，FTP并不是为IP网络设计的，而是作为ARPANET网络中计算机间文件传输协议。
发展：随着互联网的普及和计算机技术的进步，FTP经历了多次修订和改进，包括RFC 765（1980年）和RFC 959（1985年）等，以适应新的网络标准和需求。

工作原理

客户端与服务器：在FTP事务中，最终用户的计算机通常称为本地主机或客户端，而涉及的第二台计算机是远程主机，通常是FTP服务器。
连接类型：FTP依赖于两个TCP连接：一个控制连接（默认端口21）用于发送FTP命令和接收服务器响应；一个数据连接（默认端口20，但在被动模式下可能不同）用于实际文件数据的传输。
工作模式：FTP有两种工作模式——主动模式和被动模式。主动模式下，客户端向服务器的数据端口（默认为20）发起连接请求；而在被动模式下，客户端向服务器的控制端口（默认为21）发送PASV命令，请求服务器开启一个随机的数据端口进行监听，然后客户端主动向该端口发起连接请求。

功能特点

文件操作：FTP允许用户通过客户端软件连接到FTP服务器，进行文件的上传、下载、删除、重命名等操作。
用户分类：FTP用户分为Real账户、Guest用户和Anonymous用户。Real账户拥有独立登录权限，可以执行各种文件操作；Guest用户权限受限，通常只能访问自己的主目录；Anonymous用户是未注册但允许访问公开资源的用户，通常使用“anonymous”作为用户名。
安全性：虽然FTP在默认情况下不加密流量，但可以通过FTPS（FTP over SSL）或SFTP（SSH File Transfer Protocol）等加密方式来提高数据传输的安全性。

应用场景

文件共享：FTP广泛用于文件共享和分发，如软件更新、资料分享等。
备份与恢复：企业可以使用FTP将数据备份到远程服务器，并在需要时恢复数据。
网站内容更新：网站管理员可以使用FTP将网站内容上传到服务器，实现网站的更新和维护。

简单文件传送协议 TFTP

基本特点

简单性：TFTP设计简单，易于实现和维护，主要用于需要简便性而非复杂功能性的场景。
轻量级：作为FTP的简化版，TFTP去除了FTP中的许多复杂功能，仅支持基本的文件传输操作。
无身份验证：TFTP不支持用户身份验证，这简化了传输流程，但也降低了安全性。
基于UDP：TFTP使用UDP（用户数据报协议）作为底层传输协议，这使得数据传输速度较快，但可靠性相对较低。

功能与应用

文件传输：TFTP允许客户端从远程主机获取文件或将文件传输到远程主机，特别适用于小型文件的传输。
网络启动：TFTP常用于网络启动过程中，如计算机启动时通过TFTP从服务器下载启动文件（如操作系统内核）。
设备配置：在网络设备（如路由器、交换机）的配置和固件升级中，TFTP也扮演着重要角色，用于传输配置文件或固件文件。

工作原理

客户端-服务器模型：TFTP采用简单的客户端-服务器模型进行文件传输。
传输过程：
1. 客户端发送读取请求（RRQ）或写入请求（WRQ）到服务器。
2. 服务器响应数据（DATA）或确认（ACK）。
3. 客户端和服务器之间交换数据（DATA）和确认（ACK），直到文件传输完成。
4. 每个数据块（通常为512字节）都有一个序列号，用于确保数据的完整性和顺序。

安全性与可靠性

安全性：由于TFTP不支持加密和身份验证，因此存在较高的安全风险。在使用TFTP进行文件传输时，通常需要采取额外的安全措施来确保数据的安全性。
可靠性：由于TFTP基于UDP协议，其可靠性相对较低。UDP不保证数据包的顺序、完整性或错误检查，因此在传输过程中可能会出现数据丢失或损坏的情况。然而，TFTP通过确认机制（ACK）来确保每个数据块都被正确接收，从而在一定程度上提高了传输的可靠性。