你要问我应用层？我就和你扯扯扯，算法面试经典100题

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先自我介绍一下，小编浙江大学毕业，去过华为、字节跳动等大厂，目前阿里P7

深知大多数程序员，想要提升技能，往往是自己摸索成长，但自己不成体系的自学效果低效又漫长，而且极易碰到天花板技术停滞不前！

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正文

• 定时

定时是什么意思？定时能够确保网络中两个应用程序的收发是否能够在指定的时间内完成，这也是应用程序选择运输服务需要考虑的一个因素，这听起来很自然，你网络应用发送和接收数据包肯定要加以时间的概念，比如在游戏中，你一包数据迟迟发送不过去，对面都推塔了你还卡在半路上呢。

• 安全性

最后，选择运输协议一定要能够为应用程序提供一种或多种安全性服务。

因特网能够提供的运输服务

说完运输服务的选型，接下来该聊一聊因特网能够提供哪些服务了。实际上，因特网为应用程序提供了两种运输层的协议，即 UDP 和 TCP，下面是一些网络应用的选择要求，可以根据需要来选择适合的运输层协议。

应用	数据丢失	带宽	时间敏感
文件传输	不能丢失	弹性	不敏感
电子邮件	不能丢失	弹性	不敏感
Web 文档	不能丢失	弹性	不敏感
因特网电话/视频会议	容忍丢失	弹性	敏感，100ms
流式存储音频/视频	容忍丢失	弹性	敏感，几秒
交互式游戏	容忍丢失	弹性	是，100ms
智能手机消息	不能丢失	弹性	无所谓

下面我们就来聊一聊这两种运输协议的应用场景

TCP

TCP 服务模型的特性主要有下面几种

• 面向连接的服务

在应用层数据报发送后， TCP 让客户端和服务器互相交换运输层控制信息。这个握手过程就是提醒客户端和服务器需要准备好接受数据报。握手阶段后，一个 TCP 连接(TCP Connection) 就建立了。这是一条全双工的连接，即连接双方的进程都可以在此连接上同时进行收发报文。当应用程序结束报文发送后，必须拆除连接。

• 可靠的数据传输

通信进程能够依靠 TCP，无差错、按适当顺序交付所有发送的数据。应用程序能够依靠 TCP 将相同的字节流交付给接收方的套接字，没有字节的丢失和冗余。

• 拥塞控制

TCP 的拥塞控制并不一定为通信进程带来直接好处，但能为因特网带来整体好处。当接收方和发送方之间的网络出现拥塞时，TCP 的拥塞控制会抑制发送进程（客户端或服务器），我们会在后面具体探讨拥塞控制

UDP

UDP 是一种轻量级的运输协议，它仅提供最小服务。UDP 是无连接的，因此在两个进程通信前没有握手过程。UDP 也不会保证报文是否传输到服务端，它就像是一个撒手掌柜。不仅如此，到达接收进程的报文也可能是乱序到达的。

下面是上表列出来的一些应用所选择的协议

应用	应用层协议	支撑的运输协议
电子邮件	SMTP	TCP
远程终端访问	Telnet	TCP
Web	HTTP	TCP
文件传输	FTP	TCP
流式多媒体	HTTP	TCP
因特网电话	SIP、RTP	TCP或UDP

应用层协议

现在我们会探讨一些应用层协议，首先来认识一下什么是 应用层协议，应用层协议(application-layer protocol) 定义了运行在不同端系统上的应用进程如何相互传递报文。

应用层协议会定义

• 交换的报文类型，如请求报文和响应报文；
• 各种报文类型的语法，如报文中的各个字段公共详细描述;
• 字段的语义，即包含在字段中信息的含义；
• 进程何时、如何发送报文及对报文进行响应。

应用层协议分类

• 域名系统(Domain Name System, DNS)：用于实现网络设备名字到 IP 地址映射的网络服务。
• 文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)：用于实现交互式文件传输功能。
• 邮件传送协议(Simple Mail Transfer Protocol, SMTP)：用于实现电子邮箱传送功能。
• 超文本传输协议(HyperText Transfer Protocol，HTTP)：用于实现 Web 服务。
• 远程登录协议(Telnet)：用于实现远程登录功能。

