Internet的进彻应用层提供了丰富的分布式应用协议，可以满足诸如办公自动化、信息传输、远程文件访问、分布式资源共享和网络管理等各方面的需要.这一小节简要介绍Internet

的几种标准化了的应用协议Telnet. FTP, SMTP和SNMP等，这些应用协议都是由TCP或UDP支持的。与ISO/RM不同，Internet应用协议不需要表示层和会话层的支持，应用协议本身包含了有关的功能。

5.10.1远程登录协议

远程登录(Telnet)是ARPAnet最早的应用之一，这个协议提供了访问远程主机的功能，使本地用户可以通过TCP连接登录在远程主机上，像使用本地主机一样使用远程主机的资源.在本地终端与远程主机具有异构性时，也不影响它们之间的相互操作。

    终端与主机之间的异构性表现在对键盘字符的解释不同，例如PC键盘与IBM大型机的键盘可能相差很大，使用不同的回车换行符，不同的中断键等。为了使异构性的机器之间能够互操作，Telnet定义了网络虚拟终端(Network Virtual Terminal, NVT). NVT代码包括标准的7位ASCII字符集和Telnet命令集。这些字符和命令提供了本地终端和远程主机之间的网络接口。

    Telnet采用客户端/服务器工作方式.用户终端运行 Telnet客户程序，远程主机运行Telnet

服务器程序。客户端与服务器程序之间执行Telnet NVT协议，而在两端则分别执行各自的操作系统功能，如图5-42所示。

 

    Telnet提供一种机制，允许客户端程序和服务器程序协商双方都能接受的操作选项，并提供一组标准选项用于迅速建立需要的TCP连接。另外，Telnet对称地对待连接的两端，并不是专门固定一端为客户端，另一端为服务器端，而是允许连接的任一端与客户端程序相连，另一端与服务器程序相连。

    Telnet服务器可以应付多个并发的连接.通常，Telnet服务进程等待新的连接，并为每一

个连接请求产生一个新的进程。当远程终端用户调用Telnet服务时，终端机器上就产生一个客户程序，客户程序与服务器的固定端口(23)建立TCP连接，实现Telnet服务。客户程序接收用户终端的键盘输入，并发送给服务器。同时服务器送回字符，通过客户端软件的转换显示在用户终端上。用户就是通过这样的方式来发送Telnet命令，调用服务器主机的资源完成计算任务。例如，当用户在PC上输入命令行telnet alpha，则会从Internet上收到一个叫做alpha的主机的登录提示符，在提示符的指示下再输入用户名和口令字就可以使用alpha机器的资源了。如果从alpha器上退出，PC又回到本地操作系统控制之下了。

5.10.2文件传输协议

    文件传输协议(File Transfer Protocol, FTP)也是Internet最早的应用层协议。·这个协议用

于主机间传送文件，主机类型可以相同，也可以不同，还可以传送不同类型的文件例如二进制文件或文本文件等。

    图5-43给出了FTP客户端/服务器模型。客户端与服务器之间建立两条TCP连接，一条用于传送控制信息，一条用于传送文件内容。FTP的控制连接使用了Telnet协议，主要是利用Telnet提供的简单的身份认证系统，供远程系统鉴别FTP用户的合法性。

 

    FTP服务器软件的具体实现依赖于操作系统。一般情况是，在服务器一侧运行后台进程Nil，等待出现在FTP专用端口(21)上的连接请求。当某个客户端向这个专用端口请求建立连接时，进程S便激活一个新的FTP控制进程N，处理进来的连接请求。然后S进程返回，等待其他客户端访问。进程N通过控制连接与客户端进行通信，要求客户在进行文件传送之前输入登录标识符和口令字。如果登录成

功，用户可以通过控制连接列出远程目录，设置传送方式，指明要传送的文件名。当用户获准

按照所要求的方式传送文件之后，进程N激活另一个辅助进程D来处理数据传送。D进程主动

开通第二条数据连接(端口号为20)，并在文件传送完成后立即关闭此连接，D进程也自动结

束。如果用户还要传送另一个文件，再通过控制连接与N进程会话，请求另一次传送。

    FTP是一种功能很强的协议，除了从服务器向客户端传送文件之外，还可以进行第三方传

送。这时客户端必须分别开通同两个主机(例如A和B)之间的控制连接。如果客户端获准从

A机传出文件和向B机传入文件，则A服务器程序就建立一条到B服务器程序的数据连接。客户端保持文件传送的控制权，但不参与数据传送。

    所谓匿名FTP，是这样一种功能:用户通过控制连接登录时，采用专门的用户标识符“anon-ymous"，并把自己的电子邮件地址作为口令输入，这样可以从网上提供匿名FTP服务的服务器下载文件。Internet中有很多匿名FTP服务器，提供一些免费软件或有关Internet的电子文档.

