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《计算机网络简明教程》作者遵循典型网络技术的发展脉络、结合多年的教学经验进行组织，并进行适当精简和筛选，力求简明、精炼，希望能够方便读者的学习和对相关知识的掌握。 ；
内容简介
随着信息时代的到来，掌握计算机网络的基础知识和基本原理，能够熟练使用计算机网络已成为当代大学生、甚至公民的一项基本素养。无论是计算机科学与技术、网络工程、信息安全等专业，还是其他电气信息类非计算机专业，计算机网络已成为学生必修的一门重要课程。本书从方便读者学习的角度出发，遵循网络用户的使用习惯以及读者的思维习惯，结合Internet和以太网技术，基于网络体系结构的层次模型，采用自顶向下的方法，按照数据发送时的信息流向，从应用层、传输层到物理层，深入剖析和讲解计算机网络的原理和实现技术，为读者建立一个完整的网络通信和信息共享模型。*后，本书还介绍了计算机网络安全与管理、高性能集群计算、网格计算、云计算、移动计算、普适计算等网络计算新模式，以及主动网、自组网、无线传感器网络等新型网络。 本书理论方法与实现技术并重，内容简明精练，重点突出，结构清晰，逻辑性强，语言叙述流畅，易于阅读和理解； 主要章节后均附有大量习题，有助于学生巩固理论知识。本书面向应用型本科院校，可以作为计算机科学与技术等电气信息类专业的本科生和研究生教材，也可作为广大网络爱好者自学的参考书。
作者简介
暂无
目录
目录
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第1篇计算机网络与数据通信技术基础
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第1章计算机网络概述
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1.1计算机网络的产生与发展
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1.2计算机网络的定义与功能
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1.3计算机网络的组成与分类
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1.3.1计算机网络的组成
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1.3.2计算机网络的拓扑结构
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1.3.3计算机网络的分类
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1.4计算机网络协议与体系结构
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1.4.1网络协议
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1.4.2网络体系结构
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1.4.3层次网络体系结构模型下数据的发送和接收过程
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1.5典型的网络体系结构
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1.5.1开放式系统互联参考模型
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1.5.2Internet体系结构
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1.6常用的网络设备
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1.7计算机网络中的一些重要概念
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1.7.1IP地址和物理地址
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1.7.2计算机网络的服务类型
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1.7.3计算机网络的主要性能指标
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1.7.4计算机网络中数据分组的传输方式
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1.8网络操作系统
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1.9典型的计算机网络
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1.10计算机网络在中国的发展
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1.11计算机网络的应用
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习题
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第2章数据通信技术基础
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2.1数据通信的基本概念
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2.2传输介质
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2.2.1有线传输介质
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2.2.2无线传输介质
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2.3信道及其复用
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2.3.1信道
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2.3.2信道复用
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2.4数据传输方式
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2.5信道的性能指标
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2.6信息编码与数字信号编码
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2.7调制技术与远程传输
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习题
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第2篇Internet与TCP/IP
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第3章应用层
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3.1概述
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3.2域名和域名解析
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3.2.1域名及域名的组成结构
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3.2.2域名解析
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3.3远程终端协议
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3.4文件传输协议
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3.4.1FTP的工作原理
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3.4.2FTP的命令和响应
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3.4.3FTP的使用
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3.4.4简单文件传输协议
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3.5电子邮件服务
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3.5.1电子邮件系统的组成及工作过程
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3.5.2SMTP
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3.5.3POP3
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3.5.4电子邮件协议的扩充
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3.6WWW服务
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3.6.1WWW服务的工作原理
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3.6.2超文本标记语言
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3.6.3统一资源定位符
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3.6.4HTTP
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3.7动态主机配置协议
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3.8其他Internet服务
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习题
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第4章传输层
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4.1TCP/IP的传输层
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4.2TCP
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4.2.1TCP报文段的格式
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4.2.2TCP的复用和分用
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4.2.3报文段的顺序控制
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4.2.4报文段的可靠性控制
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4.2.5流量控制与拥塞控制
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4.2.6TCP的连接管理
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4.3用户数据报协议