Web 和 HTTP

Web（World Wide Web）即全球广域网，也就是 URL 为 www 开头的网络，它是 HTTP 协议的主要载体，是建立在 Internet 上的一种网络服务，我们一般讲的 Web ，其实就是指的 HTTP 协议，HTTP 协议作为 web 程序员必须要掌握并理解的一门协议，有必要好好了解一下。

超文本传输协议可以进行文字分割：超文本（Hypertext）、传输（Transfer）、协议（Protocol），它们之间的关系如下

按照范围的大小 协议 > 传输 > 超文本。下面就分别对这三个名次做一个解释。

什么是超文本

在互联网早期的时候，我们输入的信息只能保存在本地，无法和其他电脑进行交互。我们保存的信息通常都以文本即简单字符的形式存在，文本是一种能够被计算机解析的有意义的二进制数据包。而随着互联网的高速发展，两台电脑之间能够进行数据的传输后，人们不满足只能在两台电脑之间传输文字，还想要传输图片、音频、视频，甚至点击文字或图片能够进行超链接的跳转，那么文本的语义就被扩大了，这种语义扩大后的文本就被称为超文本(Hypertext)。

什么是传输

那么我们上面说到，两台计算机之间会形成互联关系进行通信，我们存储的超文本会被解析成为二进制数据包，由传输载体（例如同轴电缆，电话线，光缆）负责把二进制数据包由计算机终端传输到另一个终端的过程称为传输(transfer)。

通常我们把传输数据包的一方称为请求方，把接到二进制数据包的一方称为应答方。请求方和应答方可以进行互换，请求方也可以作为应答方接受数据，应答方也可以作为请求方请求数据，它们之间的关系如下

如图所示，A 和 B 是两个不同的端系统，它们之间可以作为信息交换的载体存在，刚开始的时候是 A 作为请求方请求与 B 交换信息，B 作为响应的一方提供信息；随着时间的推移，B 也可以作为请求方请求 A 交换信息，那么 A 也可以作为响应方响应 B 请求的信息。

什么是协议

协议这个名词不仅局限于互联网范畴，也体现在日常生活中，比如情侣双方约定好在哪个地点吃饭，这个约定也是一种协议，比如你应聘成功了，企业会和你签订劳动合同，这种双方的雇佣关系也是一种 协议。注意自己一个人对自己的约定不能成为协议，协议的前提条件必须是多人约定。

那么网络协议是什么呢？

网络协议就是网络中(包括互联网)传递、管理信息的一些规范。如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规矩一样，计算机之间的相互通信需要共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议。

没有网络协议的互联网是混乱的，就和人类社会一样，人不能想怎么样就怎么样，你的行为约束是受到法律的约束的；那么互联网中的端系统也不能自己想发什么发什么，也是需要受到通信协议约束的。

那么我们就可以总结一下，什么是 HTTP？可以用下面这个经典的总结回答一下： HTTP 是一个在计算机世界里专门在两点之间传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的约定和规范

持久性连接和非持久性连接

HTTP 是可以使用持久性连接和非持久性连接的，下面我们着重探讨一下这两种方式

非持久性连接

我们首先来探讨一下持久性连接的 HTTP

你是不是很好奇，当你在浏览器中输入网址后，到底发生了什么事情？你想要的内容是如何展现出来的？让我们通过一个例子来探讨一下，我们假设访问的 URL 地址为 http://www.someSchool.edu/someDepartment/home.index，当我们输入网址并点击回车时，浏览器内部会进行如下操作

• DNS 服务器会首先进行域名的映射，找到访问www.someSchool.edu所在的地址，然后 HTTP 客户端进程在 80 端口发起一个到服务器 www.someSchool.edu 的 TCP 连接（80 端口是 HTTP 的默认端口）。在客户和服务器进程中都会有一个套接字与其相连。
• HTTP 客户端通过它的套接字向服务器发送一个 HTTP 请求报文。该报文中包含了路径 someDepartment/home.index 的资源，我们后面会详细讨论 HTTP 请求报文。
• HTTP 服务器通过它的套接字接受该报文，进行请求的解析工作，并从其存储器(RAM 或磁盘)中检索出对象 www.someSchool.edu/someDepartment/home.index，然后把检索出来的对象进行封装，封装到 HTTP 响应报文中，并通过套接字向客户进行发送。
• HTTP 服务器随即通知 TCP 断开 TCP 连接，实际上是需要等到客户接受完响应报文后才会断开 TCP 连接。
• HTTP 客户端接受完响应报文后，TCP 连接会关闭。HTTP 客户端从响应中提取出报文中是一个 HTML 响应文件，并检查该 HTML 文件，然后循环检查报文中其他内部对象。
• 检查完成后，HTTP 客户端会把对应的资源通过显示器呈现给用户。

