第六章、网络应用层
1. 简述应用层协议定义的内容。
（1）应用进程交换的报文类型，如请求报文和响应报文
（2）各种报文类型的语法，如报文中的各个字段及其详细描述
（3）字段的语义，即包含在字段中的信息的含义
（4）进程何时、如何发送报文、以及对报文进行响应的规则
2. 因特网的域名结构是怎么样的？这样结构有什么优点？
域名的结构由若干个分量组成，各分量之间用点（小数点）隔开：
***.三级域名.二级域名.顶级域名
各分量分别代表不同级别的域名。各级域名由其上一级的域名管理机构管理，而最高的顶级域名由ICANN管理。等级的命名方法便于维护名字的唯一性，并且也容易设计出一种高效的域名查询机制。
3. 域名系统为什么不止用一个域名服务器，而需要很多服务器组成的分布式层次结构？
集中方式有如下缺点：单点故障、可靠性、差流量集中导致周边网络拥塞，所有查询必须访问远程集中，数据库大量数据难以维护。而采用分布式层次结构可以解决这些问题。
4. 域名系统的主要功能是什么？域名系统中的根服务器和权威服务器有何区别？权威服务器与管辖区有何关系？
域名系统DNS是因特网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字（域名）转换为IP地址。
在域名系统中使用了层次结构的许多域名服务器：根域名服务器、顶级域名服务器、权限域名权服务器和本地域名服务器。其区别如下：
本地域名服务器离用户较近，一般不超过几个路由器的距离。当一个主机发出DNS查询请求时，这个查询请求报文就发送给本地域名服务器。当所要查询的主机也属于同一个本地ISP时，该本地域名服务器立即就能将所查询的主机名转换为它的IP地址，而不需要再去询问其他的域名服务器。
根域名服务器是最高层次的域名服务器，也是最重要的域名服务器。所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和IP地址。不管是哪一个本地域名服务器，若要对因特网上任何一个域名进行解析，只要自己无法解析，就首先求助于根域名服务器。
顶级域名服务器负责管理在该顶级域名服务器注册的所有二级域名。当收到DNS查询请求时，就给出相应的回答（可能是最后的结果，也可能是下一步应当找的域名服务器的IP地址）。
权限域名服务器是负责一个区的域名服务器，用来保存该区中的所有主机的域名到IP地址的映射。当一个权限域名服务器还不能给出最后的查询回答时，就会告诉发出查询请求的DNS客户，下一步应当找哪一个权限域名服务器。
5. 举例说明域名解析过程。域名服务器中的高速缓存的作用是什么？
假设域名为xyz.com的主机A想知道域名为abc.com的另一个主机B的IP地址，
1）主机A先向本地域名服务器dns.xyz.com进行递归查询。
2）本地域名服务器向根域名服务器询问，根域名服务器返回主机B域名所属的顶级域名服务器的顶级域名服务器的IP地址。
3）本地域名服务器向顶级域名服务器发送请求，得到主机B域名所在的权威域名服务器的IP地址。
4）向该权威域名服务器发送请求，得到主机B的IP地址。
高速缓存的作用：用于存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录。提高DNS查询效率，并减轻根域名服务器的负荷和减少因特网上DNS查询报文数量。
6. DNS 有哪两种域名解析方式？简述这两种方式区别和特点。
递归查询：被请求的域名服务器负责域名的解析，当被请求者自己无法解析时代替请求者查询服务器。
迭代查询:被请求的服务器不能解析时仅返回另一个服务器的域名和地址让请求者自己重新查询即回答“我不知道这个名字,请问这个服务器吧～”。
7. 为什么通常从请求主机到本地域名服务器的查询采用的是递归查询而其余的查询采用迭代查询？