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4.3.1概述
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4.3.2用户数据报的首部
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4.3.3UDP的应用
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习题
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第5章网络层与网络互联
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5.1路由器
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5.2因特网的网络层
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5.3IP
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5.3.1IP地址
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5.3.2IP数据报
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5.3.3IP数据报的分片与重组
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5.3.4IP数据报的转发
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5.3.5地址解析与逆向地址解析
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5.4路由选择协议
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5.4.1路由选择算法
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5.4.2路由选择协议
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5.5网络地址转换
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5.6因特网控制报文协议
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5.7因特网组管理协议
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5.8下一代网际协议IPv6
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习题
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第3篇物理网络与因特网接入
第6章数据链路层
6.1引言
6.2流量控制
6.2.1停止等待协议
6.2.2连续ARQ协议
6.3差错控制
6.3.1奇偶校验
6.3.2校验和
6.3.3循环冗余校验
6.4高级数据链路控制DHLC协议
6.4.1概述
6.4.2HDLC的帧结构
6.4.3HDLC的信息交换过程
6.5SLIP/PPP
6.5.1SLIP
6.5.2PPP
习题
第7章物理层
7.1物理层的基本概念
7.2典型的物理层协议
习题
第8章局域网
8.1局域网概述
8.2传统以太网
8.2.1逻辑链路控制层
8.2.2介质访问控制层
8.2.3以太网的介质访问控制方式
8.2.4传统以太网的物理层
8.2.5传统以太网的连接方法
8.3全双工以太网
8.4高速以太网
8.4.1100BaseT以太网
8.4.2千兆以太网
8.4.3万兆以太网
8.5其他高速局域网
8.6局域网中的网络连接设备
8.6.1中继器
8.6.2集线器
8.6.3网桥
8.6.4以太网交换机
8.7虚拟局域网
8.7.1虚拟局域网的概念
8.7.2VLAN的标准及帧格式
8.7.3VLAN的划分方法
8.7.4VLAN交换机及应用
8.8无线局域网
8.8.1无线局域网的组成与分类
8.8.2无线局域网的体系结构
习题
第9章广域网
9.1广域网概述
9.2广域网的组成及数据交换技术
9.3广域网中的物理地址与分组转发
9.4广域网中的拥塞控制
9.5X.25网
9.5.1X.25网概述
9.5.2X.25网络协议
9.5.3X.25网的接入
9.5.4X.25网的特点及应用
9.6帧中继
9.6.1帧中继的概念及特点
9.6.2帧中继的协议层次及帧格式
9.6.3帧中继的工作过程
9.6.4帧中继的拥塞控制
9.6.5帧中继网的接入
9.6.6帧中继的应用
9.7ISDN
9.7.1ISDN的定义与特点
9.7.2ISDN协议和基本结构
9.7.3ISDN的接入
9.7.4ISDN的应用
9.8异步传输模式
9.8.1ATM的基本概念及特点
9.8.2ATM的工作原理
9.8.3ATM的协议参考模型和信元结构
9.8.4ATM的流量控制与拥塞控制
9.8.5ATM设备及接入
9.8.6ATM的应用
习题
第10章Internet接入技术
10.1概述
10.2双绞线接入
10.2.1通过普通电话拨号接入
10.2.2通过ISDN接入
10.2.3通过ADSL接入
10.3DDN接入
10.4HFC接入
10.5光纤接入
10.6无线接入
习题
第4篇计算机网络安全与管理
第11章网络管理
11.1网络管理的功能
11.2简单网络管理协议
11.2.1SNMP的产生与发展
11.2.2SNMP的组成及网络管理模型
11.3远程网络监控
11.4常用的网络管理系统
习题
第12章网络与信息安全
12.1概述
12.2网络的脆弱性及安全威胁
12.2.1网络的脆弱性
12.2.2网络的安全威胁
12.3网络攻击与攻击过程
12.3.1网络攻击
12.3.2网络攻击过程
12.4网络安全的基本功能和网络安全技术
12.5密码学与数据加密
12.5.1对称密钥密码体制
12.5.2非对称密钥密码体制
12.5.3混合密码体制
12.5.4常见的密码算法
12.5.5新兴的密码技术
12.6消息认证与数字签名
12.6.1消息认证
12.6.2数字签名
12.7信息隐藏技术
12.8公开密钥基础设施
12.8.1数字证书
12.8.2PKI的组成及功能
12.9安全通信协议
12.9.1IP安全协议(IPSec)
12.9.2安全套接层协议
12.9.3安全外壳协议
12.10虚拟专用网
12.10.1虚拟专用网概述
12.10.2隧道协议
12.11防火墙技术
12.11.1防火墙技术概述
12.11.2防火墙的功能及分类
12.11.3防火墙的体系结构
12.11.4防火墙的发展趋势
12.12网络入侵检测技术
12.12.1入侵检测及入侵检测系统
12.12.2入侵检测系统的组成及功能
12.12.3入侵检测系统的分类
12.12.4典型的入侵检测系统
12.13入侵防御系统
习题
第5篇网络 计 算
第13章高性能集群计算
13.1集群系统及其体系结构
13.2集群系统的分类
13.3集群系统中的关键技术
13.4集群系统的应用
习题
第14章网格计算
14.1网格的基本特征和内涵
14.2网格的分类
14.3网格的体系结构
14.4网格系统的层次划分
14.5网格计算中的关键技术
14.6网格计算的应用
习题
第15章云计算
15.1云计算的概念和特点
15.2云计算系统的组成和体系结构
15.3云计算的关键技术
15.4云计算的主要服务形式
15.5典型的云计算平台
习题
第16章移动计算
16.1移动计算环境的组成及特点
16.2移动计算中的关键技术
16.3移动计算的应用
习题
第17章普适计算
17.1普适计算的产生、组成及特点
17.2普适计算中的关键技术
17.3普适计算的典型研究工作
习题
第6篇新型计算机网络
第18章主动网
18.1主动网的产生及特点
18.2主动网体系结构
18.3主动网的实现方法
18.4主动网的应用
习题
第19章自组网
19.1自组网的概念及特征
19.2自组网的组成结构
19.3自组网中的关键技术
19.4自组网的应用
习题
第20章无线传感器网络
20.1概述
20.2无线传感器网络的体系结构
20.3无线传感器网络的关键技术及研究重点
20.4无线传感器网络的应用
习题
部分习题参考答案
参考文献
前沿
前言
目前，伴随着大数据、云计算、移动互联、物联网等技术的发展，经济社会已经迈入工业4.0和互联网 时代，计算机网络正以惊人的速度向人类社会的各个领域渗透，彻底颠覆了人们传统的生活、学习、工作乃至思维方式，实现了信息世界与物理世界的高度融合，有力地推动了经济社会的进步和快速发展。熟练操作和使用计算机网络已成为现代公民的一项基本素养。但是，对于计算机科学与技术等相关专业的学生而言，不但应熟练地掌握计算机网络的各种应用技术，而且还应掌握计算机网络的工作原理，以便更好地开发网络应用软件，优化网络性能，为用户提供更好的网络服务和用户体验。以往的计算机网络教材一般都是从信息接收者的角度出发，按照信息的接收流程，从物理层、数据链路层到应用层讲解计算机网络的工作过程。但是，当计算机网络的使用者想得到某种网络服务（如打开某个网页）时，首先要发送请求给网络，然后才能得到来自网络的响应信息； 所以，对于计算机网络用户，从信息发送的角度讲解计算机网络的工作原理更直观和易于理解。本书就是从上述角度出发，根据国民经济建设和社会发展对计算机等电气信息类专业技术人才在素质、知识和能力等方面的要求，并参考IEEECS/ACM联合制定的CS2013(Computer Science Curricula 2013)计算机科学教程，同时，结合Internet和以太网技术，采用自顶向下的方式，按照应用层、传输层到物理层的顺序详细介绍计算机网络的工作过程，使读者能够更好地理解和掌握计算机网络的原理和实现技术。本书具有如下特点：（1） 从用户角度出发，按照计算机网络中数据发送的信息流向和网络层次模型，采用自顶向下的方法，按照从应用层、传输层到物理层的顺序，详细地介绍计算机网络的工作原理。全书内容组织安排合理，结构清晰，易于阅读和理解。（2） 书中内容简明扼要，重点突出，主要介绍典型的网络协议（即以太网协议和Internet协议）以及网络安全和管理技术。（3） 注重理论联系实际，概念讲解透彻、具体。对于网络各个协议层包括的功能，从理论、方法讲解到具体实现细节。例如，对于简化的五层网络协议，每层的功能不但讲解其原理，而且结合以太网、因特网等技术详细介绍了各种功能的具体实现方法。（4） 实用性和先进性并重。计算机及其网络技术发展迅速，可以说是日新月异。本书作为一门计算机网络课程的教材，不但将以太网、因特网等传统的计算机网络技术详细地介绍给读者，而且还力争将云计算、移动计算等网络技术的最新发展及其作用展现给读者，以激发读者的学习兴趣。（5） 本书内容丰富，系统性强，从计算机网络的基本概念、原理到工作过程、网络接入、网络管理、网络安全和网络计算等多个方面，将计算机网络的原理和实现技术系统地呈现给读者，使读者可以完整地获得计算机网络方面的相关知识。（6） 书中充分借鉴案例教学的思想，由实际生活中的案例引出网络中的一些重要概念，以方便读者学习。例如，通过通信录的管理引出域名及域名解析，通过书信的邮寄过程引出协议和协议栈。（7） 书中内容表述直观，图文并茂，逻辑性强，易于理解。原理和方法（如域名解析等）均按照步骤和流程进行了详尽描述，不但做到条理清晰，还配有丰富的原理图以及案例图示，从而将复杂的原理和方法直观地呈现出来，方便读者阅读和理解。本书共分6篇、20章。第1篇是计算机网络与数据通信技术基础，共包括两章。第1章是计算机网络概述，介绍了计算机网络的基本概念、组成、发展历史、网络体系结构以及计算机网络的一些重要概念。第2章是数据通信技术基础，简单介绍了计算机网络中所涉及的一些通信技术和基本概念。这两章为后续内容的学习奠定了基础。第2篇是Internet与TCP/IP，共包括3章。其中，第3章介绍了Internet的HTTP、FTP、SMTP、Telnet等应用层协议，以及域名的概念和组成、域名解析、DHCP等协议，讲述了网络系统是如何接受和响应用户的应用请求，并为用户提供服务的。第4章介绍了Internet的TCP、UDP等传输层协议，重点介绍了TCP在确保网络传输可靠性中的作用。第5章介绍了Internet的网络层协议，即IP，全面论述了IP在网络互联中的重要作用，同时也介绍了ICMP、IGMP、ARP、路由选择等与IP密切相关的几个协议，以及网络地址转换技术（NAT）。第3篇是物理网络与因特网接入篇，包括第6~10章，分别介绍了数据链路层和物理层的功能以及为网络提供底层通信功能的局域网、广域网和接入网等技术。其中，第6、7两章从共性角度出发，分别介绍了数据链路层和物理层的功能，以及数据链路层中进行流量控制和差错控制的方法，同时也介绍了几个典型的数据链路层和物理层协议。第8章以以太网系列局域网为例，通过从10M带宽到吉比特的发展过程详细介绍了局域网技术的原理及其演变进程。第9章介绍了广域网技术，具体包括X.25、帧中继、ISDN、ATM等。第10章介绍了Internet接入技术。第4篇是计算机网络安全与管理篇，共包括两章，分别介绍了网络管理和网络安全技术。第5篇是网络计算，共包括5章，分别介绍了高性能集群计算、网格计算、云计算、移动计算、普适计算等网络计算新技术。第6篇是新型计算机网络，共包括3章，分别介绍了主动网、自组网、无线传感器网络等新型网络。本书由上海工程技术大学的史志才教授编写，书中内容遵循典型网络技术的发展脉络，结合作者多年的教学经验进行组织，并适当精简和筛选，力求简明、精练，希望能够方便读者掌握相关知识。由于计算机及其网络技术发展迅速，涉及的知识面广，加上作者的知识和能力有限，对书中不妥之处，恳请读者批评指正。本书可以作为计算机科学与技术等电气信息类相关专业的本科和研究生教材，建议授课学时为48~64学时。最后两篇的部分章节在对本科生的授课过程中可以概略地介绍给学生，目的在于拓宽学生的视野和知识面，使学生能够了解网络技术的最新发展，以及对相关技术的促进和支撑作用； 而对于研究生，可以作为其相关研究方向的指导。本书配有教学课件，若需要，可以从清华大学出版社的相关网址上下载。史志才2017年8月