至此，键入网址再按下回车的全过程就结束了。上述过程描述的是一种简单的请求-响应全过程，真实的请求-响应情况可能要比上面描述的过程复杂很多。

上面的步骤举例说明了非持久性连接的使用，其中每个 TCP 链接都在服务器发送完成后关闭。每个 TCP 连接只传输一个请求报文和响应报文。

持久性连接的 HTTP

非持久性连接有一些缺点。第一，必须为每个请求的对象建立和维护一个全新的连接。对于每个这样的连接来说，在客户端和服务器中都要分配 TCP 的缓冲区和保持 TCP 变量，这给 Web 服务器带来了严重的负担。因为一台 Web 服务器可能要同时服务于数百甚至上千个客户请求。

在采用 HTTP 1.1 持续连接的情况下，服务器在发送响应后保持该 TCP 连接打开不关闭。在相同的客户与服务器之间，后续的请求和响应报文能够通过相同的连接进行传送。一般来说，如果一跳连接经过一定的时间间隔（可配置）后仍未使用，HTTP 服务器就应该关闭其连接。

HTTP 报文格式

我们上面描述了一下 HTTP 的请求响应过程，流程比较简单，但是凡事就怕认真，你这一认真，就能拓展出很多东西，比如 HTTP 报文是什么样的，它的组成格式是什么？ 下面就来探讨一下

HTTP 协议主要由三大部分组成：

• 起始行（start line）：描述请求或响应的基本信息；
• 头部字段（header）：使用 key-value 形式更详细地说明报文；
• 消息正文（entity）：实际传输的数据，它不一定是纯文本，可以是图片、视频等二进制数据。

其中起始行和头部字段并成为 请求头 或者 响应头，统称为 Header；消息正文也叫做实体，称为 body。HTTP 协议规定每次发送的报文必须要有 Header，但是可以没有 body，也就是说头信息是必须的，实体信息可以没有。而且在 header 和 body 之间必须要有一个空行（CRLF），如果用一幅图来表示一下的话，我觉得应该是下面这样

我们使用上面的那个例子来看一下 http 的请求报文

如图，这是 http://www.someSchool.edu/someDepartment/home.index 请求的请求头，通过观察这个 HTTP 报文我们就能够学到很多东西，首先，我们看到报文是用普通 ASCII 文本书写的，这样保证人能够可以看懂。然后，我们可以看到每一行和下一行之间都会有换行，而且最后一行（请求头部后）再加上一个回车换行符。

每个报文的起始行都是由三个字段组成：方法、URL 字段和 HTTP 版本字段。

HTTP 请求方法

HTTP 请求方法一般分为 8 种，它们分别是

• GET 获取资源，GET 方法用来请求访问已被 URI 识别的资源。指定的资源经服务器端解析后返回响应内容。也就是说，如果请求的资源是文本，那就保持原样返回；

• POST 传输实体，虽然 GET 方法也可以传输主体信息，但是便于区分，我们一般不用 GET 传输实体信息，反而使用 POST 传输实体信息，

• PUT 传输文件，PUT 方法用来传输文件。就像 FTP 协议的文件上传一样，要求在请求报文的主体中包含文件内容，然后保存到请求 URI 指定的位置。

但是，鉴于 HTTP 的 PUT 方法自身不带验证机制，任何人都可以上传文件 , 存在安全性问题，因此一般的 W eb 网站不使用该方法。若配合 W eb 应用程序的验证机制，或架构设计采用REST（REpresentational State Transfer，表征状态转移）标准的同类 Web 网站，就可能会开放使用 PUT 方法。