    FTP提供的命令十分丰富，包括文件传送、文件管理、目录管理和连接管理等一般文件系统具有的操作功能，还可以用help命令查阅各种命令的使用方法。

5.10.3简纲邹件传输协议

    电子邮件(E-mail)是Internet上使用最多的网络服务之一，广泛使用的电子邮件协议是简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol, SMTP)。这个协议也使用客户端/服务器操作方式，也就是说，发送邮件的机器起SMTP客户的作用，连接到目标端的SMTP服务器上。而且只有在客户端成功地把邮件传送给服务器之后，才从本地删除报文。这样，通过端到端的连接保证了邮件的可靠传输。

    发送端后台进程通过本地的通信主机登记表或DNS服务器把目标机器标识变换成网络地址，并且与远程邮件服务器进程(端口号为25)建立TCP连接，以便投递报文。如果连接成功，发送端后台进程就把报文复制到目标端服务器系统的假脱机存储区，并删除本地的邮件报文副本;如果连接失败，就记录下投递时间，然后结束。服务器邮件系统定期扫描假脱机存储区，查看是否有未投递的邮件。如果发现有未投递的邮件，便准备再次发送。对于长时间不能投递的邮件，则返回发送方。

    通常E-mail地址包括两部分:邮箱地址(或用户名)和目标主机的域名。例如，elinor@cs.ucdavis.edu就是一个标准的SMTP邮件地址。

    接收方从邮件服务器取回邮件要用到POP3 (Post Office Protocol第3版)协议，当接收用

户呼叫ISP的邮件服务器时与110端口建立TCP连接，然后就可以下载邮件，如图5-44所示。

    SMTP邮件采用RFC 822规定的格式，这种邮件只能是用英语书写的、采用ASCII编码的文本(Text)文件。MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions)是SMTP邮件的扩充，定义了新的报文结构和编码规则，适用于在因特网上传输多国文字书写的多媒体邮件。

5.，0.4超文本传输协议

    WWW (World Wide Web)服务是由分布在Internet中的成千上万个超文本文档链接成的

网络信息系统。这种系统采用统一的资源定位器和精彩鲜艳的声音图文用户界面，可以方便地浏览网上的信息和利用各种网络服务。WWW已成为网民不可缺少的信息查询工具。

    WWW服务是欧洲核子研究中心(the European Center for Nuclear Research, CERN)开发

的，最初是为了参与核物理实验的科学家之间通过网络交流研究报告、装置蓝图、图画、照片和其他文档而设计的一种网络通信工具。1989年3月，物理学家T而Berners-Lee提出初步的研究报告，18个月后有了初始的系统原型。1993年2月发布了第一个图形式的浏览器Mosaic,它的作者Marc Andreesen在NCSA (National Center for Supercomputing Applications)成立了网景通信公司(Netscape Communications)，开始提供Web服务器访问。今天，主要的数据库厂商(例如Sybase, Oracle等)都支持Web服务器，流行的操作系统都有自己的Web浏览器。

WWW几乎成了Internet的同义语。Web技术还被用于构造企业内部网(Intranet)。

  Web技术是一种综合性网络应用技术，关系到网络信息的表示、组织之定位产传输、’显示、Om以及客户和服务器之间的交互作用等。通常文字信息组织成线性的ASCII文本文件，而Web上的信息组织是非线性的超文本文件(Hypertext )。简单地说，超文本可以通过超链接(Hyperlink)指向网络上的其他信息资源。超文本互相链接成网状结构，使得人们可以通过链接追索到与当前节点相关的信息。这种信息浏览方法正是人们习惯的联想式、跳跃式的思维方式的反映。更具体地说，一个超文本文件叫做一个网页(Web Page)，网页中包含指向有关网页的指针(超链接)。如果用户选择了某一个指针，则有关的网页就显示出来。超链接指向的网页可能在本地，也可能在网上别的地方。