免费在线读
第3章应用层目前，计算技术的发展使得现代社会进入了以Internet为运行环境，以网络计算和普适计算为特征，正积极向移动计算和云计算推进的信息化时代。Internet上提供了丰富的计算、存储资源和信息资源。那么，如何去使用和访问这些资源？Internet为人们使用和访问网络资源提供了哪些服务和手段？计算机网络如何接受和响应用户的请求并为用户提供服务？这些都是应用层所要完成的功能。应用层为用户提供的具体服务包括远程登录、电子邮件、文件传输、WWW服务等。每种服务均有对应的应用层协议来支持，这些协议规定了网络应用所应遵守的规范和准则。下面就详细介绍Internet的应用层所提供的各种协议及其功能，具体包括远程终端登录、电子邮件、文件传输、超文本传输等协议，以及为这些协议软件运行提供支持的域名解析、动态主机配置等协议。
3.1概述
应用层是网络协议层次模型的最高层，也是用户与网络的接口。通过使用Internet，知道计算机网络提供多种类型的应用服务，如WWW服务、电子邮件、文件传输等。对于每种应用服务均涉及网络上不同节点间的通信，以及人机间的交互过程。显然，既然涉及通信和交互过程，就需要有相关的标准、规则和约定(即协议)来支撑。在Internet环境下，各种应用功能存在一定的差异。所以，分别为每种服务定义了相应的应用层协议，如完成WWW服务的HTTP、完成电子邮件功能的SMTP和完成文件传输功能的FTP等等。每种服务均由相应的协议软件来实现，这些协议软件分别运行在用户端和服务器端。运行在用户端的软件称为用户软件； 运行在服务器端的软件称为服务器软件。不同的服务器软件可以安装、运行在同一台计算机上，也可以分别安装、运行在不同的计算机上。装有服务器软件的系统启动后，便创建了一个称为守护进程(Daemon)的服务器进程，该进程一直处于运行状态，等待用户的服务请求。用户使用服务时，需通过用户软件(如WWW浏览器等)发出请求，本地网络操作系统接受该请求，并创建一个用户进程(也称为客户进程)，该进程调用网络协议软件，通过网络向对应的服务器进程发出请求； 服务器进程接受请求，并按照协议来分析和响应请求，将处理结果按照通信协议通过网络返回给用户进程。协议定义了用户进程与服务器进程间交换信息的格式和顺序，以及发送、接收和响应请求时所采取的操作。客户/服务器模式的通信过程如图3.1所示。显然，用户进程是一个请求进程，而服务器进程是一个响应进程。这种服务模式称为客户/服务器模式，网络上大部分服务均工作于这种模式。
图3.1客户/服务器模式的通信过程
目前，计算机网络所使用的客户/服务器模式应该严格地称为基于Web的客户/服务器模式，简称为B/S(Browser/Server)模式。而传统的客户/服务器模式简称为C/S(Client/Server)模式。基于Web的客户/服务器模式与传统的客户/服务器模式间存在一定的区别。传统的客户/服务器模式下，客户端程序承担较多的功能，是基于不同的操作系统和数据库管理系统开发的。当客户端的操作系统等运行环境发生变化时，可能需要重新开发应用软件，这样，势必造成很大的浪费和不便，并且对于不同的操作系统环境，应用软件的移植也存在一定困难。能否把应用系统都放在服务器端，而简化用户端的功能，让应用软件在服务器端运行； 在这种情况下客户使用时，只需要访问服务器即可。这样，无论用户端的系统软件环境如何变化，只要能访问服务器，就可以得到相应的服务，这就是所谓的B/S模式。显然，这种工作方式下，服务器端的负担较重，而客户机所承担的工作较少，所以也称之为瘦客户机。目前的云计算正是贯彻这种理念，将服务集中在云端(即服务器端)，而客户端可以做得非常简单(如智能手机等各种移动终端)，只要它能通过网络访问云端，就可以得到云端提供的各种服务。现在计算机所使用的都是多任务、多用户操作系统，无论是客户机，还是服务器，均可能同时运行多个进程(即多个应用程序)。对于计算机网络而言，它可能同时提供多种类型的服务，而每种服务都将创建相应的应用层进程，这些应用层进程可能要用到相同的运输层协议。为了区分这些并发的应用层进程，在应用层的下一协议层： 运输层引入了端口号的概念。每个端口号是一个16位的二进制整数，它唯一地标识了某台主机内运行的一个应用层进程。应用层进程在调用运输层协议时，由运输层进程为其分配一个端口号，并保证在一台计算机内运行的应用层进程与端口号是一一对应的。对于服务器来讲，它可能同时提供多种类型的网络服务，即运行多个服务器进程。当客户端想要得到某种类型的网络服务时，它必须事先知道向哪台服务器上的哪个服务器进程发送请求，即必须事先知道提供该服务的服务器地址和服务器进程的端口号。所以，与各种网络服务相对应的服务器进程的端口号必须是公布于众的，这些端口称为熟知端口。Internet规定熟知端口号从0到1023，表3.1给出了常用Internet服务所对应的熟知端口号以及与运输层协议间的关系。而客户端进程的端口号是由它调用的运输层协议进程随机产生的，称之为临时端口，其值要大于1023，一般在49152~65535之间。当用户想要得到某种网络服务时，它首先调用相应的应用软件(如浏览器)，创建一个客户进程，客户进程将调用通信协议把所获得的端口号和客户机的IP地址作为源端口号和源IP地址，而将提供服务的服务器进程的熟知端口号和服务器的IP地址作为目的端口号和目的IP地址，连同请求信息一起封装成请求数据包，发送给服务器。网络层的IP根据请求数据包中的目的IP地址，控制该数据包传输到相应的服务器； 服务器接收到该数据包后，由运输层协议根据其中的目的端口号将该请求送给相应的服务器进程(即应用层进程，对应某种网络服务)。服务器进程处理客户端的请求，然后，将请求数据包中的源端口号和源IP地址作为目的端口号和目的IP地址与响应信息一起封装成响应数据包，通过网络协议发送给请求服务的客户进程。各种网络服务与端口间的关系如图3.2所示。显然，客户机的IP地址和客户进程的端口号在全网范围内唯一地标识了客户进程，而服务器的IP地址和服务器进程的端口号也在全网范围内唯一地标识了服务器进程。因此把主机的IP地址以及主机上标识进程的端口号组合在一起，称之为套接字(socket)。这样，一对套接字唯一地标识了网络上的一条通信连接，这一点在运输层介绍TCP时将详细讲解。
表3.1常用Internet服务所对应的熟知端口号以及与运输层协议间的关系
服务类型文件传输数据连接控制连接远程终端SMTPPOP3WWW域名服务简单文件传输简单网络管理
端口号20212325110805369161运输层协议TCPUDP
图3.2各种网络服务与端口间的关系
3.2域名和域名解析
3.2.1域名及域名的组成结构在日常生活中，当人们想要寻找某个地点时，应事先知道该地点的地址。同样，当要访问某种网络资源时，必须知道该资源的网络地址。在Internet上，用IP地址就可以唯一地标识出网络节点的地址。第1章简单介绍了IP地址的概念，在网络层还将详细介绍。实际上，IP地址是一个32位的二进制数字串，它尽管可以采用四位点分十进制来表示(如202.156.122.210)，但这样一串枯燥的数字仍不利于记忆，而人们习惯于记忆名字。所以，为了便于记忆，常采用形象、直观的字符串作为网络上各个节点的地址，如搜狐的WWW服务器的网络地址为： www.sohu.com。这种唯一地标识网络节点地址的符号名就称之为域名(domain name)，也称为主机名(host name)。域名是一个逻辑概念，与主机所在的地理位置没有必然联系，它们由专门的组织(不同级别的网络信息中心)进行管理和分配，用户使用域名需要向该组织申请和注册。由于Internet上用户数量的快速膨胀，域名急剧增多。为了便于管理、记忆和查找，常采用树形层次结构组织域名。其中树根节点为空，以下的每级节点依次分别称为： 顶级域、二级域、三级域……所表示的名称分别称为： 顶级域名、二级域名、三级域名……如图3.3所示。整个域名树组成了Internet的域名空间，而以每个非根节点为根的子树组成了Internet的一个域名子空间。域名树上的每个节点(除根节点)都定义了一个标签(label)，它是该节点所对应级别域名的一个实例，它由字母、数字和连字符“”组成，其最大长度为63个字符，而且不区分大小写。网络上每个节点的域名是从该节点开始，按照域名树的层次结构自底向上，最终结束到根节点，而形成的一个标签序列。书写时从左到右排列，中间用圆点分开，最右边的域名为顶级域名，具体形式为： ……三级域名.二级域名.顶级域名
如： 北京大学图书馆的域名表示为lib.pku.edu.cn。
图3.3Internet域名空间
注意，一个域名的最大长度为255个字符。各级域名由上一级域名机构进行管理，顶级域名由因特网名字与号码指派公司(The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers，ICANN)进行管理。顶级域名分成3大类： 国家顶级域名。采用了ISO 3166的规定，例如： .cn表示中国，.us表示美国，.jp表示日本等。 国际顶级域名。采用.int，国际性组织可在.int下面注册域名。 通用顶级域名。这些域名表示公司、政府部门、军事部门、教育机构等，共13个，见表3.2。顶级域名下面是二级域名。中国将二级域名分成“类别域名”和“行政区域名”两大类。其中，类别域名6个，见表3.3。行政区域名34个，用于表示全国的省、自治区、直辖市和特区，如.bj表示北京，.sh表示上海，等等。若在中国二级类别域名.edu下申请注册三级域名，则需要向中国教育科研计算机网络中心申请； 若在其他二级域名下申请注册三级域名，则需要向中国互联网网络信息中心CNNIC申请。图3.3展示了Internet域名空间的大致情况，从表中可以看到，一旦某个单位拥有了三级以下级别的域名，下一级域名完全由它自己决定如何去命名和管理。如北京大学拥有三级域名： pk.edu.cn，其下属单位的域名就由它自己分配和管理。
表3.2常用的通用顶级域名
序号域名代 表 含 义序号域名代 表 含 义序号域名代 表 含 义
1.com公司企业2.net网络服务机构3.org非营利性组织4.gov政府部门5.mil军事部门
6.edu教育机构7.aero航空部门8.biz商业9.coop合作团体10.info网络信息服务组织
11.museum博物馆12.name个人13.pro自由职业者
表3.3中国二级域名中的类别域名
序号域名代 表 含 义序号域名代 表 含 义
1.com工、商、金融等企业2.net网络信息中心和运行中心3.org非营利性组织
4.edu教育机构5.ac科研机构6.gov政府部门