• HEAD 获得响应首部，HEAD 方法和 GET 方法一样，只是不返回报文主体部分。用于确认 URI 的有效性及资源更新的日期时间等。

• DELETE 删除文件，DELETE 方法用来删除文件，是与 PUT 相反的方法。DELETE 方法按请求 URI 删除指定的资源。

• OPTIONS 询问支持的方法，OPTIONS 方法用来查询针对请求 URI 指定的资源支持的方法。

• TRACE 追踪路径，TRACE 方法是让 Web 服务器端将之前的请求通信环回给客户端的方法。

• CONNECT 要求用隧道协议连接代理，CONNECT 方法要求在与代理服务器通信时建立隧道，实现用隧道协议进行 TCP 通信。主要使用 SSL（Secure Sockets Layer，安全套接层）和 TLS（Transport Layer Security，传输层安全）协议把通信内容加 密后经网络隧道传输。

我们一般最常用的方法也就是 GET 方法和 POST 方法，其他方法暂时了解即可。下面是 HTTP1.0 和 HTTP1.1 支持的方法清单

HTTP 请求 URL

HTTP 协议使用 URI 定位互联网上的资源。正是因为 URI 的特定功能，在互联网上任意位置的资源都能访问到。URL 带有请求对象的标识符。在上面的例子中，浏览器正在请求对象 /somedir/page.html 的资源。

我们再通过一个完整的域名解析一下 URL

比如 http://www.example:80/path/to/myfile.html?key1=value1&key2=value2#SomewhereInTheDocument 这个 URL 比较繁琐了吧，你把这个 URL 搞懂了其他的 URL 也就不成问题了。

首先出场的是 http

http://告诉浏览器使用何种协议。对于大部分 Web 资源，通常使用 HTTP 协议或其安全版本，HTTPS 协议。另外，浏览器也知道如何处理其他协议。例如， mailto: 协议指示浏览器打开邮件客户端；ftp:协议指示浏览器处理文件传输。

第二个出场的是 主机

www.example 既是一个域名，也代表管理该域名的机构。它指示了需要向网络上的哪一台主机发起请求。当然，也可以直接向主机的 IP address 地址发起请求。但直接使用 IP 地址的场景并不常见。

第三个出场的是 端口

我们前面说到，两个主机之间要发起 TCP 连接需要两个条件，主机 + 端口。它表示用于访问 Web 服务器上资源的入口。如果访问的该 Web 服务器使用HTTP协议的标准端口（HTTP为80，HTTPS为443）授予对其资源的访问权限，则通常省略此部分。否则端口就是 URI 必须的部分。

上面是请求 URL 所必须包含的部分，下面就是 URL 具体请求资源路径

第四个出场的是 路径

/path/to/myfile.html 是 Web 服务器上资源的路径。以端口后面的第一个 / 开始，到 ? 号之前结束，中间的 每一个/ 都代表了层级（上下级）关系。这个 URL 的请求资源是一个 html 页面。

紧跟着路径后面的是 查询参数

?key1=value1&key2=value2 是提供给 Web 服务器的额外参数。如果是 GET 请求，一般带有请求 URL 参数，如果是 POST 请求，则不会在路径后面直接加参数。这些参数是用 & 符号分隔的键/值对列表。key1 = value1 是第一对，key2 = value2 是第二对参数

紧跟着参数的是锚点

#SomewhereInTheDocument 是资源本身的某一部分的一个锚点。锚点代表资源内的一种“书签”，它给予浏览器显示位于该“加书签”点的内容的指示。 例如，在HTML文档上，浏览器将滚动到定义锚点的那个点上；在视频或音频文档上，浏览器将转到锚点代表的那个时间。值得注意的是 # 号后面的部分，也称为片段标识符，永远不会与请求一起发送到服务器。

因特网中的电子邮件

自从有了因特网，电子邮件就在因特网上流行起来。与普通邮件一样，电子邮件是一种异步通信媒介，即人们方便的情况下就可以和他人进行邮件往来，而不必与他人进行沟通后在发送。现代电子邮件具有许多强大的特性，包括具有附件、超链接、HTML 格式文本和图片的报文。下面是电子邮件系统的总体概览

