应用层¶

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我们不妨重新回顾一下网络中各层的作用:

分层	数据单位	主要作用	典型设备/协议
应用层 (Application)	报文 (Message)	为应用程序提供服务, 处理业务逻辑	HTTP, DNS, SMTP
运输层 (Transport)	报文段 (Segment) / 用户数据报 (Datagram)	进程到进程 (Port-to-Port) 的通信, 提供通用数据传输服务	TCP, UDP
网络层 (Network)	分组 (Packet)	主机到主机 (Host-to-Host) 的通信, 路由选择, 分组转发	IP, 路由器
数据链路层 (Data Link)	帧 (Frame)	点到点 (Node-to-Node) 的通信, 链路管理, 差错检测	以太网, 交换机
物理层 (Physical)	比特 (Bit)	透明传输比特流	网线, 光纤, 集线器

P2P 通信¶

在P2P通讯中,没有明确的服务器与客户端的划分,每个节点既可以作为服务器也可以作为客户端

其优点表现于:

减轻了服务器的压力
降低了网络的复杂度
可拓展性强

动态主机配置协议¶

动态主机配置协议 (DHCP, Dynamic Host Configuration Protocol) 是目前广泛使用的协议，它提供了一种即插即用的连网机制，允许计算机自动获取 IP 地址等网络配置信息。

核心功能¶

自动分配 IP 地址: 避免手动配置的繁琐和冲突。
分配其他网络参数: 子网掩码、默认网关、DNS 服务器地址等。
地址重用: 使用租约机制，IP 地址可以被回收和重新分配。

工作流程 (4个步骤)¶

DHCP 的交互过程通常被称为 DORA (Discover, Offer, Request, Acknowledge)。

DHCP Discover (发现):
- 客户端 -> 广播: "谁有多余IP?"
- 因为客户端还没 IP，所以使用 UDP 广播发送 (源IP 0.0.0.0, 目的IP 255.255.255.255, 目的端口 67)。
DHCP Offer (提供):
- 服务器 -> 广播/单播: "我是 DHCP 服务器，我可以给你这个 IP (例如 192.168.1.100)。"
- 服务器会预留这个 IP，不再分给别人。
DHCP Request (请求):
- 客户端 -> 广播: "我收到了你的 Offer，我就要这个 IP 了 (192.168.1.100)！"
- 为什么还是广播?: 为了告诉所有 DHCP 服务器 (如果有多个)，它选择了哪一个服务器的 Offer。其他未被选中的服务器就可以撤销预留的 IP 了。
DHCP ACK (确认):
- 服务器 -> 广播/单播: "好的，IP 正式分配给你，租期是 8 小时。这是你的掩码、网关和 DNS。"
- 客户端收到 ACK 后，才可以正式使用该 IP。

DHCP 交互过程

sequenceDiagram
    participant Client as 客户端 (Client)
    participant Server as DHCP服务器 (Server)

    Note over Client: 刚接入网络, 没有 IP

    rect rgb(240, 248, 255)
    Note right of Client: 阶段一: 发现与提供 (Discovery & Offer)
    Note over Client, Server: 1. DHCP Discover (发现)
    Client->>Server: 广播: "谁是DHCP服务器? 我需要IP"
    Note right of Client: 0.0.0.0 -> 255.255.255.255

    Note over Client, Server: 2. DHCP Offer (提供)
    Server-->>Client: 广播/单播: "我是服务器, 提供IP 192.168.1.10"
    Note left of Server: 预留该IP
    end

    rect rgb(255, 250, 240)
    Note right of Client: 阶段二: 请求与确认 (Request & ACK)
    Note over Client, Server: 3. DHCP Request (请求)
    Client->>Server: 广播: "我接受 192.168.1.10"
    Note right of Client: 告知所有DHCP服务器自己的选择

    Note over Client, Server: 4. DHCP ACK (确认)
    Server-->>Client: 广播/单播: "确认分配, 租期8小时"
    Note right of Client: 配置网络参数, 开始上网
    end

域名系统¶

域名通过DNS服务器解析为IP地址

域名结构¶

因特网采用了 层次树状结构 的命名方法。任何一个连接在因特网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名(Domain Name)。

语法规则:

