第5 章Internet 应用技术 丰富的应用是Internet能够流行的重要保证。本章将系统地讨论Internet应用技术发展 的三个阶段以及Internet所提供的基本服务,并重点讨论基于Web的网络应用与基于P2P的 网络应用。 5.1 Internet应用发展分析 5.1 Itret应用技术发展阶段 1.nen 图51描述了It应用技术发展阶段示意图。从图中可以看出,t应用技术的 -nterneInterne 发展大致可以分为三个阶段 。 图5- 1 Internet应用发展趋势 第一阶段互联网应用的主要特点:提供远程登录(TELNET )、电子邮件(E-mail)、文件传 输(FTP )、电子公告牌(BBS )、网络新闻组(Usenet)等基本服务。 第二阶段互联网应用的主要特点:Web技术的出现,以及基于Web技术的电子政务、电 子商务、远程医疗、远程教育应用的快速发展。 第三阶段互联网应用的主要特点:各种新的互联网应用(例如,搜索引擎、即时通信、社交 网络、网络购物、网上支付、网络音乐、网络视频、网络游戏、网络地图等)风起云涌,移动互联网 将互联网应用推向一个新的高潮,物联网应用开始出现。互联网、移动互联网与物联网的应用 成为新的经济增长点。 第5章Internet应用技术 5.2 我国Itret的发展状况 1.nen 根据中国互联网络信息中心(CNNIC)发布的《中国互联网络发展状况统计报告》的数据, 2000—2022 年我国网民规模增长的趋势如图5-2所示。从1994 年4月20 日我国通过一条 64kb/s国际专线实现与Internet连接,成为第77 个接入Internet的国家之日算起,经过27 年 的发展,2022 年12 月我国网民规模达到10.网民数量居世界第一; 67 亿, 普及率达到75. 超过世界平均普及率。 6%, 我国政府高度重视Internet应用对国民经济与社会发展的重要作用。在2015 年发布的 《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中指出:“ 互联网+”是把互联网的创新成 果与经济社会各领域深度融合,推动技术进步、效率提升和组织变革,提升实体经济创新力和 生产力,形成更广泛的以互联网为基础设施和创新要素的经济社会发展新形态。在全球新一 轮科技革命和产业变革中,互联网与各领域的融合发展具有广阔前景和无限潜力,已成为不可 阻挡的时代潮流,正对各国经济社会发展产生着战略性和全局性的影响。 图5- 2 2000—2022 年我国网民规模增长趋势图 近年来,我国政府一直致力于推进“互联网+”发展,重塑创新体系、激发创新活力、培育新 兴业态和创新公共服务模式,打造数字经济新优势。我国推进“互联网+”行动的基本原则 如下 ( 。 1)坚持开放共享。营造开放包容的发展环境,将互联网作为生产生活要素共享的重要 平台,最大限度优化资源配置,加快形成以开放、共享为特征的经济社会运行新模式。 (2)坚持融合创新。鼓励传统产业树立互联网思维,积极与“互联网+”相结合。推动互 联网向经济社会各领域加速渗透,以融合促创新,最大程度汇聚各类市场要素的创新力量,推 动融合性新兴产业成为经济发展新动力和新支柱。 (3)坚持变革转型。充分发挥互联网在促进产业升级以及信息化和工业化深度融合中的 平台作用,引导要素资源向实体经济集聚,推动生产方式和发展模式变革。创新网络化公共服 务模式,大幅提升公共服务能力。 (4)坚持引领跨越。巩固提升我国互联网发展优势,加强重点领域前瞻性布局,以互联网 融合创新为突破口,培育壮大新兴产业,引领新一轮科技革命和产业变革,实现跨越式发展。 (5)坚持安全有序。完善互联网融合标准规范和法律法规,增强安全意识,强化安全管理 和防护,保障网络安全。建立科学有效的市场监管方式,促进市场有序发展,保护公平竞争,防 计算机网络应用技术教程(第6版) 止形成行业垄断和市场壁垒。 5.nent的域名机制 2 Itre 2.域名的概念 5.1 IP 地址解决了Internet的全局地址问题,通过IP 地址可以找到唯一的一台主机。就像 日常生活中使用的电话号码一样,IP 地址也是由一连串数字组成, 202.19.,(”) 例如“113.122人 们通常难以记住这些数字。相对于IP 地址,人们更喜欢通过名字来表示一台主机,例如w(“) ww.akidc,(”) 并且在书写上有一定的规律。