从图中我们可以看到它有三个主要组成部分：用户代理(user agent)、邮件服务器(mail server)、和简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol,SMTP)。下面我们就来描述一下邮件收发的过程。

用户代理允许用户阅读、回复、转发、保存和撰写报文。微软的 Outlook 和 Apple Mail 是电子邮件用户代理的例子。当用户编写完邮件时，他的用户代理向邮件服务器发送邮件，此时用户发送的邮件会放在邮件服务器的外出消息队列(Outgoing message queue)中，当接收方用户想要阅读邮件时，他的用户代理直接从外出消息队列中去取得该报文。

邮件服务器构成了整个邮件系统的核心。每个接收方在其中的邮件服务器上会有一个邮箱(mailbox) 存在。用户的邮箱管理和维护发送给他的报文。一个典型的邮件发送过程是：从发送方的用户代理开始，传输到发送方的邮件服务器，再传输到接收方的邮件服务器，然后在这里被分发到接收方的邮箱中。用接收方的用户想要从邮箱中读取邮件时，他的邮件服务器会对用户进行认证。如果发送方发送的邮件无法正确交付给接收方的服务器，那么发送方的用户代理会把邮件存储在一个报文队列(message queue)中，并在以后尝试再次发送，通常每30分钟发送一次，如果一段时间后还发送不成功，服务器就会删除报文队列中的邮件并以电子邮件的方式通知发送方。

SMTP 是因特网电子邮件中的主要的应用层协议。SMTP 也使用 TCP 作为运输层协议，保证数据传输的可靠性。

SMTP 协议传输过程

为了描述 SMTP 的基本操作，我们观察一下下面这种常见的情景。

我们假设 Alice 想给 Bob 发送一封简单的 ASCII 报文

• Alice 调用她的邮件代理程序并提供 Bob 的邮件地址 （例如 bob@someschool.edu），编写邮件报文，然后指示用户代理发送该报文

• Alice 的用户代理把报文发送给她的邮件服务器，在那里该报文被放在消息队列中。

• 运行在 Alice 的邮件服务器上的 SMTP 客户端发现了报文队列中的邮件，它就创建一个到运行在 Bob 邮件服务器上的 SMTP 服务器的 TCP 连接

• 在经过一些初始化 SMTP 握手后，SMTP 客户端通过该 TCP 连接发送 Alice 的邮件。

• 在 Bob 的邮件服务器上，SMTP 的服务端接收该邮件，Bob 的邮件服务器将邮件放在 Bob 的邮箱中

• 在 Bob 想要看邮件时，他会调用用户代理阅读该邮件

上面说的邮件其实就是报文，指的就是一系列 ASCII 码，SMTP 传输邮件之前，需要将二进制多媒体数据编码为 ASCII 码进行传输。

SMTP 一般不使用中间邮件服务器发送邮件，即使这两个邮件服务器位于地球的两端也是这样的。TCP 连接通常直接连接 Alice 的邮件服务器和 Bob 的邮件服务器。

现在你知道了两台邮件服务器邮件发送的大体过程，那么，SMTP 是如何将邮件从 Alice 邮件服务器发送到 Bob 的邮件服务器的呢？主要分为下面三个阶段

• 建立连接：在这一阶段，SMTP 客户请求与服务器的25端口建立一个 TCP 连接。一旦连接建立，SMTP 服务器和客户就开始相互通告自己的域名，同时确认对方的域名。
• 邮件传送：一旦连接建立后，就开始邮件传输。SMTP 依靠 TCP 能够将邮件准确无误地传输到接收方的邮件服务器中。SMTP 客户将邮件的源地址、目的地址和邮件的具体内容传递给 SMTP 服务器，SMTP 服务器进行相应的响应并接收邮件。
• 连接释放：SMTP 客户发出退出命令，服务器在处理命令后进行响应，随后关闭 TCP 连接。

下面我们分析一个实际的 SMTP 邮件发送过程，以下统称为SMTP客户(C)和 SMTP服务器(S)。客户的主机名为 crepes.fr，服务器的主机名为 hamburger.edu。以 C: 开头的 ASCII 码文本就是客户交给 TCP 套接字的那些行，以 S: 开头的 ASCII 码则是服务器发送给其 TCP 套接字的那些行。一旦创建了连接，就开始了如下过程

