第8章計算機網絡應用8.1域名系統(DNS)8.2萬維網(WWW)8.3動態主機配置協議(DHCP)8.4文件傳輸協議(FTP)本章小結

8.1域名系統(DNS)

一、DNS的域名結構任何一個連接在因特網上的主機或路由器，都有一個唯一的層次結構的名字，即域名。域名的結構由若干個分量組成，各分量之間用點隔開，分別代表不同級別的域名，即“….三級域名.二級域名.頂級域名”。

在TCP/IP互聯網上采用的是層次樹狀結構的命名方法，通常稱之為域樹結構(如圖8.1所示)。圖8.1DNS的結構

二、域名服務器

把域名翻譯成IP地址的軟件稱域名系統，即DNS。它是一種管理名字的方法。這種方法是：分不同的組來負責各子系統的名字。系統中的每一層叫作一個域，每個域用一個點分開。所謂域名服務器(DomainNameServer，簡稱NameServer)實際上就是裝有域名系統的主機，它是一種能夠實現名字解析(nameresolution)的分層結構數據庫。要實現域名的管理以及域名解析，就要依靠分布在網絡中的域名服務器來實現。

圖8.2是區的不同劃分方法的舉例。圖8.2DNS劃分區的舉例

圖8.3以圖8.2(b)中公司abc劃分的兩個區為例，給出了DNS域名服務器樹狀結構圖。這種DNS域名服務器樹狀結構圖可以更準確地反映出DNS的分布式結構。圖8.3中的每一個域名服務器都能夠進行部分域名到IP地址的解析。當某個DNS服務器不能進行域名到IP地址的轉換時，它就設法讓因特網上別的域名服務器進行解析。圖8.3樹狀結構的DNS域名服務器

根據域名服務器所起的作用，可以把域名服務器劃分為以下四種類型：

(1)根域名服務器(rootnameserver)。

(2)頂級域名服務器(TLDserver)。

(3)權限域名服務器(authoritativenameserver)。

(4)本地域名服務器(localnameserver)，也稱為默認域名服務器。

三、DNS的解析過程

主機域名不能直接用于TCP/IP協議的路由選擇。當用戶使用主機域名進行通信時，必須先將其映射成IP地址，因為Internet通信軟件在發送和接收數據時都必須使用IP地址。將主機域名映射為IP地址的過程叫作域名解析。域名解析包括正向解析(從域名到IP地址)和反向解析(從IP地址到域名)。Internet的DNS能夠透明地完成此項工作。

在域名解析過程中，可以選擇兩種方式：遞歸查詢或迭代查詢。

(1)遞歸查詢：要求域名服務器系統一次性完成全部域名和地址之間的映射。

(2)迭代查詢：也稱反復解析，每一次請求一個服務器，不行再請求別的服務器。

圖8.4舉例子說明了這兩種查詢的區別。圖8.4DNS查詢舉例

下面是圖8.4(a)的查詢步驟：

(1)主機先向其本地域名服務器進行遞歸查詢。

(2)本地域名服務器采用迭代查詢。它先向一個根域名服務器查詢。

(3)根域名服務器告訴本地域名服務器，下一次應查詢的頂級域名服務器的IP地址。

(4)本地域名服務器向頂級域名服務器進行查詢。

(5)頂級域名服務器告訴本地域名服務器下一次應查詢的權限域名服務器的IP地址。

(6)本地域名服務器向權限域名服務器進行查詢。

(7)權限域名服務器告訴本地域名服務器所查詢的主機的IP地址。

(8)本地域名服務器最后把查詢結果告訴主機。

圖8.4(b)是本地域名服務器采用遞歸查詢的情況。在這種情況下，本地域名服務器只需向根域名服務器查詢一次，后面的幾次查詢都是在其他幾個域名服務器之間進行的(步驟(3)至步驟(6))，只是在步驟(7)中，本地域名服務器從根域名服務器得到了所需的IP地址。最后在步驟(8)中，本地域名服務器把查詢結果告訴主機。整個的查詢也是使用8個UDP報文。

8.2萬維網(WWW)

一、萬維網萬維網(WWW，WorldWideWeb)并非某種特殊的計算機網絡。萬維網是一個大規模的、聯機式的信息儲藏所，英文簡稱為Web。萬維網用鏈接的方法能非常方便地從因特網上的一個站點訪問另一個站點(也就是所謂的“鏈接到另一個站點”)，從而主動地按需獲取豐富的信息。這種訪問方式稱為“鏈接”。圖8.5說明了萬維網提供分布式服務的特點。圖8.5萬維網提供分布式服務