这样, nnaeu.n每个字符都代表一定的含义, 用户 就容易理解,同时(.) 也容易记忆。因此,Internet采纳了这种命名机制,这就是人们常说的域名 机制。 如果Internet主机之间需要通信,在发送与接收数据时必须使用IP 地址。尽管人们可以 用名字来表示一台主机,但是在向这台主机发送数据之前,需要将它的名字转换为对应的IP 地址。Internet提供了将主机名转换为IP 地址的服务。域名(domainname)就是主机的名 字。域名系统(DomainNameSystem,DNS)是将域名转换为IP 地址的服务。当应用程序需 要处理一个域名时,它利用DNS 将该域名转换为IP 地址,并在接下来的通信中使用得到的 IP 地址。 在Internet的早期阶段,采用的是集中式的主机域名机制。网络信息中心(Network Inotoetr,NIC)维护一个主机文件(ots.xt), 其中保存主机域名与IP 地址的映射 frmainCnehst 表。早期的主机都是通过广域网接入Internet,后来个人计算机开始大规模应用时,这些计算 机通常是通过局域网接入Inent。如果仍使用hsstt进行域名解析, treot.x提供域名服务的主 机难以承载通信负荷。针对Internet主机数量剧增的情况,人们提出将域名系统划分为多个 域,通过分布式的域名服务器提供域名服务。 图5-www.akidcn的(”) 3显示了域名服务的工作过程。如果源主机想访问域名为“ nnaeu. 目的主机,首先向本地网络中的DNS 服务器(称为本地服务器)发送查询请求。如果本(.) 地服务 器查到该域名对应的IP 地址,向源主机返回包含该IP 地址的响应;否则,本地服务器向上级 DNS 服务器发送查询请求。根据所处的位置和所起的作用,域名服务器可分为4种类型:本 地服务器、权限服务器、顶级服务器与根服务器。在源主机获得目的主机的IP 地址后,后续的 图5- 3 域名服务的工作过程 第5章Internet应用技术 通信过程中将会使用该IP 地址。因此,域名服务的核心技术是借助分层的DNS 服务器结构 来完成查询。 5.2.2 Internet的域名结构 域名结构是由TCP/IP 中的DNS 来定义的。人们通常喜欢用简短的名字来命名计算机, 但在Internet中必须使用长的名字来命名,以避免两台计算机采用相同的名字。为了保证计 算机名在Internet中的唯一性,域名结构采用的是一种常见的思想:在每个名字后面添加额 外的字符串(即后缀)。因此,计算机名通常包括3个部分:本机名、组织名与组织类型。例 如,对于某个公司的Web服务器,可以被命名为“www.nakic。 na.om” 域名系统采用的是典型的层次结构,它将整个Internet划分为多个顶级域,并为每个域规 定通用的顶级域名。表5-1给出了顶级域名分配方法。由于美国是Internet的发源地,因此 其顶级域名是以组织模式来划分。例如,“com”表示商业公司,“edu”表示教育机构,“gov”表 示政府部门。其他国家的顶级域名是以地理模式来划分,每个申请接入Internet的国家都作 “” “” “” “” “” 为一个顶级域出现。例如,cn表示中国,fr表示法国,uk表示英国,jp表示日本,au 表示澳大利亚。 表5- 1 顶级域名分配 顶级域名域名类型 com 商业组织 edu 教育机构 gov 政府部门 int 国际组织 mil 军事部门 net 网络中心 org 非营利性组织 国家代码各个国家 NIC 将顶级域的管理权限授予指定的管理机构,各个管理机构再为自己管理的顶级域分 配二级域,并将二级域的管理权限授予下属机构,这样就形成了域名系统的层次结构。图5-4 给出了域名系统的层次结构。例如,教育管理机构拥有“edu域(”) 的管理权限,它可以为下属大 学分配各自的二级域,各个大学再为下属学院或系分配三级域。域名系统采用层次结构的最 大优点是:各个组织在域中可以自由选择域名,只要保证在域中的唯一性,而不用担心与其他 域的域名冲突。 5.3 我国的域名结构 2. CNNIC 负责管理我国的顶级域“cn”,将该域划分为多个二级域(如表5-2所示)。我国的 二级域划分采用了两种划分模式:组织模式与地理模式。其中,前七个域对应于组织模式,而 行政区代码对应于地理模式。