从理论上讲任何 DNS 查询既可以采用递归查询也可以采用迭代查询。但由于递归查询对于被查询的域名服务器负担太大而采用迭代查询对请求主机产生的负担太大。通常从请求主机到本地域名服务器的查询是递归查询而其余的查询是迭代查询。
8. 对同一个域名向 DNS 服务器发出好几次的 DNS 请求报文后每一次得到 IP 地址都不一样。这可能吗？
可能。DNS 允许用同一个主机名对应一个 IP 地址集合。DNS 服务器收到该主机名的解析请求时随机或循环返回地址集合中的一个地址。一些热门网站可以利用该服务将网站复制到多个服务器上，这些服务器公用同一个域名从而实现在这些服务器上的负载分配。
9. 根据所学原理你认为部署一个 DNS 权威域名服务器必须做哪些基本配置。
必须做种基本配置具体如下:
(1) 该服务器上配置至少一个根服务器的地址。大部分 DNS 服务器程序在其配置中提供了所有根服务器的完整列表。
(2) 该服务器中要配置所管理的域或者子域及维护的域名信息。
(3) 要在上级域名服务器中将相关子域委托给该服务器管理并记录该服务器的地址。
10. 解释以下名词。各英文缩写词的原文是什么？
WWW：万维网 World Wide Web
URL：统一资源定位符 Uniform Resource Locator
HTTP：超文本传输协议 HyperText Transfer Protocol
HTML：超文本标记语言 HyperText Markup Language
浏览器：浏览器是用来显示在万维网或局域网等内的文字、图像及其他信息的软件
超文本：超文本是用超链接的方法，将各种不同空间的文字信息组织在一起的网状文本。
超媒体：超媒体是超级媒体的缩写。超媒体是一种采用非线性网状结构对块状多媒体信息（包括文本、图像、视频等）进行组织和管理的技术。
超链：每一个万维网站点可存放许多文档，在这些文档中有一些地方的文字是用特殊方式显示的，当我们将鼠标移动到这些地方时鼠标的箭头就变成了一只手的形状，这就表明这些地方有一个链接，这种链接就称为超链。
页面：在WWW环境中，信息以页面信息组织，信息页面由语言来实现，在各个信息页面之间建立超文本链接以便浏览。
动态文档：动态文档是指文档的内容是在浏览器访问服务器时才得以创建。
活动文档：活动文档是指能够提供了一种连续更新屏幕内容的技术,这种技术把创建文档的工作移到浏览器端进行。
11. 假定一个超链从一个万维网文档链接到另一个万维网文档时，由于万维网文档出现了差错而使得超链指向一个无效的计算机名字，这时浏览器将向用户报告什么？
404错误页面
13. 考虑一个电子商务网站需要保留每一个客户的购买记录。描述如何使用 Cookie 机制来完成该功能。
步骤如下：
（1）用户第 1 次访问电子商务网站时服务器在 HTTP 响应报文中的 cookie 首部行中加入一个新产生的用户 ID 并在服务器的后端数据库中建立相应记录。
（2）在用户主机中产生 Cookie 文件由用户浏览器管理。
（3）用户下一次访问时浏览器在其 HTTP 请求报文中的 Cookie 首部行中引用服务器所分配的用户 ID ，用户的购买记录会被记录在后台数据库中。
14. 简述 Web 缓存的作用和工作原理。
Web 缓存器可以减少对客户机请求的响应时间，减小一个机构内部网络与互联网接入链路的通信量。作为代理服务器的另一个作用就是可以用来隔离内外网络。
用户配置浏览器：通过 Web 缓存访问 Web 浏览器发送所有 HTTP 请求到 Web 缓存。若对象在缓存中，缓存返回对象；否则每个缓存器从原始服务器请求对象存储在本地然后返回一个副本给客户机。
16. 试比较万维网静态文档、动态文档和活动文档的区别。