二、統一資源定位符

統一資源定位符(URL)是對可以從因特網上得到的資源的位置和訪問方法的一種簡潔的表示。URL相當于一個文件名在網絡范圍的擴展。因此URL是與因特網相連的機器上的任何可訪問對象的一個指針。

1.URL的一般形式

URL由以冒號隔開的兩大部分組成，并且URL中的字符對大寫或小寫沒有要求。URL的一般形式如圖8.6所示。圖8.6URL的一般形式

2.使用FTP的URL

使用FTP的URL舉例如圖8.7所示。圖8.7使用FTP的URL

3.使用HTTP的URL

使用HTTP的URL的一般形式如圖8.8所示。圖8.8使用HTTP的URL

三、超文本傳送協議HTTP

HTTP協議定義了瀏覽器怎樣向服務器請求萬維網文檔，以及服務器怎樣把文檔傳送給瀏覽器。它是萬維網上能夠可靠地交換文件(包括文本、聲音、圖像等各種多媒體文件)的重要基礎。萬維網的大致工作過程如圖8.9所示。圖8.9萬維網的工作過程

從瀏覽器請求一個萬維網文檔到收到整個文檔所需的時間(如圖8.10所示)。圖8.10請求一個萬維網文檔所需的時間

四、HTTP萬維網的文檔

1.靜態文檔

靜態文檔是一個存放于Web服務器上的HTML文件。靜態文檔的作者在創建文檔時就已經確定了文檔的具體內容，由于文檔的內容不會發生變化，所以對靜態文檔的每一次訪問都返回相同的結果，如圖8.11所示。圖8.11靜態文檔的訪問過程

2.動態文檔

動態文檔是在瀏覽器請求該文檔時才由Web服務器創建出來，如圖8.12所示。圖8.12動態文檔的訪問過程

3.活動文檔

對于許多應用，我們需要程序能夠在客戶端運行，這樣產生的文檔叫作活動文檔，如圖8.13所示。圖8.13活動文檔的訪問過程

五、萬維網的信息檢索系統

在萬維網中用來進行搜索的程序叫作搜索引擎，它分為兩種：一種是全文檢索搜索引擎，它是一種純技術型的檢索工具；另一種是分類目錄搜索引擎，它利用各網站向搜索引擎提交網站信息時填寫的關鍵詞和網站描述等信息，經過人工審核編輯后，如果認為符合網站登錄的條件，則輸入到分類目錄的數據庫中，供網上用戶查詢。

8.3動態主機配置協議(DHCP)

一、DHCP的產生背景及概述在計算機網絡的發展歷程中，最初的反向地址解析協議(RARP，ReverseAddressResolutionProtocol)是為了讓計算機能夠獲取一個可用的IP地址而設計的。后來，計算機可以通過引導程序協議(BOOTP，BootstrapProtocol)來獲取這些信息，取代了RARP協議。最終，研究人員開發出了BOOTP的增強版本，即當今較為通用的動態主機配置協議(DHCP，DynamicHostConfigurationProtocol)。

為了將軟件協議做成通用的和便于移植的，協議軟件的編寫者把協議軟件參數化。這就使得在很多臺計算機上使用同一個經過編譯的二進制代碼成為可能。一臺計算機和另一臺計算機的區別，可以通過不同的參數來體現。在軟件協議運行之前，必須給每一個參數賦值。

在協議軟件中給這些參數賦值的動作叫作協議配置。一個軟件協議在使用之前必須是已正確配置的。具體的配置信息有哪些則取決于協議棧。

DHCP提供了即插即用連網(plug-and-playnetworking)的機制。

二、DHCP的工作過程

1.地址分配

DHCP采用C/S工作模式，所有的配置參數都由DHCP服務器集中管理，并負責處理客戶端的DHCP請求；而客戶端則會使用服務器分配的IP網絡參數進行通信。為了動態獲取并使用一個合法的IP地址，需要經歷四個階段：發現階段、提供階段、選擇階段和確認階段。

2.更新租約

(1)IP租約期限達到一半(T1)時，DHCP客戶端會向DHCP服務器發送DHCPREQUEST報文，請求更新IP地址租約。

(2)到達租約期限的87.5%(T2)時，如果仍未收到DHCP服務器的應答，DHCP客戶端會向DHCP服務器重新發送請求更新IP地址租約的DHCPREQUEST報文。