按组织模式划分的二级域名中,ac(“) 表(”) 示科研机构,co(“) m”表示 商业组织,e(“) du表(”) 示教育机构,g(“) ov表(”) 示政府部门,int(“) 表(”) 示国际组织,n(“) et表(”) 示网络中 计算机网络应用技术教程(第6版) 图5- 4 域名系统的层次结构 心,or(“) g”表示非营利性组织。按地理模式划分的二级域名中,“bj代(”) 表北京市,s(“) h代(”) 表上海市,tj(“) 代(”) 表天津市,he(“) 代(”) 表河北省,“hl代(”) 表黑龙江省,“nm”代表内蒙古自治区,“hk代(”) 表 香港地区。 表5- 2 二级域名分配 二级域名域名类型 ac 科研机构 com 商业组织 edu 教育机构 gov 政府部门 int 国际组织 net 网络支持中心 org 各种非营利性组织 行政区代码我国的各个行政区 CNNIC 将二级域的管理权限授予指定的管理机构,各个机构再为自己管理的二级域分配 三级域。例如,CERNET 网络中心拥有“edu域(”) 的 管理权限,它可以为下属大学分配各自的三级域, 各个大学再为下属学院或系分配四级域。域名的 排列原则为:低层域名在前,其所属的高层域名在 后,中间用符号“.”分开。域名的基本格式为:四级图5- 5 Internet域名的例子 域名.三级域名.二级域名.顶级域名。图5-5给出了域名的例子。例如,w(“) nna.dc” 是南开大学的网站,w(“) ww.ni.e.n”是CNNIC 的网站。 ww.akieu.n cncntc 在域名系统中,每个域是由不同组织管理,这些组织将其子域交给其他组织管理。这种层 次结构的优点是:各个组织在内部可自由选择域名,只要保证组织内的唯一性,而不用担心与 其他组织的域名冲突。例如,南开大学是一个教育机构,则其主机域名为“nakieu”;如果 na.d 一家公司也想用“nankai”来命名其主机,由于该公司是一个商业机构,因此其主机域名为 “nakic。在Inent的域名结构中,“nna.d”与“nna.om”两个域名是相互独 na.om” treakieuakic 第5章Internet应用技术 立的。 5.3 Internet的基本应用 5.1 电子邮件服务 3. 电子邮件是Internet中最早提供、最受欢迎的服务之一,每时每刻都有数以亿计的人使用 电子邮件进行通信。 1. 电子邮件的产生背景 电子邮件服务又称为E-mail服务,是指用户通过Internet收发电子形式的邮件。电子邮 件是一种非常方便、快速和廉价的通信手段,这些都是电子邮件的基本特点。在传统通信中需 要几天完成的投递过程,电子邮件仅用几分钟、甚至几秒就能完成。目前,电子邮件已成为网 络用户的常用通信手段之一。早期的电子邮件只能传输文本信息,当前还可以传输HTML 格式信息。 电子邮件是伴随着Internet而发展起来的。1971 年,电子邮件诞生于美国马萨诸塞州的 BBN 公司,该公司受聘于美国军方参与ARPANET 的建设。电子邮件的发明者是BBN 公司 的RayTomlinson,他在已有的文件传输程序的基础上,开发了在ARPANET 中收发信息的 邮件程序。为了让人们拥有易于识别的邮件地址,他决定用“@”隔开用户名与邮件服务器地 址,这就是现在使用的电子邮件地址的起源。 由于最初的ARPANET 中的结点数很少,当时并没有多少人使用电子邮件,这种情况直 到ARPANET 转向Internet才得到改变。最初,电子邮件受到网络传输速度的限制,那时用 户只能发送一些简短的信息,无法像现在这样发送多媒体信息。1988 年,第一个图形界面的 邮件客户机软件问世,它就是著名的Euroda软件。后来,Netscape与Microsoft公司相继推 出邮件客户机软件。随着Internet用户数量的急剧增加,电子邮件逐渐成为一种流行的 Internet服务。 2. 电子邮件的概念 我们首先分析现实社会中的传统邮政系统。现实中的邮政系统已有近千年的历史。每个 国家负责管理自己国内的邮政系统,按照省、市、区(县)建立不同级别的邮政系统,底层的邮政 系统在自己管辖范围内设立邮局,邮局在单位或个人的家门口设立邮箱,邮递员完成邮件的接 收、转发与投递工作。邮政部门需制定相应的通信协议与管理制度,甚至需要规定信封按什么 规则来书写。由于有整套严密的组织结构与通信规程,因此能保证邮件及时、准确地送到目 的地。 电子邮件系统与现实中的邮政系统有相似结构。两者之间的不同点主要在于:邮政系统 是由人工控制各种运输设备来运转,电子邮件是在Internet中通过计算机、应用软件与协议来 运转。