计算机网络应用层思维导图

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2024-10-27

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网络应用

万维网

传输协议

域名系统，邮件系统，文件传输内容讲解

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思维导图大纲

概述

作用

1. 作用：为用户提供网络服务，如文件传输、电子邮件、网页浏览等。

关键协议

关键协议：HTTP、FTP、SMTP、POP3、IMAP、DNS 等。

三种模式

C/S（客户/服务器）模式（两层）

1. C/S模式一种基于客户端软件与服务器软件相互通信的模式。客户端和服务器分工明确，客户端注重用户交互和部分数据处理，服务器负责核心数据存储与复杂业务逻辑。它能提供强大的功能和良好的用户体验，数据安全性高，但客户端的安装、更新维护成本高，且跨平台性差。适用于对功能要求高、安全性要求严格的企业级应用，如ERP系统、专业设计软件等。

B/S（浏览器/服务器）模式（三层）

2. B/S模式以浏览器作为客户端访问界面的模式。用户通过浏览器向服务器请求数据，服务器处理业务逻辑并返回网页形式的结果。其优势在于易于部署和更新，跨平台性佳，成本较低。然而，受浏览器功能限制，用户体验在复杂应用场景下可能不如C/S模式，且性能依赖网络和服务器。常用于互联网应用，像电子商务网站、在线办公系统等，方便用户在各种设备上通过浏览器访问。

P2P（对等）模式

3. P2P模式网络中的节点既是客户端又是服务器，彼此直接通信和共享资源。数据和计算任务分布在各个节点上，能充分利用网络资源、具有良好的扩展性，且不存在单点故障。但安全性和可靠性较低，存在版权等法律问题，网络管理难度大。主要应用于文件共享、分布式计算和实时通信领域，如文件共享软件、分布式计算项目等。

域名系统

1. 作用 - 将易于记忆的域名转换为计算机可识别的 IP 地址，方便用户访问网络资源。 2. 域名结构 - 由顶级域名（如.com、.org、.cn 等）、二级域名、子域名等组成，用点号分隔。例如：www.example.com，其中“com”是顶级域名，“example”是二级域名，“www”是主机名。

域名解析过程 1. 递归查询 - 客户端向本地域名服务器发起查询请求，如果本地服务器不知道答案，它会代替客户端向其他域名服务器进行查询，直到找到答案并返回给客户端。 2. 迭代查询 - 客户端向本地域名服务器发起查询请求，本地服务器如果不知道答案，会返回它认为可能知道答案的其他域名服务器的地址，客户端再向这些服务器发起查询，如此反复，直到找到答案。

域名服务器类型 1. 根域名服务器 - 全球共有 13 组根域名服务器，负责管理顶级域名服务器的地址信息。 2. 顶级域名服务器 - 负责管理特定顶级域名（如.com、.net、.org 等）的域名信息。 3. 权威域名服务器 - 由域名注册者设置，负责特定域名的解析，存储该域名的 IP 地址等详细信息。 4. 本地域名服务器 - 通常由互联网服务提供商（ISP）设置，为用户提供域名解析服务，缓存经常访问的域名解析结果，提高查询效率。

电子邮件系统

一、电子邮件系统概述 1. 组成部分 - 用户代理：也称为邮件客户端，如 Outlook、Foxmail 等，用于撰写、发送、接收和管理电子邮件。 - 邮件服务器：包括发送邮件服务器（SMTP 服务器）和接收邮件服务器（POP3/IMAP 服务器），负责存储和转发邮件。 2. 工作流程 - 发送方使用用户代理撰写邮件，通过 SMTP 协议将邮件发送到发送方的 SMTP 服务器。 - 发送方的 SMTP 服务器根据收件人地址将邮件转发到接收方的 SMTP 服务器。 - 接收方的 SMTP 服务器将邮件存储在接收方的邮件服务器上。 - 接收方使用用户代理通过 POP3 或 IMAP 协议从接收方的邮件服务器上下载邮件进行阅读和管理。

SMTP（简单邮件传输协议） 1. 功能 - 负责邮件的发送，确保邮件能够准确、可靠地从发送方传输到接收方的邮件服务器。 2. 命令与响应 - 常见命令如 HELO（向服务器标识用户身份）、MAIL FROM（指定发件人地址）、RCPT TO（指定收件人地址）、DATA（开始传输邮件内容）等。服务器以数字代码响应，如 250 表示命令成功执行。