① 静态文档是指该文档创作完毕后就存放在万维网服务器中在被用户浏览的过程中内容不会改变。由于这种文档的内容不会改变因此用户对静态文档的每次读取所得到的返回结果都是相同的。在万维网发展的早期所有的文档都是静态的。然而随着万维网技术的发展越来越多的网页都是动态生成的即动态文档。
② 动态文档是指文档的内容是在浏览器访问万维网服务器时才由应用程序动态创建的其内容通常来源于数据库并根据客户请求报文中的数据动态生成的。当浏览器请求到达时万维网服务器要运行另一个应用程序并把控制转移到此应用程序。接着该应用程序对浏览器发来的数据进行处理并输出HTTP格式的文档万维网服务器把应用程序的输出作为对浏览器的响应。
③ 活动文档是一种能提供页面连续变化而无需不断请求服务器的技术。实际上一个活动文档就是一段程序或嵌入了程序脚本的 HTML 文档。活动文档中的程序可以在浏览器运行从而产生页面的变化(例如弹出下拉菜单或显示动画等)。由于所有的更新工作都由浏览器自己在本地完成无需向服务器不断请求页面因此可以提高应用的响应速度并对网络带宽的要求也不会太高。对于万维网服务器活动文档和静态文档没有什么区别活动文档仅在浏览器一端“活动”。活动文档有时也叫做客户端动态文档。
25. 当我们用浏览器访问某个网站时如果输入的网站地址错误浏览器会立即提示出现了错误为什么我们在发送电子邮件时当收件人地址写错时并不能立即得到错误信息呢？
因为用户代理是先将邮件发送给邮件服务器，邮件服务器再在合适的时候将邮件发送给收件人所在的邮件服务器。当我们用用户代理发送邮件时邮件服务器并不处理邮件中的地址，也发现不了该错误，若邮件地址中的收件人邮箱所在邮件服务器域名错误在发送方邮件服务器发送该邮件时会发现该错误。若邮件地址中是收件人邮箱名错误，则要等该邮件发送到收件人邮箱所在邮件服务器时才可能发送该错误。
26. 用户经常需要在不同的地方和不同的主机上接收和发送电子邮件使用哪种邮件访问方式比较合适。
IMAP 或使用基于万维网的电子邮件。
27. 文件传送协议 FTP 的主要工作过程是怎样的？主进程和从属进程各起什么作用？
FTP 基于客户服务器体系结构。一个 FTP 服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。FTP 的服务器进程由两大部分组成：一个主进程负责接受新的请求另外有若干个从属进程负责处理单个请求。
主进程的工作步骤如下:
(1) 打开熟知端口(端口号为 21)，使客户进程能够连接上。
(2) 等待客户进程发出连接请求。
(3) 启动从属进程，来处理客户进程发来的请求。从属进程对客户进程的请求处理完毕后立即终止，但从属进程在运行期间，根据需要还可能创建其他一些子进程。
(4) 回到等待状态继续接受其他客户进程发来的请求。主进程与从属进程的处理是并发地进行。
28. 某用户利用 FTP 从远程主机下载了 3 个文件在 FTP 客户机和 FTP 服务器之间至少要建立最少几次 TCP 连接？为什么？
4次。FTP 协议分控制连接和数据连接。控制连接一直存在，而每传输一个文件就需要新建一个数据连接。所以至少要创建 4 次 TCP 连接。
29. 假设在因特网上有一台 FTP 服务器其域名为 ftp.jfjlgdx.edu.cn，IP 地址为 FTP 服务器进程在默认端口守候并支持匿名访问(用户名：anonymous，口令：guest)。如果某个用户直接用服务器域名访问该 FTP 服务器并从该服务器下载文件 File1 和File2，请给出 FTP 客户进程与 FTP 服务器进程之间的交互过程。
交互过程大致如下：
(1) 首先要完成对该服务器域名 ftp.jfjlgdx.edu.cn的解析，最终获得该服务器的IP地址。
(2) FTP 的客户进程与服务器进程之间使用 TCP 建立起一条控制连接，并经过它传送包括用户名和密码在内的各种 FTP 命令。