3.2.2域名解析上面已经说明，用域名标识某个网络节点的地址只是为了方便记忆，但随数据包一起传输的还是32位二进制数组成的IP地址，而上网所使用的却是域名，所以就需要一种方法自动地将域名转换为IP地址。这种将域名转换为IP地址的过程称为域名解析。域名解析的过程与打电话的过程颇为相似。显然，平时人们大脑中记忆的是人的名字。当要给某个人打电话时，首先，想到的是这个人的姓名，然后，根据姓名查找电话号码簿，找到其电话号码，再使用电话号码进行拨号和通话。此时通过查找电话号码簿就将受话人的姓名转换为其电话号码。在Internet发展初期，由于当时的网络规模比较小，采用Hosts.txt文件来记录和管理网络上各个节点的域名和对应的IP地址，进而实现域名解析功能。该Hosts.txt文件存储在网络系统的中心管理服务器上，每个网络节点在启动时，均需要从中心服务器上下载该文件。但是，随着Internet主机数量的急剧增加，除了Hosts.txt文件的大小不断增加外，每次Hosts.txt文件的下载及其更新过程产生的流量也在不断增加，进而给网络通信造成了很大负担。所以，迫切需要一种采用分布式管理方式、可扩展性好、支持多种数据格式的软件系统来代替Hosts.txt文件实现域名解析功能，这就是下面将要介绍的域名服务器软件系统。这种称为域名服务器的软件系统诞生于1984年，它代替了基于Hosts.txt文件的域名解析方式来完成域名解析功能。该软件也称为DNS服务器，它执行的协议是一个应用层协议，称之为域名解析协议。DNS服务器上设有DNS数据库，用于记录和存储网络节点的域名、IP地址等信息。当用户使用域名访问某个网络节点时，它创建的客户程序首先发送请求给域名服务器，要求域名服务器将要访问的域名转换成对应的IP地址，然后，使用IP地址来与目标服务器进行交互。Internet上，通常设有多个域名服务器，分别负责不同域名子空间的域名解析工作。这些服务器按着域名的层次结构进行组织，分布在级别不同的各个域中，组成了一个高效、可靠、协同工作的分布式系统。域名服务器具体分为以下3类： 本地域名服务器。每一个独立的网络系统（称之为自治系统（Autonomous System，AS)）均设有自己的域名服务器，它负责本区域内所有网络节点域名的管理和解析，该域名服务器称为本地域名服务器，也称为默认域名服务器。该区域的每个网络节点必须将其域名和对应的IP地址等信息登记在一个本地域名服务器的DNS数据库中。 授权域名服务器。Internet上，登记有某台主机域名信息的本地域名服务器也称为这台主机的授权域名服务器。为了可靠起见，要求每台主机至少有两台授权域名服务器。 根域名服务器。Internet上，共有13个根域名服务器，它们是负责顶级域名管理的授权域名服务器，其中有10个位于北美洲，其他3个位于欧洲和亚洲。根域名服务器的作用非常重要，它是架构因特网所必需的基础设施。若出现故障将严重影响网络的正常运行，所以，每个根域名服务器一般是由多个服务器组成的分布式系统，它们协同、可靠地工作，共同完成域名的解析任务。域名解析系统工作于客户/服务器模式，它使用运输层中的UDP进行传输，对应的端口号为53。为了提高域名解析的速度，每个网络节点常在本地存储器中开辟一块存储区域(称为DNS缓存)，用于存储已经获得的域名和对应的IP地址等信息。当WWW、Email、FPT等服务采用域名访问网络时，应用进程首先创建一个称为域名解析器(resolver)的本地客户端进程。该进程接收应用进程的域名解析请求，并在本地DNS缓存中进行查找。若找到对应域名的IP地址，则直接将查询结果返回给应用进程； 若域名解析器在本地缓存中没有找到匹配结果，则它将要进行解析的域名等信息封装成DNS请求报文，调用运输层的UDP，向本地域名服务器的53号端口发送请求，要求本地域名服务器协助查找； 若本地域名服务器仍没有查找到结果，则它作为新的客户端，再向根域名服务器发送DNS请求，根域名服务器没有找到，则再向下一级域名服务器发送DNS请求，直到在某级域名服务器上查询到待解析的结果。然后，形成DNS响应报文将查询结果返回给请求DNS服务的主机。该主机首先将域名和得到的IP地址存入自己的DNS缓存，然后，采用该IP地址封装数据包，并通过网络发给相应的目的节点。因此，为了实现上述的域名解析功能，必须做如下假设： 每个域名服务器必须知道所有根域名服务器的IP地址。 每个域名服务器必须知道其下一级域名服务器的IP地址。显然，只有满足上述条件，各个域名服务器才能知道其他相关域名服务器的地址信息，这样它们才能相互协同，以共同完成域名解析工作。实践证明： DNS是在Internet上实现的最成功的分布式系统。通常，域名解析有两种不同的实现方式： 递归解析(recursive resolution)和反复解析(iterative resolution)。1. 递归解析当主机需要进行域名解析，但在本地查找DNS缓存而没有成功时，它调用解析器向本地域名服务器发送一个DNS请求报文，其中含有要解析的域名信息。若本地域名服务器找到了指定的域名，则形成DNS响应报文将对应的IP地址信息返回给主机； 若本地域名服务器没有找到指定的域名，则本地域名服务器将请求授权的根域名服务器协助查找； 然后，根域名服务器根据要查找域名的二级域名请求相应的二级域名服务器协助查找； 重复上述过程，直到某一级的域名服务器找到了相应的域名信息，然后，它形成DNS响应报文，
图3.4域名的递归解析过程
按照刚才的请求路径逆向传递，如图3.4中的虚线所示，最终传递给请求域名解析的主机。上述域名解析过程如图3.4所示，其中的序号标明了DNS请求和响应的顺序。用户访问新浪网WWW服务器域名的递归解析过程如图3.5所示。此时在本地域名服务器和本地DNS缓存中，均没有找到新浪WWW服务器的IP地址，只好调用域名解析系统进行解析。
图3.5用户访问新浪网www服务器域名的递归解析过程
2. 反复解析反复解析也称为迭代解析。当主机需要进行域名解析，但在本地没有成功时，它也是首先调用解析器向本地域名服务器发送一个DNS请求报文。若本地域名服务器找到了指定的域名，则形成DNS响应报文将对应的IP地址信息直接返回给主机； 若本地域名服务器没有找到指定的域名，则它要向授权的根域名服务器发送DNS请求报文要求协助查找。根域名服务器若找到相应的域名，则形成DNS响应报文返回结果给本地域名服务器； 否则根域名服务器将根据待查找域名的二级域名确定下一个域名服务器，并把该域名服务器的地址通知给本地域名服务器； 然后，本地域名服务器再向该二级域名服务器发出DNS请求，要求其协助查找； 若该域名服务器找到了相应的结果，则形成DNS响应报文，将查到的IP地址信息通知给本地域名服务器； 若没有找到，则再根据待查找域名的三级域名确定下一级域名服务器，并把它的地址通知给本地域名服务器。重复上述过程，直到某一级域名服务器找到了结果，并将结果通知给本地域名服务器，
图3.6域名反复解析的过程
本地域名服务器将查找结果形成DNS响应报文通知给主机，从而完成了一次域名解析工作。域名反复解析的过程如图3.6所示，其中的序号标明了DNS请求和响应的顺序。用户访问新浪网WWW服务器的域名解析过程如图3.7所示，此时在本地域名服务器和本地DNS缓存中均没有找到新浪WWW服务器的IP地址，只好调用域名解析系统进行解析。
图3.7用户访问新浪网WWW服务器的域名解析过程
为了提高域名解析的速度，还采取了如下3种措施： (1) 为了减轻根域名服务器的负担，它常工作于反复解析模式。即根域名服务器一旦接收到某个本地域名服务器的DNS协助请求，它将根据待解析的域名确定负责解析该域名的下一级域名服务器的IP地址，并将之通知给发出请求的本地域名服务器，让它们合作完成该次域名的解析工作，以后不再干预，从而减轻其工作负担。(2) 在本地域名服务器内设置了一块高速缓存。当本地域名服务器从其他域名服务器得到了不在其管辖范围内的域名和对应的IP地址信息后，就把该域名和对应的IP地址等信息存入高速缓存。以后在域名解析过程中，一旦确定所解析的域名不在其管辖区域内，下一步就查找高速缓存。若高速缓存内仍查不到，则再向根域名服务器发出请求，要求协助查找。(3) 许多主机在启动时，从本地域名服务器中下载全部域名解析信息。同时，在内存中设置了DNS高速缓存(在前面介绍域名查找算法时已经提到)，用于记录新得到的域名解析信息。这样，每次进行域名解析时，首先查找本地DNS信息，若找不到才求助于本地域名服务器，这样可以显著加快域名解析的速度。由于网络是动态变化的，高速缓存中的内容可能因为时间过长而失效。所以，为了保证高速缓存中域名信息的有效性，要设置时钟限制并定时更新。此外，为了保证域名解析系统工作的可靠性，域名服务器一般均成对存在，以便一个出现故障时，另一个能接替工作。
3.3远程终端协议
在计算机发展初期，个人计算机的功能相对简单，而更多的计算机软、硬件资源和信息资源都集中在小型机或者更高档次的计算机系统上，这些计算机系统运行分时操作系统，同时可以为多个本地和远程用户提供服务。而功能有限的个人计算机(或者终端)为了完成复杂的功能或者为了获取更多的信息资源，常常作为一个仿真终端或者智能终端登录到远程计算机系统，以使用远程计算机系统上的软、硬件资源。此时，对于用户而言，它的显示器和键盘就好像直接连接到远程计算机上，远程计算机系统就像它的本地主机一样供其使用，这就是远程登录服务。但随着个人计算机功能的逐渐增强，远程登录服务已很少使用； 但在网络管理领域，目前仍在使用这种方式来管理和配置路由器、交换机等网络设备。Internet使用远程终端协议（Telnet）来提供远程登录服务。这种服务工作在客户/服务器模式下，它由两部分组成： Telnet客户端和Telnet服务器。远程Telnet服务器上运行服务器进程，这个进程是一个守护进程，一直运行在23号端口，等待用户的Telnet请求。当用户想要申请Telnet服务时，它在本地计算机上启动一个Telnet客户进程，向Telnet服务器的23号端口发送连接请求。服务器进程接受该请求，建立与客户机的连接，并启动一个子进程响应该Telnet请求，然后，返回到等待状态继续等待其他Telnet请求。远程登录过程示意图如图3.8所示。
图3.8远程登录过程示意图
远程登录服务所涉及的一个关键问题是客户端和远程服务器可能是异构的，它们的计算机硬件、所使用的操作系统以及键盘输入字符的格式等方面可能并不相同。如有些系统使用ASCII码的回车(CR)来表示文本行的结束，有些系统使用换行符(LF)来表示，而有些系统使用回车加换行符(CR LF)的组合来表示。为了使Telnet服务器能够识别远程用户所输入的命令，必须消除这些差异。Internet采用网络虚拟终端(Network Virtual Terminal，NVT)来适应不同系统间的差异。即用户输入的命令首先由本地格式转换为NVT格式，然后，发送给Telnet服务器； Telnet服务器接收这种NVT格式的命令，再转换为服务器端的命令格式，然后执行，并将响应结果转换为NVT格式后返回给用户； 用户接收后再将之转换为本地格式并显示在显示器上。远程登录的NVT转换示意图如图3.9所示。
图3.9远程登录的NVT转换示意图
NVT使用7位标准的ASCII码来表示数据，每个7位字符以字节为单位进行发送，字节的最高位规定为1。7位标准的ASCII码字符集包括可打印/显示的普通字符和不可显示的控制字符。对于用户输入的普通字符，NVT将其按照原始含义进行传送； 而当输入的是控制字符或者组合字符时，NVT将它们转换为特殊的编码，然后在网络上传输。当本地用户想要获得远程登录服务时，首先，在本地计算机上启动一个Telnet客户进程，向TELNET服务器申请进行登录和注册，建立与Telnet服务器间的双向连接(该连接通过运输层的TCP来建立)，然后就通过该条连接进行交互，传输命令、响应等信息。Telnet协议支持多种命令，这些命令用于控制客户端与服务器间的交互。每条Telnet命令一般由两个以上字节组成，第一个字节各位全为1(即0xFF)，称为IAC(Interpret As Command)。它是一个转义字符，用于表示后续的字节为命令代码。对于某些命令代码，其后跟有选项代码，用于客户端与服务器间协商数据的传输方式、传输速度等，以增强Telnet协议的灵活性和对异构环境的适应能力。常用的Telnet命令见表3.4。
表3.4常用的Telnet命令
命令命令编码命 令 含 义
IAC255表示之后的数据为命令DON’T254表示选项参数所指定的请求被拒绝DO253表示选项参数所指定的请求被接受EL248通知服务器删除当前行EC247通知服务器删除前一个字符IP244中断、终止或结束某个进程BRK243表示数据传输的中断EOF236表示文件中的数据已全部传输出去
3.4文件传输协议