与MIME的区别：SMTP主要用于发送电子邮件，规定了邮件从发件人服务器传输到收件人服务器的过程和命令格式。它最初只能处理简单的ASCII文本。 MIME是对SMTP的扩展，用于解决SMTP不能传输非ASCII字符和二进制数据（如附件）的问题，通过在邮件头添加字段来描述邮件内容类型和编码方式，使邮件能包含多种数据类型。

POP3（邮局协议版本 3） 1. 功能 - 用于接收邮件，允许用户从邮件服务器上下载邮件到本地设备进行阅读和管理。 2. 工作模式 - 用户使用用户名和密码登录到 POP3 服务器后，可以选择下载邮件并在下载后删除服务器上的邮件副本，或者保留邮件副本在服务器上。 - 常见命令如 USER（指定用户名）、PASS（指定密码）、STAT（查询邮件状态）、LIST（列出邮件列表）、RETR（下载指定邮件）、DELE（删除指定邮件）等。

IMAP（互联网邮件访问协议） 1. 功能 - 同样用于接收邮件，但提供了更强大的邮件管理功能。 2. 特点 - 用户可以在服务器上创建文件夹、移动邮件、标记邮件等，邮件始终保存在服务器上，方便在多设备上同步邮件。 - 常见命令与 POP3 类似，但功能更丰富，如 CREATE（创建文件夹）、SELECT（选择邮箱）、FETCH（获取邮件内容）等。

电子邮件格式 1. 组成 - 邮件头：包含发件人、收件人、主题、日期等信息。 - 邮件体：包含邮件的正文内容，可以是文本、图像、附件等。 2. MIME（多用途互联网邮件扩展） - 允许电子邮件包含多种类型的数据，如文本、图像、音频、视频等。通过指定 Content-Type 字段来标识邮件体的内容类型。

电子邮件安全 1. 加密 - S/MIME（安全多用途互联网邮件扩展）：用于对电子邮件进行加密和数字签名，确保邮件的保密性、完整性和真实性。 - PGP（Pretty Good Privacy）：一种非对称加密技术，也可用于电子邮件的加密和签名。 2. 反垃圾邮件 - 邮件过滤：通过设置规则和过滤器，识别和过滤垃圾邮件。 - 验证码：在注册邮箱或发送邮件时要求输入验证码，防止垃圾邮件发送者自动注册和发送邮件。 - 黑名单和白名单：将已知的垃圾邮件发送者列入黑名单，拒绝接收其邮件；将信任的发件人列入白名单，确保其邮件能够正常接收。

文件传输协议

1. FTP（文件传输协议）概述 - 定义与功能：FTP是用于在网络上进行文件传输的标准协议。它允许用户在本地计算机和远程服务器之间上传（将本地文件传输到服务器）和下载（将服务器文件传输到本地）文件。

工作模式： - 主动模式：客户端向服务器的FTP控制端口（默认是21）发送连接请求，建立控制连接。然后客户端在一个随机的高端端口（大于1024）监听，服务器通过其数据端口（默认是20）主动向客户端发起数据连接，用于传输文件。 - 被动模式：客户端同样先与服务器的控制端口建立连接。然后服务器在一个随机的高端端口（大于1024）监听，客户端向这个端口发起数据连接来传输文件。被动模式在一些网络环境（如防火墙后的客户端）中更灵活，因为它不需要服务器主动向客户端发起连接。

2. FTP命令与响应 - 命令类型： - 用户认证命令：如“USER”用于发送用户名，“PASS”用于发送用户密码，用于登录到FTP服务器。 - 文件操作命令：“LIST”用于列出服务器上指定目录下的文件和目录列表；“RETR”用于从服务器下载文件；“STOR”用于将本地文件上传到服务器；“DELE”用于删除服务器上的文件等。 - 响应码：FTP服务器通过三位数字的响应码来回答客户端的命令。例如，“200”表示命令成功；“530”表示未登录就发出命令，需要先登录；“425”表示无法打开数据连接等。

3. FTP用户类型与权限 - 匿名用户：许多FTP服务器允许匿名访问，用户可以使用“anonymous”作为用户名，通常使用自己的电子邮件地址作为密码登录。匿名用户一般只有有限的权限，如只能下载某些公共文件。 - 授权用户：拥有特定用户名和密码的用户。其权限由服务器管理员设置，可以包括上传、下载、删除、创建目录等多种操作权限，权限范围取决于用户在服务器中的角色和配置。

