2、应用层

引入

应用层是指应用程序，例如qq邮箱、浏览器、Xshell等等，为计算机网络中进行数据交换而建立的规则，浏览器是建立在HTTP(超文本传输协议)进行数据传输的、qq邮箱是建立在SMTP(电子邮件协议)进行数据传输的，在应用层上不同的功能对应着不同的应用层协议

应用层协议

• DNS(域名解析协议)
  • 端口号是53
  • .(根域名) com、cn(一级域名) baidu(二级域名)
  • DNS域名大多是用UDP协议传输的
  • 如果返回响应超过512字节和区域传送(主域名服务器向辅组域名服务器传送变化的那部分数据)需要使用TCP协议传输
• FTP(文件传输协议）
  • FTP使用TCP进行连接，它需要两个连接来传送一个文件
  • 控制连接：服务器打开端口号21等待客户端的连接，客户端主动建立连接后，可以传输命令给服务器，并传回服务器的应答
  • 数据连接：数据连接有两种方式主动连接(服务器建立)、被动连接(客户机)
• DHCP(动态主机配置协议)
• SMTP(电子邮件协议)
  • 一个电子邮件系统由3部分组成：用户代理、邮件服务器、邮件协议
  • 邮件协议包括发送协议和读取协议，发送协议是SMTP，读取协议是POP3和IMAP
  • SMTP只能发送ACSII码，邮件扩充MIME可以发送二进制文件，MIME并没有改动或者替代SMTP，只是增加了邮件主体的结构，定义了非ACSII码的编码规则
  • POP3(邮局协议)
  • IMAP(网际报文存取协议)
• TELNET(远程终端协议)
  端口号是23
• HTTP(超文本传输协议)
  • 端口号是80

DHCP

DHCP提供了即插即用的连网方式，用户不需要配置ip地址等信息。window使用的就是DHCP自动分配ip地址，当连上网后会给电脑分配一个ipv4或者ipv6的ip地址，当然DHCP配置内容不仅仅是ip地址，还包括子网掩码、网关ip地址

工作流程

• 客户端发送Discover报文给，该报文的目的地址为255.255.255.255:67，源地址是0.0.0.0:68，被放入UDP中，该报文以广播的形式发送到同一子网的所有主机上。如果客户端和DHCP服务器不在同一个子网，就需要使用中级代理(一般是同一网段下的一个路由器)
• DHCP服务器接收到Discover报文之后，发送Offer报文给客户端，会从配置的地址池中选择一个IP地址预分配给客户端，。offer报文内以广播形式发送给客户端
• DHCP Request：客户端会在收到的DHCP offer报文中选择一个IP,一般为第一个收到的DHCP offer报文，但此时客户端并不能使用该IP，需要以广播形式发送DHCP Request报文给DHCP服务器。
• DHCP Ack：DHCP服务器收到后会查看客户端选择的是否为自己分配的IP地址，如果不是，则将IP地址放回地址池，等待下一次的客户端的申请。如果选择的是自己分配的IP地址，则广播发送DHCP ACK报文给客户端，并在服务端将客户端的MAC地址和IP地址进行绑定。
• 客户端收到该报文后不会立即使用，而是利用ARP进行探测该地址是否被其他客户端所使用，如果在超时时间内没有得到回应，则客户端使用该IP地址，如果得到ARP回应，则发送DHCP DECLINE包给DHCP服务器，然后重复上述流程，向DHCP服务器申请IP地址。
• DHCP客户端重新启动后不需要再发送DHCP Discover报文进行地址申请，它进行和续约类似的操作。

Web页面请求过程

路由器（router）是互联网的枢纽，是连接英特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送数据。

DHCP为主机分配ip地址

• 主机发送Discover以广播形式发送报文给DHCP服务器，如果服务器与主机没有在一个子网下需要借助中继代理
• DHCP服务器接收到主机请求之后，发送一个未使用的ip地址以offer报文广播的形式发送给主机
• 主机接手到offer报文，会发送一个Request请求以广播的的形式发送给DHCP服务器
• DHCP服务器接收到Request请求，会判断主机是否使用了它分配的ip地址，如果使用了就发送ACK报文给，在服务端就主机的ip地址和mac地址绑定起来，如果没有使用就等待下一次请求

ARP地址转换协议

• 我们已经知道了主机的IP地址，web使用的Http协议，所以我们需要直到web服务器的ip地址，但是现在只知道web服务器的域名，将域名转为ip地址需要用到DNS(域名解析协议)，现在只要去访问该IP就好，但是在这之前我们需要先走出我们所处的局域网，这就需要局域网默认网关路由器的MAC地址。
• 主机生成一个 ARP 查询报文，目的 IP 是默认网关路由器，这个报文最终被封装成以太网帧，帧的目的MAC是 FF:FF:FF:FF:FF:FF（广播地址），然后把帧发给交换机，交换机看到是广播地址就给广播出去
• 默认网关路由器接收到了这个帧，经过层层提取得到 ARP 报文，发现其中的目的 IP 跟他自己某个接口的 IP 匹配，就发送回去一个 ARP 应答报文给主机，这里包含他自己的 MAC

DNS域名解析

• 知道默认网关路由器的mac地址后，我们就可以进行域名解析了，主机发送DNS报文，层层封装成以太网帧，帧的目的mac地址是默认网关路由器的mac地址
• 默认网关路由器接收到该帧之后，提取出IP数据报，并根据路由表进行转发，因为路由器具有内部网关协议*（RIP路由信息协议、OSPF开放最短路径优先协议）和外部网关协议（BGP边界网关协议）*，因此路由表中已经配置了可以从路由器到达 DNS 服务器的路由表项
• DNS 服务器接收到帧后，层层提取出 DNS 查询报文，并在 DNS 数据库中查找待解析域名对应的 IP，找到之后发送 DNS 应答报文，封装成 UDP 报文段，再放入 IP 数据报，最后通过路由器转回给源主机的默认网关路由器，再经由交换机转发给源主机。

HTTP请求页面

• 有了Http服务器的ip地址后，主机就能够生产TCP套接字，该套接字将用于向web服务器发送HTTP GET报文
• TCP三次握手
  （第一次握手）主机向目的服务器发送连接请求报文段，SYN=1，ACK=0，选择一个初始的序号 x。
  （第二次握手）目的服务器收到连接请求报文段后，如果同意建立连接，则向主机发送连接确认报文段，SYN=1，ACK=1，确认号为 x+1，同时也选择一个初始的序号 y。
  （第三次握手）主机收到目的服务器的连接确认报文段后，还要向目的服务器发出确认，确认号为 y+1，序号为 x+1。
• 连接建立之后，浏览器生成HTTP GET报文，并交付给HTTP服务器
• Http服务器从TCP套接字读取HTTP GET报文，生成一个HTTP响应报文，将web页面放入到报文主体里面，发回给主机
• 浏览器收到HTTP响应报文之后，抽取出web页面内容，之后进行渲染，显示Web页面