计算机网络最基本的功能就是实现数据通信和资源共享。位于一台计算机上的文件可以通过网络传输到另一台计算机，通过网络也可以读取其他计算机上的文件。在计算机网络中，上述功能是通过文件传输协议来实现的。这种文件传输协议最初是ARPANET的一个组成部分，后来发展成TCP/IP中的一个应用层协议。这种协议实现了文件的远程传输功能，是计算机网络所提供的基本功能之一，也是计算机网络产生初期使用最多的功能，目前仍在广泛使用。文件传输服务通过网络将文件从本地计算机复制到另一台称为文件服务器的计算机，该过程称为文件的上传。相反，从文件服务器传输文件到本地计算机的过程称为文件的下载。这种文件的传输过程看起来似乎很简单，但是，实现起来却相当复杂。众所周知，计算机网络常常由多台异构的计算机所组成。这些计算机的操作系统、所使用的字符集、采用的文件结构及格式、目录的组织方式等均可能存在一定差异。所以，文件传输必须考虑到这些差异，并能屏蔽掉这些差异，为用户提供透明的文件传输服务。Internet采用文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)实现上述功能，所以，文件传输服务也称为FTP服务。3.4.1FTP的工作原理文件传输服务工作于客户/服务器模式，它由客户端和服务器端两部分组成，如图3.10所示。用户操作的本地计算机即为客户端，存储用户想要访问文件的计算机系统为服务器端，通常称该计算机系统为FTP服务器，用户通过FTP访问服务器端的文件。FTP工作于运输层的TCP之上，它采用21号端口，以面向连接的方式工作，通过客户端和服务器端间的交互会话过程，实现它们之间的数据传输。
图3.10文件传输过程示意图
图3.10给出了FTP服务的基本模型。客户端由用户接口、控制进程和数据传输进程组成。而服务器端由主控制进程、从属控制进程和数据传输进程组成。其中，主控制进程为守护进程，FTP服务器启动后，它就一直处于运行状态，该进程一直监测21号端口，等待用户的FTP请求。当客户端要访问FTP服务器时，首先，调用运输层的TCP建立客户端与FTP服务器端的两条双向连接： 控制连接和数据连接。其中，控制连接用于传输命令和响应信息； 而数据连接用于传输要存取的数据文件。建立连接时，控制连接先建立，然后，客户端与FTP服务器端使用这条控制连接进行交互协商，以建立数据连接，之后使用这条数据连接传输数据文件。FTP规定有两种不同的连接模式： PORT和PASV，分别称为： 主动模式(active mode)和被动模式(passive mode)。对于不同的连接模式，FTP服务器和客户端仅在建立数据连接时的作用有所不同。1. PORT模式该模式下，数据连接的建立由FTP服务器发起。当用户想要访问FTP服务器时，具体的工作过程如下： （1） 用户在FTP客户端启动一个控制进程，通过该控制进程向FTP服务器的21号熟知端口发送文件传输请求。（2） 服务器端的主控制进程接收到客户端的FTP请求，创建一个从属控制进程，由该从属控制进程建立与客户端控制进程间的连接(即控制连接)，然后，主控制进程返回并继续等待响应其他FTP用户的并发请求。（3） FTP客户端通过其客户端控制进程创建一个客户端的数据传输进程，并通过控制连接和PORT命令，将该数据传输进程所使用的端口号通知给服务器端的从属控制进程，进而发出一次数据传输请求。（4） 服务器端接收到客户端的数据传输请求后，从属控制进程采用20号熟知端口，启动一个服务器端的数据传输进程，并向客户端数据传输进程的端口发送请求，进而建立与客户端数据传输进程间的连接(即数据连接)。（5） 以后的文件传输过程就在客户端的控制进程与服务器端的从属控制进程的控制下，由客户端与服务器端的数据传输进程来完成。2. PASV模式该模式下，数据连接的建立由客户端发起，其控制连接的建立过程与PORT模式相同，但数据连接的建立过程有所区别。此时，客户端要求建立数据连接时，使用的是PASV命令。客户端通过PASV命令告诉FTP服务器： 它希望连接到服务器的某个端口(非熟知端口)。若FTP服务器上该端口可用，服务器就返回ACK，作为确认信息，然后，建立数据连接； 若FTP服务器上该端口不可用，服务器就返回UNACK信息，表示该端口已经被占用，客户端接到端口不可用信息后，再次发送PASV命令，继续要求与服务器上的其他端口建立数据连接。对于上述两种连接模式，最初客户端通常默认使用PORT模式建立数据连接； 但是，因为PORT模式存在安全隐患，现在，许多客户端默认使用PASV模式。显然，无论对于哪一种连接模式，均可能存在多个用户同时访问同一个FTP服务器。此时，主控制进程可以创建多个从属控制进程，以响应来自多个不同客户端的FTP请求。此外，还需注意的是，在文件传输期间，控制连接是一直存在的，而数据连接是在每次数据传输请求时创建，数据传输结束后撤销。随着数据连接的撤销，相应的数据传输进程也随之消亡。当有新的数据传输请求时，再由控制进程创建新的数据传输进程和建立新的数据连接，以再一次完成数据传输任务，直到所有数据传输完毕，控制进程才随之消亡。3.4.2FTP的命令和响应FTP通过建立两条双向连接来分别传输命令/响应信息以及数据文件。为了实现异构网络平台上的信息传输，与Telnet协议一样，FTP也采用NVT格式传输命令和响应信息。FTP定义了许多命令和响应信息，分别用于登录FTP服务器、设置传输参数、浏览文件服务器上的文件和目录、读取文件服务器上的文件、存储文件到服务器以及管理FTP服务器与客户端的文件传输过程。当应用进程调用FTP进行某种操作时，FTP将对应的命令或者响应信息封装成应用层协议数据单元，然后，调用运输层的TCP来完成进一步的数据传输工作。1. FTP命令FTP定义了3类FTP命令： 存取控制命令、传输参数命令和FTP服务命令。这些命令通过控制连接由客户端传输到FTP服务器，要求服务器完成指定的操作。1) 存取控制命令该类命令主要用于实现用户身份验证、切换目录、关闭连接等功能。如用户登录FTP服务器时，客户端进程必须连续使用USER命令和PASS命令，将用户名和口令传递给FTP服务器进行认证。常用的FTP存取控制命令见表3.5。
表3.5常用的FTP存取控制命令
命令与格式命 令 功 能
USER username为FTP服务器提供用户名，用于身份验证PASS password为FTP服务器提供用户口令，用于身份验证CWD pathname改变当前工作目录CDUP返回到上一级目录QUIT退出FTP登录，关闭控制连接
2) 传输参数命令FTP实现文件传输时，事先要通过控制连接协商某些参数，如数据端口号、数据连接建立方式、传输模式等。实际上，许多传输参数设有默认值，当这些默认值不能满足文件传输要求时，就要使用传输参数命令对传输参数进行协商设定。常用的FTP传输参数命令见表3.6。
表3.6常用的FTP传输参数命令
命令与格式命 令 功 能
PORT hostport使用主动模式传输文件，并将客户端的端口号通知给FTP服务器PASV 使用被动模式传输文件TYPE typecode设置文件的数据类型(typecode=A/E/I/L)STRU structurecode设置文件的结构类型(structurecode=F/R/P)MODE modecode设置传输模式(modecode=S/B/C)
对于异构的网络环境，客户端和FTP服务器的系统环境可能存在一定差异，如字长不同，NVT ASCII码字符在不同系统中的存储表示也不一样。为了保证文件能够被正确地存取和传输，FTP规定了文件传输和存储的数据表示规范以及传输模式。FTP的数据表示包括： 数据类型和文件结构类型两个方面。（1） FTP的数据类型。共包括四种，具体描述如下： ASCII码类型。为默认的数据类型，用于传输文本文件。发送方将本地文件转换为标准的8位NVT ASCII码形式，然后，在数据连接上传输。 EBCDIC类型，即扩充的二进制编码的十进制交换码，是一种类似ASCII码规范的编码方式。主要使用在IBM计算机上，可用于传输文本文件。 IMAGE类型，即通常所说的二进制文件类型，数据打包成8位的传输字节，以连续比特流形式进行传输，通常用于传输二进制文件。以二进制文件类型传输数据时，收发双方均不需要进行数据格式的转换，所以传输速度比较快。 LOCAL类型，即本地文件类型，用于在具有不同字长的主机间传输二进制文件。上述4种类型中，ASCII码类型和EBCDIC类型最为常用。（2） FTP的文件结构类型。共包括3种类型，具体描述如下： 文件类型。默认的数据结构。此时，文件由连续的字节流组成，不存在内部结构。 记录类型。文件由一系列记录组成。该类型适用于表示文本文件，文本文件的每一行就是一条记录。 页类型。文件由一组独立的带有编号的页组成，每个页发送时，都带有一个页号，以便接收方能够随机地存储各页。除了数据表示以外，FTP还规定了文件在数据连接上如何进行传输。FTP共规定了3种传输模式，具体如下： ① STREAM模式。即流模式，是默认的文件传输模式。文件以字节流的形式传输。这种传输模式对要传输数据的表示类型没有限制。② BLOCK模式。即块模式。文件以一系列数据块的方式进行传输。每个块都带有一个由3个字节组成的报头。其中，2个低位字节为计数字段，用于表示数据块所包含的字节总数； 高位字节是位标志的描述符，用于表示数据块的结束标志(EOF或者EOR)等信息。③ COMPRESSED模式。即压缩模式。对传输的信息进行压缩后再发送，这样有利于节省网络的传输带宽。3) FTP服务命令FTP服务命令为用户提供了有关文件传输和文件系统操作的一系列功能，这些命令的参数通常是一个路径名(pathname)。除个别命令外，大部分命令的使用顺序不受限制。常用的FTP服务命令及功能见表3.7。
表3.7常用的FTP服务命令及功能
命令与格式命 令 功 能
RETR pathname从文件服务器上下载一个文件STOR pathname上传一个文件到文件服务器上DELE pathname删除文件服务器上的一个指定文件
续表
命令与格式命 令 功 能
MKD pathname在文件服务器上建立一个目录或文件夹RMD pathname在文件服务器上删除一个目录或文件夹PWD显示当前工作目录STAT返回状态信息(如文件上传或下载的字节数)ABOR终止前一个命令，并中断数据传输
2. FTP响应当FTP服务器接收到来自客户端的FTP命令并按照命令的要求完成指定操作后，要通过控制连接给客户端返回FTP命令的响应信息，这种响应信息也称为FTP应答。与FTP命令一样，FTP应答也是采用NVT编码方式进行传输，它反映了FTP服务器对FTP命令的执行情况和服务器的当前工作状态，这些执行情况和状态信息通过FTP应答能够及时地反馈给客户端和用户。每条FTP命令可以产生一个或者多个FTP应答。每个FTP应答包括一个3位的数字编码和附在其后的一串文本信息。3位的数字编码为FTP应答码，文本信息仅提供给用户阅读并使用户了解命令的执行情况或者服务器的当前状态。部分FTP应答码及其含义见表3.8。
表3.8部分FTP应答码及其含义
应答码应答码的含义
125表示数据连接已建立，传输开始200表示命令已被成功执行220表示FTP服务准备就绪，用户可以登录226表示关闭数据连接331表示用户名有效，可以输入用户密码425表示FTP服务器无法建立数据连接426连接关闭，传输终止452表示FTP请求没有被响应，系统没有足够的存储空间500表示语法错误(无法识别命令)503表示命令顺序错
3.4.3FTP的使用FTP提供交互式的访问方式完成文件操作。在使用FTP操作时，首先，用户需要启动FTP客户端程序，通过传统的FTP命令、浏览器或者专用的下载工具向FTP服务器发送连接请求，通过输入自己的用户名和口令以登录FTP服务器。登录成功后就可以访问FTP服务器，进行各种文件操作。通常FTP提供两种类型的服务。1. 特许FTP服务特许FTP服务指用户在FTP服务器上建立自己的账号，在访问FTP服务器时，要求用户输入自己的用户名和口令。该种服务方式下，用户拥有较高的使用权限，但对于没有开设账号的用户来讲，显然无法访问FTP服务器。所以，Internet提供了另一种FTP服务方式，即匿名FTP服务。2. 匿名FTP服务该种服务方式为用户建立了一个公开账户，用户名一般为anonymous，口令一般为guest。普通用户都可以使用上述用户名和口令登录FTP服务器，访问FTP服务器上的信息资源。但为了安全起见，对公众开放的信息资源是有限的，因而对用户的使用权限进行了限制，不允许用户上传文件或者修改FTP服务器中的文件。3.4.4简单文件传输协议相对于FTP而言，还有另一个更为简单的文件传输协议，即简单文件传输协议(Trivial File Transfer Protocol，TFTP)。它是一个简化的文件传输协议，其代码非常简短，可以放在无盘工作站的只读存储器中运行。TFTP使用69号熟知端口，采用无连接的方式(即使用传输层中的UDP)进行文件传输； 而FTP是采用面向连接的方式(即使用传输层中的TCP)。TFTP不支持交互，因而非常适合多个文件同时传输的情况。但因为在传输层采用了不可靠的UDP，所以，TFTP需要有自己的差错保证措施。
3.5电子邮件服务
电子邮件服务是计算机网络所提供的基本服务方式，是目前使用最为广泛的Internet服务之一。电子邮件也称Email，它代替了传统的电报业务，为通信双方提供了简单、廉价、快捷的信息传递方式，深受广大用户的欢迎。3.5.1电子邮件系统的组成及工作过程电子邮件系统一般由3部分组成： 用户代理(User Agent，UA)、邮件服务器和邮件传输协议，如图3.11所示； 邮件传输协议又包括简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)、邮局协议(Post Office Protocol，POP3)等。
