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一、应用层协议

1. 应用层协议【定义】

应用层协议定义 网络中不同主机上的应用进程如何进行通信，包括：

交换哪些报文（请求/响应）
报文格式（字段、语法）
报文语义（字段的含义）
报文顺序（时序）

2. 位置【详细解释】

位于 五层模型的最上层，直接面向用户和应用程序。
负责实现 Web、Email、文件传输、DNS、视频流媒体、P2P 等具体应用功能。
通过 运输层（TCP/UDP）提供的端到端服务 来完成进程间通信。

3. 含义【定义】

应用层协议规定了应用程序之间通信的规则集合，例如 HTTP、SMTP、DNS、FTP 等。

4. 网络应用体系结构（C/S、P2P、混合）【详细解释】

① C/S（Client-Server）结构

客户端发起请求，服务器永久运行并等待请求。
服务器通常具有固定 IP，易扩展。

② P2P（Peer-to-Peer）结构

各主机对等，既是客户端也是服务器。
可扩展性极强（如 BitTorrent）。
无需固定服务器，资源分布式存储。

③ 混合结构

部分操作依赖服务器（如用户登录），数据交换走 P2P。
典型例子：微信/QQ 文件传输、BitTorrent Tracker 服务。

5. 进程通信（端口、地址）【详细解释】

网络应用间通信 = 进程与进程之间通信

进程由以下两部分唯一标识：

IP 地址：确定主机位置
端口号（Port）：确定主机中哪个进程通信

常见端口：

HTTP：80
HTTPS：443
FTP：21
SMTP：25
DNS：53

运输层使用端口来把数据交给对应的应用进程（即”复用/分用”）。

6. 网络应用需要的传输服务【定义】

应用程序对运输层的需求包括：

可靠性（是否要求 TCP）
时延敏感性
吞吐量需求
安全性

二、Web 与 HTTP

1. Web 页面【定义】

Web 页面由若干对象组成，包括：

HTML 文件
图片、音频、视频
脚本（CSS、JS）

浏览器通过 HTTP 协议 从 Web 服务器获取对象。

2. HTTP 协议（80，TCP）【详细解释】

特点

无状态（服务器不保存客户端历史）
基于 TCP
分为 请求报文 与 响应报文

常见方法

GET：获取资源
POST：向服务器提交数据
HEAD：获取报文头
PUT、DELETE（REST 风格）

3. 非持久连接 & 持久连接【详细解释】

非持久连接（HTTP/1.0）

每请求一个对象就建立一次 TCP 连接
成本高，需要重复 3 次握手 & 4 次挥手
严重降低页面加载速度

持久连接（HTTP/1.1）

一个 TCP 连接可发送多个对象
减少延迟
可配合 管道化（pipelining） 提高速度

4. HTTP 报文【定义】

请求报文格式：

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0 ...
Accept: text/html,application/xhtml+xml,*/*;q=0.8
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Connection: keep-alive
Referer: https://www.example.com/home
Cookie: sessionid=abc123

响应报文格式：

HTTP/1.1 200 OK
Date: Tue, 07 Dec 2025 12:00:00 GMT
Server: Apache/2.4.57
Last-Modified: Tue, 07 Dec 2025 08:00:00 GMT
Content-Length: 2048
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Connection: keep-alive
Cache-Control: max-age=3600

<html>...</html>

字段名	作用	详细解释	示例
Connection: close / keep-alive	是否保持 TCP 连接	close：响应后关闭 TCP 连接 → 非持久连接。keep-alive：保持连接，可用于多个请求/响应 → 持久连接（HTTP/1.1 默认持久）。	Connection: close
Date:	响应报文产生并发送的时间	指服务器生成并发送该响应报文的时间，不是资源本身的创建/修改时间。用于缓存、时间同步等场景。	Date: Tue, 07 Dec 2025 12:00:00 GMT
Server:	标识服务器软件类型	类似于请求中的 User-Agent。用于标识响应由哪个 Web 服务器(如 Apache、Nginx)生成。通常包含软件名与版本。	Server: Apache/2.4.57
Content-Length:	响应体大小（字节数）	指出实体体（Body）的字节数。客户端据此判断要读取多少数据，持久连接情况下也用它划分报文边界。	Content-Length: 2048
Content-Type:	实体内容类型（MIME）	说明响应体的数据类型，如 HTML、JSON、图片等。不要依赖文件扩展名，应看此字段。	Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Content-Encoding:	压缩方式	若服务器对内容进行了 gzip/deflate 等压缩，则需要此字段以便客户端解压。	Content-Encoding: gzip
Last-Modified:	资源最后修改时间	表示对象（文件/网页）在服务器上的真正创建或最后修改时间。浏览器与代理缓存据此发起条件请求（If-Modified-Since），减少带宽。	Last-Modified: Tue, 07 Dec 2025 08:00:00 GMT
ETag:（如果需要）	资源的唯一标识	服务器为资源生成的“唯一标签”。资源内容变更 → ETag 改变。用于更精准缓存验证。	ETag: “1f-12345abc”