圖8.14是DHCP狀態轉換圖。圖8.14DHCP狀態轉換

3.DHCP的中繼工作過程

前面在講述DHCP地址分配的過程時說到，DHCP客戶端會以廣播方式發送DHCPDISCOVER報文來尋找服務器。那么，要想成功找到DHCP服務器，就要求客戶端和服務器只能工作在同一個網段當中；若跨網段工作，路由器會阻斷廣播報文，就會出現找不到其他網段上的DHCP服務器的情況。這樣一來，就需要在所有網段上都配置一臺DHCP服務器，這顯然是不經濟甚至是不現實的。其實，早在BOOTP協議中就已經解決了跨網段的問題。我們下面就來看一下DHCP是怎樣解決這個問題的。

DHCP是通過引入中繼代理(RelayAgent)來解決這一問題的。中繼代理在處于不同網段間的DHCP客戶端和服務器之間提供服務，將DHCP協議報文跨網段傳送到目的DHCP服務器，于是不同網絡上的DHCP客戶端可以共同使用一個DHCP服務器。通過DHCP中繼代理完成動態配置的過程中，客戶端與服務器的處理方式與不通過DHCP中繼代理時的處理方式基本相同。圖8.15表示DHTP中繼的工作過程。

圖8.15DHCP中繼的工作過程

4.DHCP協議的工作過程

DHCP的詳細工作過程如圖8.16所示。圖8.16DHCP協議的工作過程

DHCP很適合經常移動位置的計算機。當計算機使用Windows操作系統時，點擊控制面板的網絡圖標就可以找到某個連接中的“網絡”下面的菜單，找到TCP/IP協議后點擊其“屬性”按鈕，若選擇“自動獲得IP地址”和“自動獲得DNS服務器地址”，就表示正在使用DHCP協議。

8.4文件傳輸協議(FTP)

一、FTP概述在TCP/IP實現之前，就已經有了用于ARPANET的標準文件傳輸協議。這些早期的文件傳輸軟件版本逐步演化成了目前使用的標準，稱為文件傳輸協議(FTP，FileTransferProtocol)。FTP可以將一個完整的文件從一個系統復制到另一個系統中，并且保證傳輸的可靠性。

FTP是重要的Internet協議，也是Internet的一個組件，它可以在服務器和客戶機之間雙向傳輸文件，即上傳和下載。FTP服務也采用的是客戶機/服務器模式。客戶機和服務器之間建立一個TCP連接，通過TCP端口進行數據傳遞。默認情況下FTP服務器預置的TCP端口號為21和20。其中端口號21狀態為始終開啟，用于傳輸控制命令；端口號20只有在進行數據傳輸時開啟，用于傳輸數據。

二、FTP的工作原理

大多數FTP服務器允許多個客戶的并發訪問。FTP使用客戶機/服務器模式，但與大多數C/S模式下的應用程序不同，FTP客戶端與服務器之間建立的是雙重連接。一個是控制連接（controlconnection），主要用于傳輸FTP控制命令；另—個是數據傳送連接（datatransferconnection），主要用于數據傳送。不管是控制連接還是數據傳送連接，都是由相關的操作系統進程來進行管理的。

FTP的工作情況如圖8.17所示圖8.17FTP使用的兩個TCP連接圖

三、簡單文件傳輸協議TFTP

雖然FTP是TCP/IP協議中最常用的文件傳輸協議，但它對編程而言也是最復雜、最困難的。許多應用既不需要FTP提供的全部功能，也不能應付FTP的復雜性。簡單文件傳送協議(TFTP，TrivialFileTransferProtocol)最初打算用于引導無盤系統(通常是工作站或X終端)，就是為在客戶和服務器間不需要復雜交互的應用程序而設計的。TFTP只限于簡單文件傳輸操作，不支持交互，且沒有一個龐大的命令集。TFTP沒有列目錄的功能，也不能對用戶進行身份鑒別，不提供訪問授權。

TFTP的主要優點有兩個。

第一，TFTP可用于UDP環境。例如，當需要將程序或文件同時下載到許多機器時就往往需要使用TFTP。

第二，TFTP代碼所占的內存較小。

這對較小的計算機或某些特殊用途的設備來說是很重要的。這些設備不需要硬盤，只需要固化了TFTP、UDP和IP的小容量只讀存儲器即可使用。

TFTP的主要特點有：

(1)每次傳送的數據報文中有512字節的數據，但最后一次可不足512字節。

(2)數據報文按序編號，從1開始。

(3)支持ASCII碼或二進制傳送。

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