S: 220 hamburger.edu
C: HELO crepes.fr
S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you
C: MAIL FROM: alice@crepes.fr
S: 250 alice@crepes.fr … Sender ok
C: RCPT TO: bob@hamburger.edu
S: 250 bob@hamburder.edu … Recipient ok
C: DATA
S: 354 Enter mail, end with “.” on a line by itself
C: Do you like ketchup?
C: How about pickles?
C: .
S: 250 Message accepted for delivery
C: QUIT
S: 221 hamburger.edu closing connection

在上述例子中，客户从邮件服务器 crepes.fr 向邮件服务器 hamburger.edu 发送了一个报文 (" Do you like ketchup? How about pickles? ") 。作为对话的一部分，该客户发送了 5 条命令: HELO(是 HELLO 的缩写)、 MAMIL FROM、RCPT TO、DATA 以及 QUIT。这些命令都是自解释的。

什么是自解释，就是不需要再进行解释了，命令自己就能解释自己所要表述的功能。

上面是一个简单的 SMTP 交换过程，包括了连接建立、邮件传送和连接释放三个具体过程

首先建立 TCP 连接、SMTP 调用 TCP 协议的25号端口监听连接请求，然后客户端发送 HELO 指令用来表明自己是发送方的身份，然后服务端作出响应。然后，客户端发送 MAIL FROM 命令，表明客户端的邮件地址是 <alice@crepes.fr>，服务器以 OK 作为响应，表明准备接收。客户端发送 RCPT TO 表明接收方的电子邮件地址，可以有多个 RCPT 行，即一份邮件可以同时发送给多个收件人。服务器端则表示是否愿意为收件人接收邮件。协商结束后，客户端用 DATA 命令发送信息，结束标志是CRLF.CRLF ，也就是 回车换行.回车换行。最后，控制交互的任一端可选择终止会话，为此它发出一个 QUIT 命令，另一端用命令221响应，表示同意终止连接，双方将关闭连接。

上述过程中会涉及几个类似 HTTP 的状态码。250 就表示 OK ，类似 HTTP 的 200。在命令成功时，服务器返回代码250，如果失败则返回代码550（命令无法识别）、451（处理时出错）、452（存储空间不够）、421（服务器不可用）等，354则表示开始信息输入。

SMTP 的报文会有局限性，SMTP 的局限性表现在只能发送 ASCII 码格式的报文，不支持中文、法文、德文等，它也不支持语音、视频的数据。通过 MIME协议，对 SMTP 补充。MIME 使用网络虚拟终端(NVT)标准，允许非ASCII码数据通过SMTP传输。

SMTP 与 HTTP 的对比

HTTP 是我们学习的第一个应用层协议，SMTP 是我们学习的第二个应用层协议，那么我们就对这两个协议进行比对。

这两个协议都用于从一台主机向另一台主机传送文件：HTTP 从 Web 服务器向 Web 客户端（通常是浏览器）传送文件，SMTP 是从一个邮件服务器向另一个邮件服务器传送文件（即电子邮件报文）。

这两个协议也会有几个重要的区别

• 首先，HTTP 是一个 拉协议(pull protocol)，客户端发送请求，请求获取服务端的资源，然后服务端进行响应，把需要下载的文件传输给客户端；而 SMTP 是一个 推协议(push protocol)，SMTP 的客户端会主动把邮件推送给 SMTP 的服务端。
• 第二个区别是，SMTP 要求每个报文都采用 7 比特的 ASCII 码格式，如果某报文包含了非 7 比特的 ASCII 自负或二进制数据，则该报文必须按照7比特 ASCII 码进行编码。HTTP 数据则不受这种限制。
• 第三个区别是如何处理一个既包含文本又包含图形的文档，HTTP 把每个对象封装到它自己的 HTTP 响应报文中，而 SMTP 则把所有报文对象放在一个报文之中。

DNS 因特网目录服务协议

试想一个问题，我们人类可以有多少种识别自己的方式？可以通过身份证来识别，可以通过社保卡号来识别，也可以通过驾驶证来识别，尽管我们有多种识别方式，但在特定的环境下，某种识别方法可能比另一种方法更为适合。因特网上的主机和人类一样，可以使用多种识别方式进行标识。互联网上主机的一种标识方法是使用它的 主机名(hostname) ，如 www.facebook、 www.google 等。但是这是我们人类的记忆方式，路由器不会这么理解，路由器喜欢定长的、有层次结构的 IP地址，so，还记得 IP 是什么吗？