(3) 控制连接建立之后客户进程和服务器进程之间使用 TCP 建立两次数据连接分别完成文件 File1 和 File2 的传输。
(3) 当文件 File1 和 File2 传输完成之后，客户进程与服务器进程分别释放数据连接和控制连接。
30. 如果一台计算机要接入到因特网那么它必须配置哪些协议参数，DHCP 协议的作用是什么？
一台连接到因特网的计算机通常需要配置以下参数:
(1) IP地址；
(2) 子网掩码；
(3) 默认路由器的 IP 地址；
(4) 域名服务器的 IP 地址；
动态主机配置协议 DHCP (DynamicHostConfigurationProtocol) 提供了一种机制称为即插即用连网(plugandplaynetworking)。这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取 IP 地址而不用手工参与。
31. 简述 DHCP 的工作过程。为什么要使用广播？
① DHCP 客户广播，DHCP 服务器发现报文；DHCP 服务器应答 DHCP 提供报文；客户机发送 DHCP 请求报文，服务器应答 DHCP 确认报文。
② 使用广播发送 DHCP 服务器发现报文，是因为客户不知道服务器的IP地址，但又想与之通信。
34. 在 P2P 对等方中搜索文件的方式主要有哪几种，简述各自的优缺点。
集中式目录、洪泛查询和 DHT。集中式目录方式的优点是简单高效，缺点主要是单点故障、性能瓶颈。洪泛查询方式的优点是完全分布无单点故障的问题，但缺点是查询流量大可扩展性差洪泛查询范围受限。DHT 的优点是对精确查询高效、可靠、可扩展性好，但缺点是结构维护机制比较复杂，当结点频繁加入或退出会导致较高的维护代价难以实现基于内容的模糊查询。
35. 考虑一个 5 位 ID 空间的 Chord 覆盖网络该覆盖网络有结点 1,4,7,12,15,20,27。假设结点 1 要查找对象 16，请写出查找步骤并给出相关结点的索引表。
查找步骤：1 -> 12 -> 15 -> 20
结点 1 的索引表：4,4,7,12,20；
结点 2 的索引表：15,15,20,20,1;
结点 15 的索引表：20,20,20,27,1；
结点 20 的索引表：27,27,27,1,4。
36. 常用的多媒体应用（流式存储音频视频、流式实况音频视频和实时交互音频视频）都各有何特点。
流式存储音频视频是一些经过压缩，并存储在服务器中的文件客户端，可以通过互联网边下载边播放这些文件，也就是我们有时所说的音频视频点播。所谓 “流式” 是指可以在下载文件的同时连续播放该文件。流式音频视频又称为流媒体。流式实况音频视频(又称为音频视频直播)类似于传统的广播电台和电视台播放的音频和视频节目，区别在于它们是通过互联网来传输的。这样的应用主要包括互联网广播电台和互联网电视。实时交互音频视频这类应用，允许人们相互之间使用音频视频进行实时的交互。典型的实例是互联网电话和互联网视频会议。
37. 试简述 RTP 协议和 SIP 协议的要点。
实时传输协议 RTP (Realtime Transport Protocol) 用于传输多种格式的多媒体数据。RTP 协议分组封装在 UDP 报文中进行传输并提供序号、时间戳等机制。在 UDP 之上为实时多媒体网络应用提供端到端的传输服务。会话发起协议 SIP(SessionInitiationProtocol) 是一个由 IETF 制定的一套较为简单且实用的实时交互协议能够用来定位用户、建立、管理和终止多媒体会话(呼叫)支持双方、多方或多播会话，但并不强制使用特定的编解码器和多媒体传输协议。在万维网中寻找两个流式存储音频或视频网站。