Web上的信息不仅是超文本文件，还可以是语音、图形、图像和动画等。就像通常的多媒体信息一样，这里有一个对应的名称叫超媒体(Hypermedia).超媒体包括了超文本，也可以用超链接连接起来，形成超媒体文档。超媒体文档的显示、搜索、传输功能全都由浏览器(Browser )实现。现在基于命令行的浏览器已经过时了，声像图形结合的浏览器得到了广泛的应用，例如Netscape的Navigator和微软的Internet Explorer等。

    运行Web浏览器的计算机要直接连接Internet或者通过拨号线路连接到Internet主机上。

因为浏览器要取得用户要求的网页必须先与网页所在的服务器建立TCP连接。WWW的运行方式也是客户端/服务器方式。Web服务器的专用端口(80)时刻监视进来的连接请求，建立连接后用超文本传输协议(Hyper Text Transfer Protocol, HTTP)和用户进行交互作用。一个简单的WWW模型如图5-45所示。

    HTTP是为分布式超文本信息系统设计的一个协议。这个协议简单有效，而且功能强大，

可以传送多媒体信息，可适用于面向对象的作用，是Web技术中的核心协议。HTTP协议的特点是建立一次连接，只处理一个请求，发回一个应答，然后连接就释放了，所以被认为是无状态的协议，即不能记录以前的操作状态，因而也不能根据以前操作的结果连续操作.这样做固然有其不方便之处，但主要的好处是提高了协议的效率。

    浏览器通过统一资源定位器(Uniform Resource Locators, URL)对信息进行寻址。URL

由三部分组成，指出了用户要求的网页的名字、网页所在主机的名字以及访问网页的协议。例如，http://是一个URL，其中http是协议名称，www.是服务器主机名，welcome是网页文件名。

    如果用户选择了一个要访问的网页，则浏览器和Web服务器的交互过程如下。

    (1)浏览器接收URLO

    (2)浏览器通过DNS服务器查找www的IP地址。

    (3) DNS给出IP地址18.23.0.32.

    (4)浏览器与主机(18.23.0.32)的端口80建立TCP连接。

    (5)浏览器发出请求GET/welcome.html文件。

    (6) www.w3.org服务器发送welcome.html文件。

    (7)释放TCP连接。

    (8)浏览器显示welcome.html义件。

    其中第(5)步的GET是HTTP协议提供的少数操作方法中的一种，其含义是读一个网页。

常用的还有HEAD(读网页头信息)和POST(把消息加到指定的网页上)等。另外，要说明的是很多浏览器不但支持HTTP协议，还支持FTP. Telnet和Gopher等，使用方法与HTTP完全一样。

    超文本标记语言(Hyper Text Markup Language, HTML)是制作网页的语言。就像编辑程

序一样，HTML可以编辑出图文并茂、彩色丰富的网页，但这种编辑不是像Microsoft Word那样的“所见即所得”的编辑方式，而是像“华光”那种排版程序一样，在正文中加入一些排版命令。HTML中的命令叫做“标记(tag) ‑，就像编辑们在稿件中画的排版标记一样，这就是超文本标记语言的由来。HTML的标记用一对尖括号表示，例如(HEAD)和(/HEAD)分别表示网页头部的开始和结束，而<BODY>和<BODY>则分别表示网页主体的开始和结束。图5-46是一个简单网页的例子，其中<TITLE和<ITITLE>之间的部分是网页的主题，主题并不显示，有时用于标识网页的窗口。<H1>和</HI>表示第I层标题，HTML允许最多设置6层小标题。最后，<P>表示前一段结束和下段开始。

    最重要的是HTML可以建立超链接，指向Web中的其他信息资源。这个功能是由标记<<A>和</A>实现的。例如:

    <A HREF="http: //www.nasa.，gov">NASA'S home page</A>

    定义了一个超链接。网页中会显示一行:

    NASA'S home page

    如果用户选择了这一行，则浏览器根据URL中的http: //www.nas，gov寻找对应的网页并显示在屏幕上。HTML还能处理表格、图像等多种形式的信息，它的强大描述能力使屏幕表现丰富多彩。