标号 (Label):
- 域名由 点 (dot) 分隔开的多个标号组成。例如 www.example.com。
- 标号只能包含字母, 数字和 连字符(-)。
- 不区分大小写 (比如 CNN.com 和 cnn.com 是一样的)。
- 每个标号不超过 63 个字符。
长度限制:
- 完整的域名不超过 255 个字符。
层级顺序:
- 级别最低的标号写在最左边，级别最高的写在最右边。

域名的层级:

根域名 (Root Domain): 树的顶端，用 . 表示 (通常省略不写)。
顶级域名 (TLD, Top-Level Domain):
- 国家顶级域名 (nTLD): .cn, .us, .uk 等。
- 通用顶级域名 (gTLD): .com, .net, .org, .edu, .gov 等。
二级域名 (Second-Level Domain): 注册在顶级域名之下的域名，例如 baidu.com 中的 baidu。
三级域名 (Third-Level Domain): 例如 tieba.baidu.com 中的 tieba。

域名服务器¶

域名服务器可分为根域名服务器、顶级域名服务器、权限域名服务器和本地域名服务器。

根域名服务器 (Root DNS Server):
- 路由器将用户的请求转发到最近的根域名服务器。
- 根域名服务器返回顶级域名服务器的IP地址。
顶级域名服务器 (Top-Level DNS Server):
- 可能返回最后的IP地址,也可能返回权限域名服务器的IP地址。
- 管理在该顶级域名下的二级域名。
权限域名服务器 (Authoritative DNS Server):
- 每一个主机的域名都必须在某个权限域名服务器处注册登记。
- 返回最后的IP地址。
本地域名服务器 (Local DNS Server):

和上面三者不属于一个结构
- 本地域名服务器将域名解析为IP地址。
- 如果本地域名服务器没有该域名的解析结果,则将请求转发到根域名服务器。

域名解析¶

递归查询 (Recursive Query)¶

核心思想: 查询请求 "托付" 给下一级服务器。

主机向本地域名服务器的查询一般都是 递归查询。
如果本地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址，那么 本地域名服务器 就以 DNS 客户的身份，向其他根域名服务器发出查询请求，报文使用 UDP。
特点: 被查询的服务器必须给出最终的查询结果（IP 地址或报错），即 "要么给结果，要么你自己去查然后给我结果"。

递归查询示意图

sequenceDiagram
    participant Host as 主机
    participant Local as 本地域名服务器
    participant Root as 根域名服务器
    participant TLD as 顶级域名服务器

    Note left of Host: 递归查询: 靠你了!

    Host->>Local: 1. 查询 www.example.com

    rect rgb(240, 248, 255)
    Note right of Local: Local 自己去查
    Local->>Root: 2. 查询 www.example.com
    Root-->>Local: 3. 返回 IP 或 下一级地址
    end

    Local-->>Host: 4. 返回最终结果

迭代查询 (Iterative Query)¶

核心思想: "自力更生"。

本地域名服务器向根域名服务器查询。
根域名服务器告诉本地域名服务器: "我不知道具体的 IP，但你可以去问问顶级域名服务器 (比如 .com 那个)，这是它的 IP"。
本地域名服务器这就跑去问顶级域名服务器。
顶级域名服务器告诉本地域名服务器: "我不知道具体的 IP，但你可以去问问权限域名服务器 (比如 example.com 那个)，这是它的 IP"。
本地域名服务器这就跑去问权限域名服务器。
权限域名服务器告诉本地域名服务器: "我知道了! IP 是 1.2.3.4"。
本地域名服务器告诉主机: "我知道了! IP 是 1.2.3.4"。
特点: 指路不带路。每次查询得到的都是 "下一级是谁"，而不是最终结果 (除非到了最后一步)。

迭代查询示意图

sequenceDiagram
    participant Local as 本地域名服务器
    participant Root as 根域名服务器
    participant TLD as 顶级域名服务器
    participant Auth as 权限域名服务器

    Note left of Local: 迭代查询: 自己跑腿

    Local->>Root: 1. 查询 www.example.com
    Root-->>Local: 2. 我不知道, 但 .com 的服务器(TLD)知道, IP是...

    Local->>TLD: 3. 查询 www.example.com
    TLD-->>Local: 4. 我不知道, 但 example.com 的服务器(权限)知道, IP是...

    Local->>Auth: 5. 查询 www.example.com
    Auth-->>Local: 6. 知道了! IP 是 1.2.3.4