38. 在万维网中寻找两个流式储存音频或视频网站。用 Wireshark 软件分析：
(1) 该站点是否使用了元文件
(2) 音频视频是利用 UDP 还是 TCP 进行传输的
(3) 是否使用了 RTP
(4) 是否使用了 RTSP
略
39. TCP 接收缓冲区和媒体播放器的播放缓冲区在作用上有什么区别?
TCP 接收缓冲区用来存放已正确接收，但接收方还来不及读取的数据或者未按序到达还不能提交给上层应用的数据。主要是用来匹配收发双方的速度的。而媒体播放器的播放缓冲区，是用来延迟播放的将不等时到达的数据通过缓存后，再以恒定速率按顺序将这些分组的数据进行播放。
40. RTP 协议能否为应用层提供可靠传输服务，请说明理由。
不能。RTP底层采用提供不可靠传输服务的 UDP 并且 RTP 本身也没有确认和差错恢复机制。
41. 在 RTP 分组首部中为什么要使用序号、时间戳？
接收方可以通过序号检测是否丢失了分组，然后通过丢失分组恢复技术重构丢失的数据，以实现数据播放的连续性。要注意的是 RTP 本身并不提供修复数据丢失的任何措施，而只是把数据丢失的信息提供给媒体应用，并由应用来决定如何处理。接收方使用时间戳来消除网络中引入的分组时延抖动，使接收方能够以恒定速率播放媒体。时间戳还可用于视频应用中声音和图像的同步。
42. 试比较 CDN 与 Web 缓存的相似之处和区别。
都是将内容复制到与用户距离较近的地方，从而避免了大量重复数据的远程传输，大大改善整个系统的传输时延和网络流量。但 CDN 是主动将内容推送到用户附近，而 Web 缓存是其他用户访问时缓存到用户附近。另外在 CDN 中用户是先直接访问原始服务器，然后被重定向到副本结点，而使用 Web 缓存时用户是先访问缓存，如果缓存没有缓存再到原始服务器获取内容。
43. 请说明 IP 多播和应用层多播的区别。为什么目前流式实况频视频应用多采用应用层多播技术来实现？
IP 多播是通过多播路由器实现分组的复制和转发，而应用层多播的基本思想，是把对多播数据的路由选择、复制和转发任务，交给位于网络边缘的多播组成员主机来完成，而不是由网络核心的路由器来直接处理多播数据。成员主机之间的数据传输依然采用的是 IP 单播。IP 多播的效率要比 P2P 应用层多播的效率要高，但广泛应用 IP 多播的前提是所有路由器都要具有复杂的 IP 多播功能。这势必增加路由器的负担和实现的复杂性因此 IP 多播并没有得到很好发展和广泛使用。事实上把过于复杂的功能引入到网络层就违反了因特网设计的“端到端原则”，而应用层多播正是将复杂的功能放在了位于网络边缘的端系统上。
44. 在 SIP 协议中 SIP 注册服务器的作用是什么？
由于在 SIP 中用户呼叫对方的 SIP 地址不一定是 IP 地址，但实际通信是需要对方的 IP 地址。SIP 的注册服务器和 DNS 服务器非常类似：DNS 服务器把主机名解析成 IP 地址而 SIP 注册服务器把 SIP 地址转换成 IP 地址。用户在任何时候使用 SIP 时，都应向注册服务器报告现在使用的 IP 地址。当主叫方需要和该被叫方通信时通过注册服务器查找注册的被叫方的 IP 地址。
45. 考察 6.10.2 节中 TCP 服务器代码的第28、29行。如果客户端发送一个比较长的字符串(例如字节)如何修改这两行代码才能正确接收完客户端发送的字符串并说明原因。
扩大 buf，并循环调用 recv 进行接收数据直到返回值小于等于0，代码略。
注意: TCP 的发送方由于流量控制和拥塞控制或将数据分多次发送过来，同时 5000 字节也大于以太网的最大帧长了。
46. 判断正误:
(1) 在浏览器和 Web 服务器之间使用流水线方式的持久连接的话，一个 TCP 报文段可能携带两个不同的 HTTP 服务请求报文。
(2) 高质量视频传输属于能容忍数据丢失的网络应用。
(3) 假设用户请求由某些文本和两幅图片组成的 Web 页面(不使用内含图像文档)。对于这个页面浏览器将会发送一个请求报文并接收三个响应报文。
(4) 由于 P2P 文件共享系统采用的是对等体系结构，因此在该系统中的一次通信会话中不存在客户机进程和服务器进程的概念。
(5) 全球目前有十几个根域名服务器，世界上任何一个联网计算机的域名都可以在其中至少一个根域名服务器的数据库中直接查询得到。
(6) 两个不同的 Web 页面 (例如 www.mit.edu/research.html及 www.mit.edu/students.html) 可能通过同一个持久连接发送。
(1) √ (2) √ (3) × (4) × (5) × (6) √