图3.11电子邮件系统的组成
用户代理是用户使用电子邮件系统的接口，它运行在用户的本地计算机上，负责为用户生成和管理电子邮件，具体实现电子邮件的编辑、显示、删除等，并负责将邮件发送到邮件服务器以及从邮件服务器中读取邮件。为了确保邮件能够有效地传输给邮件服务器，用户代理创建了到邮件服务器间的双向连接通道，分别用于发送邮件和接收来自邮件服务器的响应信息。邮件服务器是为用户提供邮件传输服务的软件系统，也称之为邮件传输代理(Mail Transfer Agent，MTA)，它负责接收用户传输邮件的请求，并把要传输的邮件发送给目的邮件服务器。邮件服务器为每个申请邮件服务的用户提供一定大小、称之为邮箱的磁盘空间，用来存储用户收发的邮件。邮箱通过名字进行标识，该名字由用户名和邮件服务器名组成，邮件服务器名即为邮件服务器的域名。此外，邮件服务器还设有邮件缓存以临时存储等待发送的邮件和已接收但尚没有转存到用户邮箱的邮件。邮件传输协议用于控制用户代理与邮件服务器以及发送邮件服务器与接收邮件服务器间的信息交换。其中，最基本的两个邮件传输协议是SMTP和POP3，它们分别用于控制邮件的发送和接收。电子邮件系统传输的邮件包括信封、邮件首部和邮件正文3个部分。信封上记录有发件人和收件人的地址，收件人的地址可以有多个。邮件首部包括第一收件人的电子邮件地址、发件人、发件人的电子邮件地址、主题(邮件的简要说明)、抄送的邮件地址(可能有多个)、回信应送达的电子邮件地址等信息。正文是邮件的具体内容，最初仅限于NVT ASCII文本，后来，经MIME协议的扩展可以传输非ASCII码字符(如图像、声音等信息)。邮件服务器兼有发送邮件服务器和接收邮件服务器的双重功能，它们通过Internet分别完成邮件的发送和接收。如果邮件服务器在一定时间内没有将用户的邮件成功地发送出去，它要将发送失败的相关信息通知给相关的用户代理。因为邮件服务器独立于客户端，它一直处于运行状态，所以，无论用户是否在线，邮件服务器均能完成邮件的接收工作。为了有效地控制用户代理与邮件服务器以及邮件服务器与邮件服务器之间的信息交换，Internet定义了两个协议： 邮件发送协议和邮件读取协议，分别用于控制邮件的发送和读取。邮件发送协议使用的是简单邮件传输协议，即SMTP，它是发送方的用户代理向发送邮件服务器以及发送邮件服务器向接收邮件服务器发送邮件时所使用的协议。邮件读取协议使用的是邮局协议，即POP，目前采用的是协议的第3个版本，即POP3，它是接收方的用户代理从接收邮件服务器中读取邮件时所使用的协议。上述两种协议的作用范围如图3.11所示。电子邮件的发送和接收均工作于客户/服务器模式，邮件发送和接收的具体过程如下。（1） 发送方在本地创建一个SMTP客户进程，即用户代理，实现对邮件的编辑，并将编辑好的邮件通过SMTP发送到发送邮件服务器的邮件缓存中等待发送。（2） 发送邮件服务器定期扫描邮件缓存，如发现有邮件就一一取出进行发送。对于每个要发送的邮件，首先，通过解析邮件中的收件人邮箱地址中的邮件服务器域名来判断是否为本地邮件； 若是本地邮件则直接发送到收件人的邮箱。若待发送的邮件不是本地邮件，发送邮件服务器马上启动低层协议(下一章将要介绍的TCP)，建立与接收邮件服务器25号熟知端口的双向连接； 若连接成功，则将邮件发送给接收邮件服务器； 若连接失败，或者因其他原因导致发送失败，则每隔一定时间再重复发送一次； 若发送规定次数后仍没有发送成功，则将失败信息通知给发送方(即用户代理)。（3） 接收邮件服务器接收到电子邮件后，将它们存放到收件人的邮箱中等待用户读取。（4） 当读取邮件时，收件方在本地创建一个POP客户进程，即用户代理，通过POP3与接收邮件服务器的110号熟知端口建立连接，连接成功后就可以从接收邮件服务器中读取邮件，然后进行阅读和处理。3.5.2SMTP如前所述，Internet上无论是客户端到邮件服务器间的邮件发送，还是邮件服务器间的邮件传输均采用SMTP进行控制。SMTP采用客户/服务器工作模式。当用户要发送邮件时，首先启动SMTP客户进程，并使用25号熟知端口建立与邮件服务器端SMTP服务器进程间的双向连接，然后通过这条连接传送邮件以及之间交换的命令和应答信息。SMTP规定了14条SMTP命令和21种应答信息。这些命令和应答信息采用NVT ASCII文本格式，并以明文方式进行传输。下面简单介绍一下主要命令的功能及格式，其中，
表示空格，
表示行结束符。1. HELO命令格式： HELO
<域名>
功能： 用于启动邮件传输过程。发送方以自身域名作为参数来标识身份，接收方通过返回自己的域名进行确认。2. MAIL命令格式： MAIL
FROM：
功能： 用于初始化邮件传输。
为逆向路径，用于指出到达邮件发送方的路径，一般为发件人的电子邮件地址； 当邮件在传输过程中出现问题时，错误信息会通过这些路径传输到发件人。3. RCPT命令格式： RCPT
TO：
功能： 用于标识单个收件人。
为前向路径，一般为收件人的电子邮件地址。当有多个收件人时，该条命令要重复使用。4. DATA命令格式： DATA
功能： 用于将邮件报文发送给邮件服务器。该命令在RCPT命令后面使用，声明开始传输邮件数据。邮件数据要求以仅有一个“点”的行表示结束。当传输到仅有一个“点”的行时就表示邮件数据已经传输完毕。5. QUIT命令格式： QUIT
功能： 表示结束邮件传输。该命令用于终止客户端与服务器间的连接，服务器会返回一个代码为221的应答信息。6. RSET命令格式： RSET
功能： 使客户端与服务器端的连接复位。该命令使当前的邮件事务异常终止，所存储的关于发件人和收件人的所有信息被删除，复位客户端与服务器端的连接。应答信息是从邮件服务器发送给客户端的响应信息，每个应答信息是一行文本，包括3位十进制数组成的应答码和附加的描述信息。SMTP命令的主要应答代码及代码含义见表3.9。
表3.9SMTP的主要应答代码及代码含义
应答代码代 码 含 义应答代码代 码 含 义
220服务准备就绪500语法错，不能识别的命令221关闭连接501参数语法错250请求操作就绪503命令顺序错354开始邮件传输550操作未执行： 邮箱不可用421服务不可用552操作中止： 存储空间不足450操作未执行： 邮箱忙553操作未执行： 邮箱名不正确451操作中止： 本地出错554传输失败
下面使用SMTP命令和应答信息对邮件发送过程进行详细描述。该过程包括3个阶段： 建立连接、传输邮件和终止连接。具体过程如下： （1） 建立连接。客户端启动客户进程向邮件服务器的25号端口发出请求，要求建立TCP连接。当连接成功后，服务器返回代码为220的应答信息，表示服务准备就绪。然后，客户端向服务器发送HELO命令以标识发件人自己的身份。如果服务器允许接收邮件，则返回代码为250的应答信息； 若服务器不可用，则返回代码为421的应答信息，表示暂时不能提供服务。（2） 传输邮件。当连接建立成功后，客户端首先发送MAIL命令以标识发件人的信息。此时，如果服务器已准备接收邮件，则返回代码为250的应答信息； 否则，根据错误返回相应代码的应答信息，并说明出错原因。当邮件服务器已准备接收邮件并返回正确的应答信息后，客户端发送RCPT命令标识接收方； 若有多个收件人，则需要多次发送RCPT命令。如果邮件服务器同意为收件人接收邮件，则返回代码为250的应答信息； 如果不同意，则返回代码为550的失败信息。当接收到邮件服务器同意为收件人接收邮件的应答信息后，客户端发送DATA命令给服务器，服务器端返回代码为354的应答信息进行确认，通知客户端可以开始发送邮件数据。客户端将邮件数据按行发送，当服务器检测到接收的一行数据仅有一个“点”时表示邮件数据传输结束，然后，返回代码为250的应答信息。（3） 终止连接。当邮件数据传输结束后，客户端向邮件服务器发送QUIT命令，邮件服务器返回代码为221的应答信息表示关闭服务，同意释放之间的TCP连接，结束邮件传输过程。注意，上述过程可以是用户代理向发送邮件服务器发送邮件，也可以是发送邮件服务器向接收邮件服务器发送邮件。3.5.3POP3与SMTP一样，POP3也采用客户/服务器工作模式以及命令响应方式进行信息交换，其命令和响应信息也采用NVT ASCII文本格式。每个POP3响应信息包括： 状态码和附加说明两部分。其中，状态码非常简单，只有两个： “ OK”和“-ERR”，分别表示操作正确和操作失败。POP3的主要命令及功能见表3.10。
表3.10POP3的主要命令及功能
命令及格式功能命令及格式功能
USER username指定用户名DELE ［Msg#］删除指定的邮件PASS password指定密码NOOP空操作STAT询问邮箱状态(如邮件总数和总字节数等)RSET重置所有标记为删除的邮件，用于撤销DELE命令LIST ［Msg#］列出邮件索引(如邮件数量和每个邮件的大小等)QUIT提交修改，并断开连接RETR ［Msg#］取回指定的邮件
当用户使用POP3接收邮件时，用户首先在本地计算机上启动用户代理进程，即POP3客户程序，使用110号熟知端口建立与邮件服务器上POP3服务器进程间的双向连接，然后，通过这条连接进行邮件读取。注意，POP3服务器同时还是邮件接收服务器，以通过SMTP接收其他邮件服务器发送来的邮件。当用户启动POP3客户程序并使用USER和PASS命令正确输入用户名和口令后就登录到POP3服务器。客户端通过发送POP3命令进行相应操作，服务器接收命令并做出响应，使客户端读取其邮箱中的邮件。当邮件读取结束后，客户端发出QUIT命令，服务器确认用户的操作，关闭客户端与服务器端间的连接。邮件读取过程结束。POP3属于离线式协议，不能对邮件实现在线操作，要读取的邮件必须下载到本地计算机上。而且，一旦邮件被读取它就从POP3服务器中被删除，用户就不能在其他计算机上再读取这个邮件，显然这给用户造成了许多不便。为此对POP3进行了功能扩充和改进，可以设定邮件被读取后仍保留在POP3服务器中的时间，从而方便用户的使用。3.5.4电子邮件协议的扩充SMTP和POP3是最初使用的电子邮件传输协议，它们或多或少存在一定的缺陷； 随着Internet应用的普及，电子邮件传输协议逐渐得到了完善而走向成熟。1. 邮件发送协议的扩充Internet中最初采用的邮件发送协议为SMTP。该协议为了消除系统间的异构性，邮件正文采用NVT编码进行传输。而且SMTP只能传输可打印的7位ASCII码数据，这就限制了邮件的使用范围。为了能够传输更多类型的电子邮件，1993年提出了一个辅助协议： 通用因特网邮件扩充协议(Multipurpose Internet Mail Extensions，MIME)。MIME协议对Internet所能传输邮件的种类进行了扩充，它可以传输文本、图像、音频、视频等多种类型的数据。注意，MIME协议并不是一个独立工作的邮件传输协议，它不是取代SMTP和POP3，而是与它们一起工作，它位于用户代理和SMTP/POP3之间。在发送端，MIME协议接收到非ASCII码数据后，将之转换成7位的NVT ASCII码数据，然后，交给SMTP邮件服务器进行传输； 在接收端，邮件服务器接收到NVT ASCII码数据，然后，经POP3交付给MIME协议进行转换，恢复成原来的数据后再交给用户。MIME协议的作用如图3.12所示。
图3.12MIME协议的作用
2. 邮件读取协议的扩充目前，用户从接收邮件服务器中读取邮件时，除了使用邮局协议(POP3)外，还有因特网报文存取协议(Internet Message Access Protocol，IMAP)。IMAP是一种比POP3更为复杂、功能更强的邮件读取协议。它也是工作在客户/服务器模式。该协议是一种联机协议，运行在用户主机上的IMAP客户程序要一直保持与IMAP服务器的连接，被读取的邮件也一直保存在IMAP服务器上，直到被用户主动删除。这样用户就可以随时使用其他计算机通过网络连接到IMAP服务器读取信箱中的邮件。但该协议因一直要保持与IMAP服务器的连接而占用过多的服务器时间。
3.6WWW服务