4. FTP的安全问题与改进 - 安全风险：FTP在传输数据（尤其是用户名和密码）时以明文形式传输，这使得它容易受到网络嗅探攻击。另外，在主动模式下，服务器主动向客户端发起数据连接可能会被防火墙阻止。 - 安全改进协议：SFTP（SSH文件传输协议）和FTPS（基于SSL/TLS的FTP）是两种常见的安全改进协议。SFTP使用SSH协议来提供安全的文件传输，将文件传输和安全通道结合在一起。FTPS则是在FTP协议基础上添加SSL/TLS加密层，对控制连接和数据连接都进行加密，以保护数据的安全性和隐私性。

补充：DHCP（动态主机配置协议）主要用于在网络中自动分配IP地址等网络配置信息。它的工作过程包括：客户端发送请求寻找服务器；服务器收到请求后，从地址池中选择一个可用的IP地址，并将子网掩码、默认网关、DNS服务器地址等信息一起发送给客户端；客户端收到后就可以使用这个IP地址及相关配置来接入网络。这样可以有效避免手动配置IP地址的繁琐和错误，同时便于网络管理。

万维网

定义：万维网（World Wide Web）是一种基于超文本和 HTTP 的、全球性的、动态交互的、跨平台的分布式图形信息系统，是建立在 Internet 上的一种网络服务，为用户在 Internet 上查找和浏览信息提供了图形化的、易于访问的直观界面。

关键技术与组成部分： - URL（统一资源定位符）： - 作用：用于标志分布在整个互联网上的万维网文档，是互联网上资源的唯一地址标识。 - 格式：由协议、主机、端口和路径四个部分组成，例如 http://www.example.com:8080/index.html ，其中“http”是协议，“www.example.com”是主机，“8080”是端口（如果是默认端口 80 可省略），“index.html”是路径。

HTML（超文本标记语言）： - 作用：是万维网的核心语言，用于把信息组织成为图文并茂的超文本，定义网页的内容和结构。 - 特点：通过各种标签来描述文本、图片、链接等元素，用户可以使用浏览器解析 HTML 文档并显示网页内容。常见的 HTML 标签有 <html> 、 <head> 、 <body> 、 <a> （超链接）、 <img> （图片）等。

HTTP（超文本传输协议）： - 作用：是万维网上应用最为广泛的一种网络协议，规定了客户端和服务器之间数据传输的格式和规范，实现了浏览器与服务器之间的通信。 - 特点： - 无连接：每次请求和响应之间没有持久的连接，完成一次请求后就会断开连接，节省服务器资源，但可能导致每次请求都需要重新建立连接的开销。 - 无状态：服务器不记录用户的访问状态，不了解用户之前的操作和请求，简化了服务器的设计，但对于需要保持状态的应用（如购物车）需要通过 Cookie 或 Session 等技术来解决。 - 支持客户/服务器模式：客户端（浏览器）向服务器发送请求，服务器接收请求并返回响应。

网页的类型与特点： - 静态网页：以 .htm 或 .html 后缀结尾，内容是固定的，通常通过网站设计软件来进行重新设计和更改，相对比较滞后。但访问速度快，适用于内容不经常变化的网站，如公司简介、产品介绍等页面。 - 动态网页：通过网页脚本与语言自动处理、自动更新的页面。服务器端会根据用户的请求动态生成 HTML 页面，例如论坛、博客、电子商务网站等。动态网页可以实现更复杂的功能和交互性，但对服务器的性能要求较高。