    用Java语言写的小程序(applets)嵌入在HTML文件中，可以使网页活动起来，用来设计动态的广告、卡通动画片和瞬息变换的股票交易大屏幕等。Java语言的简单性、可移植性、分布性、安全性和面向对象的特点使它成为网络时代的宠儿。

与WWW有关的另一个重要协议是公共网关接口(Common Gateway Interface, CGI )。当Web用户要使用某种数据库系统时可以写一个CGI程序(叫做脚本script)，作为Web与数据库服务器之间的接口。这种脚本程序使用户可通过浏览器与数据库服务器交互作用，使得在线购物、远程交易等实时数据库访问很容易实现.CGI脚本程序跨越了不同服务器的界限，可运行在任何数据库管理系统上。

    5 .11  I Pv6

    基于IPv4的因特网已运行多年，随着网络应用的普及和扩展，IPA协议的缺陷逐渐暴露，主要问题如下。

    (1)网络地址短缺。IPv4地址为32位，只能提供大约40亿个地址，而且两级编址造成了很多无用的地址“空洞”，地址空间浪费很大。另一方面，随着TCP/IP应用的扩大，对网络地址的需求迅速增加，有的主机分别属于多个网络，需要多个U，地址，有些非主机设备，例如自动柜员机和有线电视机也要求分配IP地址。一系列新需求的出现都加剧了IP地址的紧缺，虽然采用了诸如VLSM, CIDR和NAT等辅助技术，但是并没有彻底解决问题。

    (2)路由速度慢。随着网络规模的扩大，路由表越来越大，路由处理速度越来越慢。这是因为IPv4头部字段多达13个，路由器处理的信息量很大，而且大部分处理操作都要用软件实现，这使得路由器己经成为现代通信网络的瓶颈。设法简化路由处理成为提高网络传输速度的关键技术。

    (3)缺乏安全功能。随着因特网的广泛应用，网络安全成为迫切需要解决的问题。IPv4没有提供安全功能，阻碍了因特网在电子商务等信息敏感领域的应用。近年来，在IPv4基础上针对不同的应用研究出了一些安全成果，例如IPSec. SLL等。这些成果需要进一步的整合，以便为各种应用领域提供统一的安全解决方案。

    (4)不支持新的业务模式。许多新的业务模式IPv4都不支持，例如语音、视频等实时信息传输需要QoS支持，P2P应用还需要端到端的QoS支持，移动通信需要灵活的接入控制，也需要更多的IP地址等。这些新业务的出现对因特网的应用提出了一些难以解决的问题，需要对现行的IP协议作出某些根本性的变革。

    针对IPv4面临的问题，IETF在1992年7月发出通知，征集对下一代IP协议(IPng)的建议。在对多个建议筛选的基础上，1995年1月，IETF发表了REC 1752 (The Recommendationof the IP Next Generation Protocol)文档，阐述了对下一代IP的需求，定义了新的协议数据单元格式，这是IPv6研究中的里程碑事件。随后的一些RFC文档给出了IPv6协议的一些细节定义，许多研究成果都包含在1998年12月发表的 RFC 2460文档中。

    5.11.1  IPv6分组格式

    IPv6协议数据单元的格式如图5-47 (a)所示，整个IPv6分组由一个固定头部和若干个扩展头部，以及上层协议提供的负载组成。扩展头部是任选的，转发路由器只处理与其有关的部分，这样就简化了路由器的转发操作，加速了路由处理速度。IPv6的固定头部如图5-47 (b)

所示，其中的各个字段解释如下。

    版本((4位):指示IP第6版。

    通信类型:(8位):这个早段用于区分小同的IP分组，相当于IPv4中的服务夹型早段。通信类型的详细定义还在研究和实验之中。

    流标记(20位):原发主机用这个字段来标识某些需要特别处理的分组，例如特别的服务质量或者实时数据传输等。流标记的详细定义还在研究和实验之中。

负载长度(16位):表示除了IPv6固定头部的负载长度，扩展头包含在负载长度之内。

下一头部((8位):指明下一个头部的类型，可能是IPv6的扩展头部，也可能是高层协议的头部。

    跳数限制((8位):用于检测路由循环，每个转发分组的路由器对这个字段减一，如果变成零，分组被丢弃。

    源地址(128位):发送节点的地址。

    目标地址(128位):接收节点的地址。

IPv6的扩展头部有下面一些选项:

