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第 3 章 應用層的功能和通 訊協定

第 3 章 應用層的功能和通 訊協定. 學習目標. 在學習本章之後，讀者將可以回答下列的問題： OSI 模型的較高三階層功能，是如何為終端使用者的應用提供網路 服務？ TCP/IP 應用層的通訊協定，是如何提供 OSI 模型的上三階層服務？ 人們如何使用應用層在資訊網路之間進行通訊？ TCP/IP 的應用功能中，如全球資訊網、電子郵件及其相關服務（ HTTP 、 DNS 、 SMB 、 DHCP 、 STMP/POP 及 Telnet ）等的功能為何？. 學習目標（續）.

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第 3 章 應用層的功能和通 訊協定

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  1. 第3章 應用層的功能和通 訊協定

  2. 學習目標 在學習本章之後，讀者將可以回答下列的問題： • OSI模型的較高三階層功能，是如何為終端使用者的應用提供網路服務？ • TCP/IP應用層的通訊協定，是如何提供OSI模型的上三階層服務？ • 人們如何使用應用層在資訊網路之間進行通訊？ • TCP/IP的應用功能中，如全球資訊網、電子郵件及其相關服務（HTTP、DNS、SMB、DHCP、STMP/POP及Telnet）等的功能為何？

  3. 學習目標（續） • 哪些檔案共享程序是採用同儕式（peer-to-peer）應用和Gnutella協定？ • 通訊協定是如何確保一種設備上的服務，能夠與多種不同的網路設備進行資料的傳送和接收？ • 如何使用網路分析工具，來檢查和解釋常見的使用者應用的運作方式？

  4. 學習目標（續） • 「開放系統互連」（OSI）模型的階層架構，可以讓我們更加容易地了解網路的通訊機制 • 在本章中，將專注於第七階層，也就是應用層及其元件

  5. 學習目標（續） 圖3-1　人們與資料網路的介面

  6. 應用：網路之間的介面 • 二項重要的概念： • 應用層：OSI模型的應用層是將資料傳進網路的第一個步驟 • 應用軟體：應用軟體是供人們透過網路來進行通訊的程式。應用軟體的範例，如HTTP、FTP、電子郵件及其它軟體，可以說明其與應用層之間的差異

  7. 應用：網路之間的介面（續） • OSI和TCP/IP模型 • 應用層軟體 • 使用者應用程式、服務和應用層協定 • 應用層通訊協定功能

  8. OSI和TCP/IP模型 • 「開放系統互連」的參考模式是採用一種階層、抽象的表達方式，能夠指引網路協定的設計 • 七個邏輯階層 • TCP/IP應用階層的通訊協定功能大致是符合OSI模型的上三個階層：應用層、表達層及會談層

  9. OSI和TCP/IP模型（續） 圖3-2OSI封裝程序

  10. OSI和TCP/IP模型（續） 圖3-3OSI與TCP/IP模型

  11. OSI和TCP/IP模型（續） • 表達層 • 針對應用層資料進行編碼和轉換 • 壓縮的資料 • 進行資料的加密（encryption），並在目的端進行資料的解密（decryption） • 著名的視訊標準有QuickTime和Motion Picture Experts Group（MPEG） • 著名的圖形影像格式，有GIF（Graphics Interchange Format）、JPEG（Joint Photographic Experts Group）和TIFF（Tagged Image File Format）

  12. OSI和TCP/IP模型（續） • 會談層 • 建立和維護來源和目的應用之間的對話

  13. OSI和TCP/IP模型（續） • TCP/IP應用階層協定 • 網域名稱服務通訊協定（DNS）用於將網際網路名稱解析成IP位址 • 超文字傳輸通訊協定（HTTP）用於傳輸Web網頁的檔案 • 簡易訊息傳送通訊協定（SMTP）用於傳送郵件訊息和附件 • 終端機模擬通訊協定（Telnet）用於提供伺服器和網路設備之間的遠端存取 • 檔案傳輸通訊協定（FTP）用於系統之間的檔案傳輸