电子邮件系统中同样需要邮局与邮箱,它们是邮件服务器(mailserver)与电子邮箱 (mailbox)。其中,邮件服务器负责发送与接收电子邮件,电子邮箱负责存储电子邮件。另 外,需要规定电子邮件的书写格式与传输协议。 邮件服务器是整个电子邮件系统的核心。邮件服务器的主要功能包括:接收发件人通过 客户机软件发送电子邮件,并按收件人地址转发给对方的邮件服务器;接收其他邮件服务器发 计算机网络应用技术教程(第6版) 送的电子邮件,并按收件人地址存储在相应的邮箱;根据收件人的要求将电子邮件发送给收件 人的客户机软件。电子邮箱由提供电子邮件服务的机构来建立,通常被称为电子邮件账号(包 括邮件地址与密码)。 电子邮件地址(E-mailAddres)是邮件服务器中的邮箱地址。电子邮件地址是由汤姆林 森最早提出的,使用“@”隔开用户名与邮件服务器地址,这是现在 使用的电子邮件地址的起源。邮件地址的关键是保证每个地址的 唯一性,以便邮件经过邮件服务器的转发,并被准确投递到相应的 邮箱中。电子邮件地址的具体格式为:用户名@主机名。其中,用 户名是用户在邮件服务器中的邮箱名,主机名是邮箱所在的邮件服 图5- 6 电子邮件地址格式 务器名。 l 图 n5-n(“) na.dc 电子邮件地址为“sad@nna.dc”。 6给出了电子邮件地址格式。例如, ilnakieu.n 其中,is(“) ad为(”) 邮箱名,akieu.n”为邮件服务器名。 3.电子邮件的工作原理 电子邮件服务核心技术主要包括:简单邮件传输协议(SimpleMailTransferProtocol, SMTP )、邮局协议(PostOficeProtocol,POP)和交互式邮件存取协议(InteractiveMail Acesrtcl,它用来实现客户机与邮件 PoooIMAP )。这些协议是邮件服务使用的应用层协议, 服务器之间的通信。其中,SMTP是电子邮件发送协议,用来将邮件从客户机发送到邮件服 务器;POP与IMAP是电子邮件接收协议,用来将邮件从邮件服务器接收到客户机。 电子邮件服务采用客户机/服务器模式。电子邮件服务包括两个组成部分:邮件客户机 与邮件服务器。其中,邮件客户机是电子邮件服务的使用者,邮件服务器是电子邮件服务的提 供者。图5-7给出了电子邮件系统结构。电子邮件的发送与接收采用不同的协议,客户机与 邮件服务器都需要实现两种协议,SMTP与POP或IMAP中的一种。邮件客户机通常包括 两个部分:SMTP客户与POP客户。邮件服务器通常包括3个部分:邮箱、SMTP服务器与 POP服务器。 图5- 7 电子邮件系统结构 电子邮件被存储在邮件服务器的相应邮箱中。图5-8给出了电子邮件的工作原理。用户 通过客户机与邮件服务器建立连接,并向邮件服务器发出邮件发送或接收请求;如果是用于邮 件发送的SMTP请求,客户机将邮件发送到自己的邮件服务器,该服务器再将邮件发送到最 终的邮件服务器,整个过程可能经过多个邮件服务器转发;如果是用于邮件接收的POP请求, 邮件服务器从相应的邮箱中读取邮件,客户机接收返回的邮件后进行解释,并将邮件信息显示 在客户机的屏幕上。 第5章Internet应用技术 用户通过邮件客户机程序访问电子邮箱中的邮件。邮件客户机需要安装在用户的计算机 或移动终端(例如手机)中。用户通过邮件客户机登录进入自己的邮箱,这时能看到邮箱中所 有邮件的列表,包括发件人地址、主题、时间、附件等信息,并决定对某封邮件进行哪种操作。 邮件客户机的基本功能主要包括:书写与发送邮件;接收、转发、回复与删除邮件;邮箱与通讯 簿管理。常见的邮件客户机程序包括MicrosoftOutlookExpres 或Outlook、Mozila Thunderbird、Foxmail等。 图5- 8 电子邮件的工作原理 4.电子邮件的信件格式 电子邮件与普通的邮政信件相似,也有信件格式方面的统一规定,以保证邮件能在不同的 邮件服务器之间转发。1982年,RFC822文档定义邮件信件格式,它是目前电子邮件遵循的 信件格式标准。2001年,RFC2822文档定义最新版的信件格式,对早期的信件格式没有大幅 更改。SMTP将邮件整个封装在邮件对象中,其中所有信息由ASCI 码组成。电子邮件可以 由多个报文行组成,各行之间用回车(CR)与换行(LF)分隔。 图5-9给出了电子邮件信件格式。邮件对象包括两个部分:信封与邮件内容。