5. Cookie【详细解释】

Cookie 用于 在无状态 HTTP 上保持用户状态：

包含四部分：

浏览器 Cookie 文件
服务器数据库记录
HTTP 响应头中的 Set-Cookie
HTTP 请求头中的 Cookie 字段

用途：

登录状态
购物车
用户行为跟踪

6. Web 缓存（代理 Cache）【详细解释】

缓存服务器可代替源服务器提供内容
减轻服务器负载
加快用户访问速度
减少带宽消耗

7. 条件 GET（If-Modified-Since）【详细解释】

用于验证缓存是否过期：

客户端：

GET /a.jpg
If-Modified-Since: 时间戳

服务器：

未修改 → 返回 304 Not Modified
已修改 → 返回新文件（200 OK）

8. RTT 计算【详细解释】

HTTP 非持久连接一次文件下载：

1 RTT → 建立 TCP 连接

1 RTT → 发送请求 + 返回第一个字节

→ 加上文件传输时间

总耗时 ≈ 2 RTT + 传输时间

三、E-mail（电子邮件系统）

1. 组成【定义】

电子邮件系统包含三部分：

用户代理（Outlook / Foxmail）
邮件服务器
邮件传输协议（SMTP、POP3、IMAP）

2. SMTP 协议（25，TCP）【详细解释】

用于 邮件发送与服务器之间转发。

特点：

基于 TCP（25 端口）
推式协议（客户端主动推送给服务器）
报文格式基于 7-bit ASCII

SMTP 发送流程：

用户代理 → 发件服务器 → 收件服务器 → 用户代理

3. 邮件报文格式【定义】

邮件由两部分组成：

首部（Header）：To、From、Subject 等
主体（Body）：正文内容

# 阶段一：连接建立
S: 220 mail.example.com Simple Mail Transfer Service Ready
C: EHLO alice.com
S: 250-mail.example.com
S: 250-SIZE 35882577
S: 250-PIPELINING
S: 250 AUTH LOGIN PLAIN

# 阶段二：邮件传输
C: MAIL FROM:<alice@alice.com>
S: 250 OK
C: RCPT TO:<bob@bob.com>
S: 250 OK
C: DATA
S: 354 End data with <CRLF>.<CRLF>
C: Subject: Test
C: From: alice@alice.com
C: To: bob@bob.com
C:
C: This is a test email.
C: .
S: 250 OK: queued as 12345

# 阶段三：连接释放
C: QUIT
S: 221 Bye

4. 获取邮件的三种方式【详细解释】

① POP3（110，TCP）

下载式读取邮件
只能看到 inbox
状态简单

② IMAP

邮件保存在服务器
支持多文件夹、服务器端搜索
多端同步

③ WebMail（HTTP）

Gmail、Outlook
通过 Web 浏览器访问
依赖 HTTP/HTTPS，不直接使用 POP3/IMAP

四、DNS 域名系统

1. DNS 功能（53，UDP）【定义】

DNS 实现 域名 → IP 地址 的映射，是应用层协议。

2. DNS 提供的服务【详细解释】

主机名解析（最主要）
邮件服务器定位（MX 记录）
负载均衡（多 IP 轮询）

3. 实现方式（两种查询）【详细解释】

① 递归查询

本地 DNS 代表客户端向根域名服务器提问
查询压力集中在本地 DNS

② 迭代查询

本地 DNS 依次问：根 → 顶级域 → 权威域
每一步服务器返回下一步应询问的地址实际 DNS 过程一般兼用两者。

4. 四类域名服务器【定义】

根 DNS 服务器
顶级域 DNS（.com、.org、.cn）
权威 DNS（负责某域名的最终信息）
本地 DNS（运营商/校园网提供）

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