IP 地址现在简单表述一下，就是一个由 4 字节组成，并有着严格的层次结构。例如 121.7.106.83 这样一个 IP 地址，其中的每个字节都可以用 . 进行分割，表示了 0 - 255 的十进制数字。（具体的 IP 我们会在后面讨论）

然而，路由器喜欢的是 IP 地址进行解析，我们人类却便于记忆的是网址，那么路由器如何把 IP 地址解析为我们熟悉的网址地址呢？这时候就需要 DNS 出现了。

DNS 的全称是 Domain Name System,DNS ，它是一个由分层的 DNS 服务器（DNS server）实现的分布式数据库；它还是一个使得主机能够查询分布式数据库的应用层协议。DNS 服务器通常是运行 BIND(Berkeley Internet Name Domain) 软件的 UNIX 机器。DNS 协议运行在 UDP 之上，使用 53 端口。

DNS 基本概述

与 HTTP、FTP 和 SMTP 一样，DNS 协议也是应用层的协议，DNS 使用客户-服务器模式运行在通信的端系统之间，在通信的端系统之间通过下面的端到端运输协议来传送 DNS 报文。但是 DNS 不是一个直接和用户打交道的应用。DNS 是为因特网上的用户应用程序以及其他软件提供一种核心功能。

DNS 通常不是一门独立的协议，它通常为其他应用层协议所使用，这些协议包括 HTTP、SMTP 和 FTP，将用户提供的主机名解析为 IP 地址。

下面根据一个示例来描述一下这个 DNS 解析过程，这个和你输入网址后，浏览器做了什么操作有异曲同工之处

你在浏览器键入 www.someschool.edu/index.html 时会发生什么现象？为了使用户主机能够将一个 HTTP 请求报文发送到 Web 服务器 www.someschool.edu ，会经历如下操作

• 同一台用户主机上运行着 DNS 应用的客户端
• 浏览器从上述 URL 中抽取出主机名 www.someschool.edu ，并将这台主机名传给 DNS 应用的客户端
• DNS 客户向 DNS 服务器发送一个包含主机名的请求。
• DNS 客户最终会收到一份回答报文，其中包含该目标主机的 IP 地址
• 一旦浏览器收到目标主机的 IP 地址后，它就能够向位于该 IP 地址 80 端口的 HTTP 服务器进程发起一个 TCP 连接。

除了提供 IP 地址到主机名的转换，DNS 还提供了下面几种重要的服务

• 主机别名(host aliasing)，有着复杂的主机名的主机能够拥有一个或多个其他别名，比如说一台名为 relay1.west-coast.enterprise 的主机，同时会拥有 enterprise 和 www.enterprise 的两个主机别名，在这种情况下，relay1.west-coast.enterprise 也称为 规范主机名，而主机别名要比规范主机名更加容易记忆。应用程序可以调用 DNS 来获得主机别名对应的规范主机名以及主机的 IP地址。
• 邮件服务器别名(mail server aliasing)，同样的，电子邮件的应用程序也可以调用 DNS 对提供的主机名进行解析。
• 负载分配(load distribution)，DNS 也用于冗余的服务器之间进行负载分配。繁忙的站点例如 cnn 被冗余分布在多台服务器上，每台服务器运行在不同的端系统之间，每个都有着不同的 IP 地址。由于这些冗余的 Web 服务器，一个 IP 地址集合因此与同一个规范主机名联系。DNS 数据库中存储着这些 IP 地址的集合。由于客户端每次都会发起 HTTP 请求，所以 DNS 就会在所有这些冗余的 Web 服务器之间循环分配了负载。

DNS 工作概述

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服务器，一个 IP 地址集合因此与同一个规范主机名联系。DNS 数据库中存储着这些 IP 地址的集合。由于客户端每次都会发起 HTTP 请求，所以 DNS 就会在所有这些冗余的 Web 服务器之间循环分配了负载。

DNS 工作概述

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