WWW是World Wide Web的简称，也称为万维网或环球信息网，是由欧洲原子核研究委员会于1989年提出的。像文件传输、电子邮件等各种网络服务一样，WWW虽然被称为万维网，但它并不是一种计算机网络，而只是Internet所提供的一种应用。通过WWW服务(也称为Web服务)，用户可以浏览Internet上的各种信息。众所周知，因特网规模庞大，它由许多异构的计算机系统所组成，存储着海量的信息资源。这些资源包括文本、图像、声音、视频、动画等各种信息。那么，在因特网环境下，如何表示如此丰富多样的信息资源？如何在茫茫的信息海洋中寻找我们想要的信息？Internet上如何传输这些信息等等。在开始介绍这些知识前，先介绍超文本(hypertext)、超媒体(hypermedia)、WWW浏览器等几个重要概念。首先，Internet上以超文本文件的形式表示和存储各种信息资源。这种超文本文件不但含有文本信息，而且还含有链接信息； 通过单击链接信息就可以跳转到文件的另一处，或者跳转到另一个超文本文件，而这些超文本文件可能位于网络中的不同计算机上，常把这种链接称为超链接。显然，超文本文件具有非线性的信息组织形式。当超文本文件中的链接信息为多媒体信息时，就称这种超文本为超媒体。所链接的多媒体信息可以是文字、图形、图像、动画、声音、视频、表格等。通过灵活地设置超链接的内容，就可以非常方便地访问和浏览Internet上的各种信息。这些被访问的信息可能位于本地，也可能位于异地，只要它们连接到Internet上就可以被访问到。超文本文件采用超文本标记语言(Hyper Text Markup Language，HTML)进行编写。HTML语言是一种制作网页的标准语言，万维网上不同种类的计算机间通过这种语言可以非常方便地进行信息交流。Internet上的各种信息资源采用统一资源定位符(Uniform Resource Locator，URL)来唯一地进行标识和定位。URL给出了信息资源在网络上的具体位置，即指出了该信息在哪台服务器的哪个文件夹下，同时，还指出了访问这种资源的方式。WWW浏览器是用户访问网络信息资源的工具软件，如IE浏览器、360浏览器、Google浏览器等。这些浏览器具有友好的图形界面，用户只需输入所要访问资源的URL，浏览器就可以完成在Internet上的信息搜索并将结果显示给用户。3.6.1WWW服务的工作原理WWW服务采用客户/服务器工作模式，它包括： 客户机、WWW服务器和HTTP等3个组成部分，如图3.13所示。其中，客户机是用户的本地计算机，WWW服务器是用户访问的信息资源所在的服务器； HTTP控制客户机访问WWW服务器的整个交互过程。
图3.13WWW服务的工作原理示意图
用户通过HTTP访问因特网上信息资源，信息资源的具体位置由URL给出，具体过程如下： （1） 用户在本地浏览器上输入想要访问信息资源的URL。（2） 浏览器接收该URL后，向DNS服务器发送请求要求进行域名解析。（3） DNS服务器接受浏览器的请求对URL中的域名进行解析，并把查找到的IP地址发送给浏览器。（4） 浏览器向该IP地址所标识的服务器的80号熟知端口发出一个Web请求。（5） 服务器接受来自用户的Web请求，并建立与客户机间的TCP连接。（6） 浏览器将所要访问信息资源在服务器上的具体位置通过HTTP中的GET方法通知给服务器。（7） 服务器根据请求寻找到相关的Web信息，然后，通过HTTP将查找的结果信息返回给客户端。（8） 服务器和客户机释放TCP连接。（9） 客户机将接收到的返回信息以Web页面的形式呈现在显示窗口上，供用户浏览。客户机与WWW服务器交换信息的基本单位为Web页面(Web page)。Web页面一般是通过超文本标记语言(HTML)来进行组织和编写的。HTML和HTTP构成了WWW服务的基础。3.6.2超文本标记语言超文本标记语言（HTML）是编写Web程序和建立超文本文件的工具，是一种标准化的页面描述语言，它使用文本标志来说明结构元素、输出格式、显示图像和超链接等，使得同一页面能够以相同的格式在不同的计算机系统上显示出来，从而对用户屏蔽了网络系统的异构特性，方便了用户的使用。采用HTML编写的程序通常由普通文字和标签组成，其中的标签用来定义Web网页的显示方式、链接方式等。HTML的标签可分成基本结构标签、连接标签、列表标签、字属性标签等。HTML程序由HTML解释程序解释执行。当WWW服务器将请求的页面返回浏览器，浏览器根据其显示器的分辨率重新组织和显示页面。HTML的发明和成功应用对Internet的普及和推广起到了积极的促进作用。但随着Web信息的增加和所涉及内容的复杂化，HTML也逐渐暴露出许多不足，具体为： (1) 可扩展性较差。由于HTML不允许用户定义自己的标签，从而限制了用户对数据语义的准确描述。(2) 结构描述能力弱。HTML不支持深层次的嵌套表达，无法充分描述结构复杂的文档数据，特别是一些关系数据或者面向对象的层次结构数据。(3) 缺乏有效的确认机制。HTML没有提供对所描述数据结构的正确性进行确认的机制，造成了HTML文档本身的不规范性。为了更好地适应Web技术的发展，在继承了HTML优点的基础上对其进行了改进，提出了可扩展标记语言(Extensible Markup Language，XML)。XML具有允许用户自由定义标签、支持元素任意层次的嵌套等优点，很好地克服了HTML的不足。3.6.3统一资源定位符众所周知，要在个人计算机上访问一个文件，必须给出相应的路径和文件名。显然，要在计算机网络上访问一个文件，不但要给出文件名及其路径，而且还要给出文件所在服务器的地址以及访问文件的方式。Internet中使用统一资源定位符（URL）来唯一地标识网络资源的位置，可以把URL看成是单机环境下的文件名概念在网络环境上的扩展和延伸。URL的一般格式如下：
： //<主机地址或域名>： <端口号>/<路径名和文件名>
其中“主机地址或域名”指出所要访问的目的主机或者服务器在网络上的具体位置； “端口号”指出需要得到的服务类型(如80号端口对应WWW服务，25号端口对应电子邮件服务)，该项可以省略； “路径名和文件名”指出所访问信息资源在目的主机上的具体位置，该项可以省略； 几种常见的“URL访问方式”有ftp、http和news，分别对应文件传输服务、超文本信息浏览和USENET新闻。各种URL访问方式中ftp和http的简化格式如下：
ftp： //
http： //
如： 麻省理工学院的匿名文件服务器和北京大学的WWW服务器的URL分别为：
ftp： //rtfm.mit.edu和http： //www.pku.edu.cn
当要通过浏览器访问本地的信息资源时，URL的格式如下：
file： ///<路径名和文件名>或者file： ///localhost/<路径名和文件名>
其中localhost为本地主机名。前面已经讲过，浏览器给用户访问各种网络信息资源提供了一种有效手段。用户若想访问某种Web信息资源，则只需在浏览器的打开文件一栏输入相应的URL即可。3.6.4HTTPHTTP为支撑WWW服务的网络传输协议，是一个面向对象的应用层协议，由于其简捷、快速，故非常适用于分布式超媒体信息系统。该协议于1990年提出，经过多年的使用与发展，不断得到扩展和完善，陆续出现了HTTP 1.0、HTTP 1.1等版本，使得WWW服务器一次仅能接收一个Web请求发展到可以同时响应多个Web请求，而且目前新的协议版本： HTTPNG(HTTPNext Generation)也已经出现。在Internet提供Web服务的过程中，运行在不同端系统上的客户程序和服务器程序通过HTTP交换Web消息。HTTP定义了这些消息的结构以及客户和服务器间交换这些消息的方法和步骤。HTTP具体包括两部分： 资源定位和消息内容格式。资源定位采用URL指明所要访问的信息资源的位置。HTTP采用电子邮件的MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions)协议定义所传输数据的格式，以使HTTP可以传输包括多媒体在内的多种类型数据。HTTP定义了两类数据报文： 请求报文和响应报文，并详细规定了每种报文的格式。当客户进程接收到客户的请求并按照请求报文的格式封装成报文，通过相应端口传输给下一协议层(即传输层)，然后，通过网络层等低层协议和通信线路将请求报文发送给WWW服务器。WWW服务器接收到客户的请求，然后按照客户的请求进行相应的操作并把结果封装成响应报文，再经过下面的运输层、网络层等低层协议和通信线路发送给客户。HTTP的主要特点可概括如下： (1) 支持客户/服务器模式。(2) 简单快速。客户和服务器交互请求服务时，只需传送请求方法和应答状态。请求方法封装在请求报文中，由客户端发出，要求服务器完成指定的操作。请求报文有固定的格式，其中第一行是请求行，该行包括： 请求方法、请求资源的URL和HTTP的版本号3部分。常用的请求方法有： GET： 请求读取URL所标识的页面。 HEAD： 与GET类似，但只请求读取页面的首部。 PUT： 与GET的功能相反，PUT操作要求存入一个页面，用于新增或者修改页面。 POST： 与PUT的功能类似，但仅是把数据附加在原来页面的后面。 DELETE： 请求服务器删除URL所标识的资源。应答状态以编码的形式封装在响应报文中，响应报文的第一行为状态行，该行包括HTTP的版本号、状态编码以及解释状态编码的短语等3个字段。服务器通过响应报文将自身的状态等信息通知给客户端。每个状态编码由3位数字组成，共分成5类： 1xx： 表示服务器发给客户机的通知信息。如要求客户机继续发送剩余的请求。 2xx： 表示客户机的请求是否被服务器成功地接收、理解和接受。 3xx： 指明为了完成Web请求需要客户进程所要进一步完成的操作。 4xx： 表示客户机出现错误的各种情况，如客户请求超时、客户请求未授权等。 5xx： 表示服务器出现错误的各种情况。如服务器不可用、HTTP版本不支持等。每类编码的后两位数字表示更为具体的详细信息。(3) 灵活。虽然被称为超文本传输协议，但HTTP允许传输任意类型的数据对象(包括多媒体数据等)，具体由请求报文和响应报文中的消息首部(message header)来说明所传输信息的具体类型。(4) 无连接。HTTP建立在可靠的、面向连接的传输控制协议(即TCP)基础之上。无连接的含义是指HTTP1.0限制WWW服务器每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，在收到客户的应答后，立即断开连接。采用这种方式使得WWW服务器实现起来非常简单，而且可以避免服务器为了保持过多的TCP连接而浪费系统资源。但这种短连接的频繁建立和拆除增加了网络传输数据包的数量而容易引起网络拥塞，故HTTP1.1对其进行了改进，允许浏览器发出一次Web连接请求可以从服务器上下载多个文件。
图3.14HTTP完成一次WWW服务的过程
(5) 无状态。HTTP是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力，即服务器不保留与每个客户交互时的各种状态信息，从而大大减轻了服务器的记忆负担，使其实现简单，程序规模小，响应速度快。但没有记忆能力意味着如果后续处理需要前面的信息，则服务器必须重传，这样可能导致增大每次连接传送的数据量。HTTP完成一次WWW服务需要经历4个阶段： 建立连接、请求服务、应答和关闭连接，如图3.14所示。① 建立连接： 用户输入链接地址后，浏览器查找相应的WWW服务器的主机名并与之建立连接，其中包括调用DNS服务器进行域名解析以获得WWW服务器的IP地址。② 请求服务： 一旦建立了与WWW服务器的连接，浏览器向服务器发送一个请求，指明所请求的Web页面、所用的协议及版本、语言及版本、所能接收的MIME类型、编码类型等信息。③ 应答： WWW服务器响应客户进程的请求，把用户要求的数据文件按MIME格式传输给客户机。④ 关闭连接： 客户端接收服务器所返回的信息，并通过浏览器显示在用户的显示屏上，然后，客户机与服务器断开连接。
HTTP支持的连接方式主要有两种。第一种是直联方式，即客户进程直接与服务器进程建立连接。此时，客户进程想要访问某个WWW服务器时，便向其发出连接申请； WWW服务器监听网上的连接请求，当请求到达时，就创建新的进程来处理请求，并将应答信息传输给客户进程。第二种连接方式在客户端和WWW服务器之间增加了一个中间环节： 代理服务器。代理服务器通常位于用户网络的出口。在这种方式下，客户机将请求先发给代理服务器，代理服务器再作为客户机转发该请求给WWW服务器并与之建立连接。WWW服务器的响应信息先发给代理服务器，然后再经代理服务器转发给客户机。显然，分别从客户机和WWW服务器的角度看，代理服务器有时作为服务器，有时又作为客户机，它扮演着客户机和服务器的双重身份，所以称之为代理服务器。为什么在客户端和服务器之间增加一个代理服务器呢？因为代理服务器在计算机网络中有着非常重要的作用，主要体现在两方面： 安全代理和缓存代理。安全代理是为了将内部计算机网络与外部计算机网络相隔离，使得外部网络用户只能看到代理服务器，而且只能通过代理服务器来访问内部网络。从而，通过代理服务器实现了内网对外部用户的屏蔽，使他们无法知道内部网络的具体情况，从而增强了内部网络的安全性。防火墙等安全软件常安装在代理服务器上。缓存代理的设置主要是为了提高Web信息的访问速度。在代理服务器上设置了高速缓存，用于存储用户刚访问过的Web页面。当代理服务器接收到客户机的请求，它首先检查其高速缓存，看是否存在所请求的Web页面。若有，则直接从高速缓存中取出，送给客户机； 若无，则向WWW服务器转发请求，并将得到的响应信息发送给客户机，同时也存储到高速缓存中。注意，为了保证高速缓存内信息的有效性，此时要为高速缓存中的信息设置一个有效时间，以定期清除或更新。显然，缓存代理的存在，不但提高了Web信息的访问速度，而且也降低了网络通信量，从而减轻了网络的通信负荷。上面所介绍的两种代理可以同时工作于同一台代理服务器上。代理服务器除具有上面所介绍的两种功能外，它还具有控制流量、减少用户上网费用以及采用地址转换技术、解决IP地址不足等作用。