  14. 應用層軟體 • 人際網路與基礎資料網路之間的介面 • 每個載入到設備上的程式，皆稱之為一個程序（process） • 有兩種可以存取網路的軟體程式或程序：應用程式和服務

  15. 應用層軟體（續） 圖3-4　軟體程序

  16. 應用層軟體（續） • 網路相關的應用程式 • 某些應用程式是網路相關的程式 • 應用層服務 • 其它的程式可能會需要應用層服務（Application layer services）的協助，方能使用網路上的資源 • 每項應用或網路服務的通訊協定，都會明訂所使用的標準和資料格式

  17. 使用者應用程式、服務和應用層協定 • 應用層所使用的通訊協定是實現於應用程式和服務之中 • 應用程式提供人們建立訊息的方法，應用層服務可以建立一個網路介面

  18. 使用者應用程式、服務和應用層協定（續） 圖3-5　人們與資料網路之間的介面

  19. 應用層通訊協定功能 • 可以在載入於設備上的應用與服務之間，建立一致的規則以方便資料的交換 • 可以指定訊息內的資料結構，以及來源端與目的端之間所傳送之訊息的類型 • 可以定義訊息的對話（dialogues）

  20. 應用與服務的提供 • 用戶端／伺服器模型 • 應用層的服務與通訊協定 • 同儕網路和應用

  21. 用戶端／伺服器模型 • 請求資訊的設備稱之為用戶端，回應請求的設備稱之為伺服器

  22. 用戶端／伺服器模型 圖3-6　用戶端／伺服器模型

  23. 伺服器 • 伺服器是一組電腦設備，可以回應用戶端應用程式的請求 • 伺服器通常會執行一個稱之為「伺服器精靈」（server daemon）的服務或程序

  24. 伺服器 圖3-7　伺服器

  25. 應用層的服務與通訊協定 • 一個單獨的應用程式可能會使用到許多不同的應用層服務

  26. 應用層的服務與通訊協定（續） 圖3-8　多位用戶端的服務請求

  27. 同儕（P2P）網路和應用程式 • 同儕網路 • 在一個同儕網路中，兩部或多部電腦是透過網路來相互連線，並且在不需要專用伺服器的狀況下可以共用資源 • 同儕應用程式 • 讓一個設備在同一個通訊中，扮演用戶端和伺服器的角色

  28. 同儕網路 圖3-9　同儕網路

  29. 同儕應用程式 圖3-10　同儕應用程式

  30. 應用層協定與服務的範例 • DNS（Domain Name System）：TCP/UDP連接埠53 • HTTP（Hypertext Transfer Protocol）：TCP連接埠80 • SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：TCP連接埠25 • POP（Post Office Protocol）：UDP連接埠110 • Telnet：TCP連接埠23 • DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）：UDP連接埠67 • FTP（File Transfer Protocol）：TCP連接埠20和21

  31. 應用層協定與服務的範例（續） • DNS服務與協定 • WWW服務和HTTP • 電子郵件服務與SMTP/POP通訊協定 • 電子郵件伺服器的程序：MTA和MDA • FTP • DHCP • 檔案共用服務與SMB通訊協定 • P2P服務和Gnutella通訊協定 • Telnet服務和通訊協定

  32. DNS服務與協定 • 網域名稱的建立可以將數值位址，轉換成一個簡單、易於辨識的名稱 • 網域名稱系統（DNS）的建立是為了解析網路的網域名稱 • DNS協定所定義的自動化服務，可以比對資源名稱，並且得到所需的數值網路位址 • DNS是一項用戶端／伺服器的服務