Internet的多媒体应用

以下是计算机网络中 Internet 多媒体应用的精华知识点总结： 1. 多媒体数据的特点： - 数据量大：音频、视频、图像等多媒体文件通常需要占用大量的存储空间和网络带宽。例如，一段高清视频可能有几个GB的大小，高分辨率的图片也会占用较大的存储空间。 - 非格式化数据多：多媒体数据不像文本数据那样有严格的格式和结构，其内容的表示和处理相对复杂。比如图像中的像素信息、音频中的声波信号等都是非格式化的数据。 - 时空同步性要求高：对于音频和视频数据，在播放时需要保证时间上的同步，否则会出现音画不同步等问题。例如，在观看在线视频时，如果音频和视频的播放进度不一致，会严重影响用户的观看体验。 - 实时性要求高：很多多媒体应用，如视频会议、在线直播等，需要实时地传输和处理数据，以保证信息的及时性和有效性。 2. 关键技术： - 压缩技术： - 原理：通过去除多媒体数据中的冗余信息来减小数据量，同时尽可能保持原始数据的质量。冗余信息包括空间冗余（图像中相邻像素之间的相关性）、时间冗余（视频中相邻帧之间的相似性）、统计冗余（数据的概率分布特性）等。 - 标准： - JPEG 标准：适用于静态图像的压缩，是一种有损压缩算法，能在保持较高图像质量的同时，大幅减小图像文件的大小。例如，在数码照片的存储和传输中广泛应用 JPEG 压缩。 - MPEG 标准：面向运动图像压缩，包括 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4 等系列。MPEG-1 用于低速率的视频压缩，如 VCD；MPEG-2 用于较高分辨率和质量的视频压缩，如 DVD；MPEG-4 则支持更广泛的应用，包括网络视频、移动视频等。 - H.26x 标准：是 ITU 制定的视频编码标准系列，H.264 是目前应用广泛的一种标准，具有较高的压缩效率和良好的视频质量，被广泛应用于高清视频传输、视频监控等领域。 - 流媒体技术： - 原理：将多媒体数据分成若干个小的数据包，通过网络实时地传输和播放，用户不需要等待整个文件下载完成就可以开始观看或收听。例如，在观看网络视频时，视频会边缓冲边播放。 - 协议： - RTSP（Real Time Streaming Protocol）：实时流传输协议，用于控制流媒体的播放，如暂停、快进、快退等操作。 - RTP（Real-time Transport Protocol）：实时传输协议，负责将多媒体数据封装成数据包并在网络上传输。 - RTCP（Real-time Transport Control Protocol）：实时传输控制协议，与 RTP 配合使用，用于监控和反馈流媒体传输的质量和控制信息。 - 视频点播技术（VOD）： - 概念：用户可以根据自己的需求选择观看的视频内容，系统根据用户的请求将相应的视频文件传输给用户。 - 系统组成：包括视频服务器、存储设备、网络传输系统、用户终端等。视频服务器是核心部件，负责存储和管理视频文件，并根据用户的请求将视频数据发送给用户终端。 - 应用场景：广泛应用于家庭娱乐、在线教育、企业培训等领域，用户可以随时随地观看自己喜欢的电影、学习课程等。 - 多媒体数据库技术： - 特点：需要处理多种类型的多媒体数据，包括文本、图像、音频、视频等，并且要支持对这些数据的存储、检索和管理。 - 关键问题：如何有效地组织和索引多媒体数据，以便快速地检索和查询；如何处理多媒体数据的时空特性和内容相关性；如何保证多媒体数据的安全性和完整性。 - 虚拟现实技术： - 概念：利用计算机生成一种模拟的三维环境，用户可以通过特殊的设备（如头盔、数据手套等）与虚拟环境进行交互，获得身临其境的感觉。 - 关键技术：包括三维建模、图形渲染、传感器技术、人机交互技术等。在 Internet 上，虚拟现实技术可以应用于虚拟展览、虚拟旅游、在线游戏等领域。 3. 应用领域： - 教育与培训：多媒体技术可以用于在线课程、远程教学、虚拟实验室等，提供更加生动、直观的教学内容，提高学生的学习兴趣和效果。 - 电子商务：商家可以通过多媒体展示产品的图片、视频、音频等信息，让消费者更加全面地了解产品，提高购买决策的准确性。 - 信息发布：政府部门、企业、个人等可以通过网站、社交媒体等平台发布多媒体信息，如新闻、公告、广告等，提高信息的传播速度和影响力。 - 影视娱乐：包括在线视频、网络电影、数字音乐等，用户可以通过 Internet 随时随地观看电影、听音乐、玩游戏等。 - 医疗领域：远程医疗、医疗影像诊断、医学教育等方面都广泛应用了多媒体技术，提高了医疗服务的质量和效率。 - 工业和科学计算：在工业生产实时监控、科学计算可视化、模拟实验和仿真研究等方面，多媒体技术可以帮助用户更加直观地理解和分析数据。

系统架构师思维导图