实际上, 信封就包含两种SMTP请求,用来给出收件人与发件人地址。电子邮件包括两个部分:邮件 头(mailheader)与邮件体(mailbody)。其中,邮件头由邮件的相关信息构成,其中的部分信 息由系统自动生成,例如发信人(From )、时间(Data)等;其他信息由发件人自行输入,例如收 信人(To )、主题(Subject)与抄送人(Cc)等。邮件体是指需要发送的邮件正文部分。 SMTP只能传输由ASCI 组成的邮件信息,这样无法支持非ASCI 码的语种,例如中文、 法文、德文与俄文等。另外,它不支持邮件中附带的二进制文件,例如图片、音频、视频、可执行 文件等。1993年,多用途Internet邮件扩展(Multi-purposeInternetMailExtensions,MIME) 出现,它是一种辅助性的邮件编码协议。MIME可通过SMTP来传输非ASCI 码的数据,这 样使电子邮件的用途变得更广泛。 计算机网络应用技术教程(第6版) 图5- 9 电子邮件信件格式 3.文件传输服务 5.2 文件传输是Internet中最早提供、最受欢迎的服务之一,每时每刻都有数以亿计的文件通 过Internet传输。 1. 文件传输的产生背景 文件传输服务采用文件传输协议(FileTransferProtocol,FTP), 因此它又被称为FTP 服 务。文件传输允许用户在两台计算机之间传输文件,并保证文件在Internet中传输的可靠性。 FTP 服务伴随着Internet发展起来,它是Internet最早提供的服务之一。1971 年,第一个 FTP 技术文档出现标志着FTP 诞生。在Web服务出现之前,人们主要通过FTP 服务来共享 文件资源。 FTP 服务器是指提供FTP 服务的主机,它可看作一个容量很大的文件仓库。图5-10 给 出FTP 目录结构的例子。FTP 服务器中以目录结构来保存文件,用户需逐级打开目录找到 文件,然后传输其中某个文件。FTP 服务的目录结构带来使用上的不便。1990 年,第一个 FTP 搜索引擎Archie出现,它被认为是现代搜索引擎的鼻祖。在Internet发展初期,FTP 服 务通信量占整个网络的三分之一。直到1995 年,Web服务的通信量开始超过FTP 服务。 2. 文件传输的基本概念 FTP 服务采用客户机/服务器模式。FTP 服务包括两个组成部分:FTP 客户机与FTP 服务器。其中,FTP 服务器是提供FTP 服务的计算机;FTP 客户机是用户的本地计算机。 图5-11 给出了下载与上载的概念。下载是将文件从FTP 服务器传输到客户机,上载是将文 件从FTP 客户机传输到服务器。如果用户使用FTP 服务传输文件,并不需要对文件进行复 杂的转换工作,因此这种服务的工作效率很高。 如果用户要使用FTP 服务器提供的服务,首先从FTP 客户机登录到FTP 服务器,这时 需要输入FTP 服务器名与账号。每个FTP 服务器都有自己的服务器名,并保证FTP 服务器 名在全球范围内的唯一性。例如,FTP 服务器名为“tp.edu.n”。其中,fp表(”) fpku.c“t示提供 FTP 服务,“pkeu.n” 通常需要提供 u.dc表示北京大学的主机。当用户登录到FTP 服务器时, 用户账号(包括用户名与密码)。有些FTP 服务器是专用的,只允许拥有合法账号的用户 使用。 第5章Internet应用技术 图5-10 FTP 目录结构的例子 图5-11 下载与上载的概念 目前,很多FTP 服务器可提供匿名FTP 服务。这类服务器没有为每个用户设置专用账 号,它会提供一个公开的用户账号(通常为anonymous), 并赋予该账号访问FTP 服务器中公 共目录权限。如果用户需要访问匿名FTP 服务器,可以用“anonymous作(”) 为自己的用户账 号,访问位于公共目录下的所有文件。为了保证FTP 服务器自身的安全,多数的匿名FTP 服 务器只提供文件下载服务。 3. 文件传输的工作原理 FTP 服务使用的应用层协议是FTP 。FTP 服务需要建立两个连接:控制连接与数据连 接。其中,控制连接用来传输FTP 命令与响应,数据连接用来传输实际的文件数据。图5-12 给出了FTP 服务的工作原理。用户通过客户机与FTP 服务器建立控制连接,向FTP 服务器 发出登录请求并提供账号,然后可建立数据连接并完成文件传输。控制连接在数据连接之前 建立,并且控制连接在数据连接之后释放。 图5-12 FTP 服务的工作原理