  33. DNS服務與協定（續） • 當進行一個網路設備的組態設定時，我們通常會提供一或多個DNS的伺服器位址 • nslookup公用程式，可以讓使用者以手動方式，向名稱伺服器進行查詢

  34. DNS服務與協定（續） 圖3-11　解析DNS位址

  35. DNS服務與協定（續） • 名稱解析與快取 • 一個DNS伺服器可以使用「名稱精靈」（name daemon）來提供名稱的解析，通常稱之為named（發音是name-dee） • 記錄的類型 • A：終端設備的位址 • NS：授權的名稱伺服器 • CNAME：別名的標準名稱（或完全合格的網域名稱）；此類型是使用於單一網路位址具有多項服務時，其中每項服務都在DNS中有其自己的項目記載 • MX：郵件交換記錄；將一個網域名稱對應到一系列的郵件交換伺服器

  36. DNS服務與協定（續） • DNS階層 • 階層架構就像是一個反向樹（inverted tree） • 最上層網域分別代表組織或國家的類型 • .au：澳洲 • .co：哥倫比亞 • .com：企業或產業 • .jp：日本 • .org：非營利組織 • 每個網域名稱是從反向樹的樹根，往下追尋的一條路徑 • DNS會採用此種階層的分散式伺服器，來儲存和維護這些資源記錄

  37. DNS服務與協定（續） 圖3-12DNS伺服器階層

  38. WWW服務和HTTP • 瀏覽器會將URL解譯為三個部分 • http（通訊協定或方法） • www.cisco.com（伺服器名稱） • web-server.htm（所需的特定檔案名稱）。 • 三個常見的訊息類型為 • GET • POST • PUT

  39. WWW服務和HTTP（續） • GET是用戶端請求資料的訊息類型 • POST和PUT是用來傳送的一些訊息，以供上傳一些資料至網頁伺服器 • Secure HTTP（HTTPS）通訊協定可以用較為安全的方式，來存取或張貼網頁伺服器的資訊 • HTTPS可以使用驗證（authentication）和加密（encryption）方式來進行保護

  40. WWW服務和HTTP（續） 圖3-13　使用GET的HTTP協定

  41. 電子郵件服務與SMTP/POP通訊協定 • POP（Post Office Protocol） 和 SMTP（Simple Mail Transfer Protocol） • POP和POP3（Post Office Protocol 3，郵局通訊協定第3版）是郵件的遞送通訊協定，也是典型之用戶端／伺服器的通訊協定 • SMTP可以管理用戶端傳送到電子郵件伺服器（MDA）的電子郵件，以及許多「電子郵件伺服器」（MTA）之間的電子郵件傳輸

  42. 電子郵件服務與SMTP/POP通訊協定（續） 圖3-14　電子郵件用戶端

  43. 電子郵件伺服器的程序：MTA和MDA • 郵件傳輸代理程式（Mail Transfer Agent，MTA） • 郵件傳遞代理程式（Mail Delivery Agent，MDA） • 「郵件傳輸代理程式」（MTA）是用於轉送電子郵件

  44. 電子郵件伺服器的程序：MTA和MDA （續） 圖3-15　電子郵件伺服器：MTA

  45. 電子郵件伺服器的程序：MTA和MDA （續） • 「郵件傳遞代理程式」（Mail Delivery Agent，MDA）會從「郵件傳輸代理程式」（Mail Transfer Agent，MTA）接受一則電子郵件，並且進行正確的傳遞 • 大部分的電子郵件通訊都會使用到MUA、MTA和MDA應用程式

  46. 電子郵件伺服器的程序：MTA和MDA （續） 圖3-16　電子郵件伺服器：MDA

  47. 電子郵件伺服器的程序：MTA和MDA （續） • SMTP通訊協定的一些常見命令如下： • HELO：向SMTP伺服器程序指出SMTP用戶端的名稱 • EHLO：較新版本的HELO，具有一些延伸服務 • MAIL FROM：指出寄件者 • RCPT TO：指出收件者 • DATA：指出訊息的主體

  48. FTP • FTP可以在用戶端和伺服器之間，進行檔案的傳輸 • 從具備FTP精靈程式（FTPd）的伺服器電腦上，進行上傳和下載檔案的動作 • 二條連線：一條用於命令和回覆，另一條用於實際的檔案傳輸

  49. FTP （續） 圖3-17FTP程序

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