3.7动态主机配置协议
通常网络中计算机的IP地址有两种配置方式： 手动配置和自动配置。对于手动配置方式，IP地址、默认网关等信息需要通过手工输入； 当需要配置的计算机数目较多时，不但配置起来麻烦，需要时间长，而且往往发生输入错误，导致不能正常地进行配置，也可能配置的IP地址因重复而导致冲突。所以，为了增强网络管理的灵活性和使用的方便性，常常不给临时上网的用户分配固定的IP地址，而是在这些用户上网时，由系统软件自动地给他们分配临时的IP地址，对于移动用户更是如此。这样，不但降低了IP地址管理的复杂度和工作量，用户使用起来特别方便，而且避免了由于手工配置易于引起的IP地址冲突等问题。网络中负责管理和为用户分配IP地址的系统软件称为动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)服务器，每个网络必须具有至少一台DHCP服务器，它们负责本网络内IP地址的分配，而且每个DHCP服务器所能分配的IP地址范围是不同的，该范围称为DHCP服务器的作用域。DHCP服务器工作于客户/服务器模式，它执行的协议称为动态主机配置协议，简称DHCP。该协议是应用层的一个协议，它通过租借过程为客户端动态地分配或释放IP地址。客户端租借到的IP地址及相关信息并不是永久有效的，而往往有一个使用期限，该期限通常称为租约周期。当超过租约周期后，申请到的IP地址等信息失效，需要重新申请。客户端和DHCP服务器间通过报文交换来实现IP地址的动态分配和释放。DHCP定义的报文有如下几种。 DHCPDISCOVER报文： 即DHCP发现报文，客户端使用该报文定位DHCP服务器。该报文是DHCP客户端在首次尝试登录网络并向DHCP服务器请求分配IP地址时发出的消息。 DHCPOFFER报文： 即DHCP提供报文，由DHCP服务器发给客户端，是对DHCP发现报文的响应，其中，包括临时分配给客户端的IP地址及相关信息； 而且DHCP服务器保证在没有接收到客户端的响应信息前不会把该IP地址分配给其他客户。 DHCPREQUEST报文： 即DHCP请求报文，是客户端以广播方式发送给DHCP服务器的报文。当客户端以广播方式发送DHCP发现报文后，可能有多个DHCP服务器均接到请求，它们均给客户端发送DHCPOFFER报文。但是，客户端仅采用第一个收到的DHCPOFFER报文，然后，以广播方式发出一个DHCPREQUEST报文作为响应，表明接收该DHCP服务器提供的响应数据。DHCPREQUEST报文中含有为该客户端提供IP地址的DHCP服务器的标识信息，所有其他的DHCP服务器收到该DHCPREQUEST报文后，知道客户端没有采用它们提供的IP地址，然后，都将刚分配出去的IP地址收回，留给其他IP租约请求使用。 DHCPACK报文： 即DHCP确认报文，是DHCP服务器发送给客户端的报文，用来确认并完成IP地址的配置过程。DHCP服务器通过该报文通知客户端分配给它的IP地址及相关信息有效。当客户端接收到该确认报文后，会用DHCP服务器提供的IP配置信息初始化TCP/IP，并将TCP/IP绑定在网络服务和网络适配器上。 DHCPNAK报文： 即DHCP否定报文，也是DHCP服务器发送给客户端的报文。如果DHCP服务器所提供的IP地址不再有效或者已被其他计算机所使用，它就发送该报文给客户端； 客户端接收到该报文后将开始一个新的IP地址租约过程。在实际运行过程中，需要申请IP地址的主机因为不知道DHCP服务器的IP地址，所以，在启动时以客户端的身份采用广播方式向网络上的所有结点发送DHCP发现报文，要求给它分配一个IP地址。显然，网络上的所有结点均能接收该DHCP发现报文，但只有DHCP服务器响应该报文，因为它根据接收的报文头部得知该报文是向它(们)发出请求的DHCP发现报文； 然后，DHCP服务器首先查找其数据库，判定是否有该主机的配置信息(事先已配置并存储好的，如地址绑定)； 若有，则取出其IP地址并连同子网掩码、默认网关等信息一起形成DHCP提供报文返回给发出申请的客户端； 若无，则在其IP地址池中，取出一个空闲的IP地址，同样，也要形成DHCP提供报文，将分配的IP地址等信息通知给客户端。发出请求的主机可能接收到多个DHCP服务器发出的DHCP提供报文，但是，它仅选择第一个接收到的DHCP提供报文所对应的DHCP服务器； 然后，采用该DHCP服务器的标识信息形成DHCPREQUEST报文，并以广播方式发送给所有DHCP服务器，被选中的DHCP服务器接收到该DHCPREQUEST报文后，再形成DHCPACK报文发送给客户端，表示该次IP地址租约过程成功，客户端可以使用分配给它的IP地址进行通信。而没有被选中的DHCP服务器，则自动收回刚分配出去的IP地址。IP地址的动态分配过程如图3.15所示。主机(客户端)在应用层发出的DHCP发现报文采用68号熟知端口进行标识，并经过运输层的UDP协议发送给下层协议，而DHCP服务器使用的是67号熟知端口来处理DHCP请求。
图3.15IP地址的动态配置过程
当客户端动态申请到一个IP地址并使用一段时间后，可能超出了租约周期，此时，客户端必须开始新的IP地址租约过程。DHCP提供了自动续订租约功能。当申请到的IP地址使用时间超过了50%的租约周期，DHCP客户端自动尝试续订租约。此时，它直接向对应的DHCP服务器发送一个DHCPREQUEST报文来续订租约。如果该DHCP服务器可用，则它将续订该租约并向该客户端发送一个DHCPACK报文； 该报文中含有新租约的持续时间和需要更新的参数，客户端收到该确认报文后更新其配置。如果DHCP客户端首次续订失败，则一旦超过了87.5%的租约时间，该客户端会广播一个DHCP发现报文以开始新的地址租约过程。此时，该客户端会接受任一台DHCP服务器所发布的租约。如果客户端在发出4次请求后，均没有得到任何DHCP服务器的响应，则在169.254.0.1~169.254.255.254之间的保留地址范围内选择一个IP地址； 客户端使用这些IP地址只能在本子网中进行通信。此后，每隔5分钟，客户端将持续尝试寻找可用的DHCP服务器。当DHCP服务器可用后，客户端将申请到有效的IP地址，然后，就可以与子网外的主机进行通信了。同样，在租约周期内的任何时候，客户端也可以向DHCP服务器发送DHCPRELEASE报文来释放IP地址等配置信息，以取消剩余的租约。在实现动态IP地址分配的过程中，为了确保DHCP服务的可靠性，根据微软的建议，常采用80/20规则在网络中设置两台DHCP服务器； 这两台DHCP服务器位于同一子网，但具有不同的作用域，分别分配80%和20%的IP地址。两个DHCP服务器中IP地址的分配比例可以灵活调整，但是绝对不允许存在相同的IP地址。DHCP非常适合配置位置经常变动的计算机。对于运行在Windows环境下的计算机，若想动态获取临时的IP地址，则需要在控制面板的“网络连接”图标中选中“本地连接”的“属性”选项，双击“TCP/IP”，然后，选择“自动获取IP地址”选项。这样该计算机在启动时通过DHCP自动获取一个动态的IP地址。
3.8其他Internet服务
TCP/IP的应用层除提供上面介绍的各种服务外，还提供网络新闻组（UseNet）、电子公告板（BBS）、菜单式信息查询系统（Gopher）、广域信息服务（WAIS）等。UseNet也称为新闻论坛，是人们利用Internet发表看法、交换创意、收集信息以及回答问题的网络新闻系统软件。它利用网络新闻传输协议(Network News Transfer Protocol，NNTP)在Internet上发布网络新闻，并对新闻提供分类管理功能，用户根据兴趣自由选择新闻讨论小组，检索、阅读新闻或发表自己的见解。电子公告板(Bulletin Board Service，BBS)是Internet上的一种电子信息服务系统，是一种强有力的信息交流工具。它提供一块公共电子白板，各个用户可以在上面发布信息，提出看法，也可以方便、迅速地获取公告信息。目前，许多大专院校的校园网上都建立了各具特色的BBS系统。菜单式信息查询系统Gopher是一个综合性的网上文件查询工具。Gopher工作于客户/服务器方式。Gopher服务器维护一个供用户访问的菜单集，每个菜单指向一个特定的信息。Internet上存在多个Gopher服务器。Gopher客户一般被指定访问一个默认的Gopher服务器。当Gopher客户机启动后，它就自动地与默认的Gopher服务器建立连接。Gopher服务器将主菜单发送给Gopher客户机，Gopher客户选择菜单中的某一项后，便向Gopher服务器发送请求，Gopher服务器根据请求将相应的菜单或信息返回给Gopher客户机。这样Gopher客户根据Gopher服务器提供的菜单就可以检索和浏览Gopher服务器提供的各种信息。WAIS是一个网络环境下的数据库查询工具，它利用关键词来搜索信息。WAIS也是工作于客户/服务器方式。WAIS客户发送包括检索关键字的请求给WAIS服务器，WAIS服务器根据客户的请求检索相应的信息，并将结果返回给客户机。
习题
（1） Internet为用户提供哪些服务？这些服务使用了应用层的哪些协议？（2） 什么是客户/服务器工作模式？（3） 什么是守护进程？（4） 什么是端口和套接字？它们的作用分别是什么？（5） 什么是域名？采用域名的意义是什么？域名是如何进行组织和管理的？（6） 什么是域名解析和域名服务器？请解释域名解析的具体过程。（7） ()一定可以将其管辖的主机名转换为IP地址。
A. 本地域名服务器B. 根域名服务器C. 授权域名服务器 D. 代理域名服务器（8） 对于递归域名解析，由()返回IP地址。A. 最开始连接的域名服务器B. 最后连接的域名服务器 C. 目的地址所在的域名服务器 D. 不确定（9） 解释域名解析过程中设置高速缓存的作用。（10） 请解释NVT格式在Telnet服务中的作用。（11） 请说明FTP中控制连接和数据连接的建立过程以及作用？（12） 一次FTP会话中存在()个TCP连接。
A. 0B. 1C. 2D. 3（13） 在一次FTP会话期间，协议打开数据连接()。A. 一次B. 两次 C. 按需要定D. 以上均不正确（14） 请说明电子邮件系统的组成以及各个部分的作用。（15） SMTP和POP3以及POP3和IMAP的主要区别是什么？（16） POP3采用()模式，当客户机需要服务时，客户端软件与POP3服务器建立()连接。A. B/SB. C/S C. TCPD. UDP（17） MIME允许()数据通过SMTP进行传输。A. 音频B. 非ASCII码数据C. 图像D. 以上所有（18） 什么是WWW服务？什么是超文本和超媒体？（19） 什么是超文本标记语言？其特点是什么？（20） 什么是URL？请写出其一般格式，并说明其作用。（21） 什么是HTTP？其特点是什么？（22） 说明两个不同版本HTTP的主要区别。（23） 说明HTTP完成WWW服务需要经历的四个阶段。（24） 请说明在WWW服务中代理服务器的作用。（25） 从协议分析的角度看，WWW服务的第一步一般是WWW浏览器()。A. 请求地址解析 B. 建立传输连接C. 请求域名解析D. 建立会话连接（26） 什么是动态主机配置协议？它的作用是什么？（27） 对于运行在Windows环境下的计算机若想启用DHCP，应如何进行配置？（28） 请解释DHCP发现报文为什么不采用TCP而是采用UDP进行传输？（29） DHCP提供了哪些报文？它们的作用是什么？（30） 请详细论述DHCP为主机动态分配IP地址的过程。（31） 主机如何续订IP地址？（32） DHCP客户不能发送()报文。A. DHCPDISCOVERB. DHCPOFFERC. DHCPREQUEST D. DHCPRELEASE（33） DHCP服务器不能发送()报文。A. DHCPDISCOVER B. DHCPACKC. DHCPNACKD. DHCPRELEASE（34） ()报文向客户提供IP地址。A. DHCPNACKB. DHCPOFFERC. DHCPREQUESTD. DHCPRELEASE（35） 下列协议中，()调用UDP。A. SMTPB. TFTP C. HTTPD. DHCP
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