    逐跳头部:如果这个选项存在，其中所携带的信息必须由沿途各个路由器检查处理。目前只定义了两个选项，“特大净负荷”选项用于发送大于64KB的分组，这种分组是为了最佳地利用传输介质的有效容量传送大量的视频数据，“路由器警戒”选项说明该分组的内容是路由器必须处理的，例如RSVP协议可以通过这个选项预约通信资源。

    目标头部:这个选项中的信息由目标节点检查处理。

    路由选择头部:这个选项由一个或多个路由器地址的列表组成，类似于IPA的松散路由，列表中的所有地址都是到达目标的路径中必须经过的路由器，但是路径中的某些路由器的地址可能不出现在列表中。

    分段头部:这个选项处理数据报的分段问题，其中包含了数据报标识、分段编号和是否最后一个分段的标志。与lPv4不同，在IPv6中，只能由原发节点进行分段，中间路由器不能分段，其目的是简化路由处理。

    认证头部:由接收者进行身份认证。

    安全封装负荷头部:用于对分组内容进行加密。

    5.11.2 IPv6地址

    IPv6地址扩展到128位。2128足够大，这个地址空间可能永远用不完。事实上，这个数大于阿伏加德罗常数，足够为地球上每个分子分配一个IP地址。用一个形象的说法，这么大的地址空间允许整个地球表面上每平方米配置7X1护3个IP地址。

    IPv6地址采用冒号分隔的十六进制数表示，例如下面是一个IPv6地址。

                      8000: 0000: 0000: 0000: 0123:4567: 89AB:CDEF

    为了便于书写，规定了一些简化写法。首先，每个字段开始的0可以省去，例如0123可以简写为123;其次，一个或多个0000可以用一对冒号代替。这样，以上地址可简写为:

                                  8000::123:4567: 89AB:CDEF

    还有，IPv4地址仍然保留十进制表示法，只需在前面加上一对冒号，就成为IPv6格式，

例如:

                                            ::192.168.10.1

IPv6地址是一个或一组接口的标识符。IPv6地址被分配到接口，而不是分配给结点。IPv6地址有三种类型

    (1)单播(Unicast)地址。

    单播地址是单个网络接口的标识符。对于有多个接口的结点，其中任何一个单播地址都可以用作该结点的标识符。但是为了满足负载平衡的需要，在RFC 2373中允许多个接口使用同一地址，只要在实现中这些接口看起来形同一个接口。IPv6的单播地址是用一定长度的格式前缀汇聚的地址，类似于IPv4中的CIDR地址。单播地址中有下列两种特殊地址:

    不确定地址:地址0:0:0:0:0:0:0:0称为不确定地址，不能分配给任何结点。不确定地址可以在初始化主机时使用，在主机未取得地址之前，它发送的lPv6分组中的源地址字段可以使用这个地址。这种地址不能用作目标地址，也不能用在IPv6路由头中

    回环地址:地址0:0:0:0:0:0:0:1称为回环地址，结点用这种地址向自身发送IPv6分组。这种地址不能分配给任何物理接口。

    (2)任意播(AnyCast)地址。

    这种地址表示一组接口(可属于不同结点的)的标识符。发往任意播地址的分组被送给该

地址标识的接口之一，通常是路由距离最近的。对IPv6任意播地址存在下列限制:

        任意播地址不能用作源地址，而只能作为目标地址;

        任意播地址不能指定给IPv6主机，只能指定给LPv6路由器;

    (3)组播(MultiCast)地址。

    组播地址是一组接口(一般属于不同结点)的标识符，发往组播地址的分组被传送给该地

址标识的所有接口。IPv6中没有广播地址，它的功能已被组播地址所代替。另外，在IPv6地址中，任何全“0”和全，"1”字段都是合法的，除非特别排除的之外。特别是前缀可以包含“0"值字段，也可以用“0”作为终结字段。一个接口可以被赋予任何类型的多个地址(单播、任意播、组播)或地址范围。

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