应用层协议小结

之前总结HTTP的时候也顺便总结了DNS的工作原理，这里就不多说了，来看看其他常用的应用层协议吧。
FTP
FTP（文本传输协议）是因特网上使用得最狂饭的文件传送协议。FTP提供交互的访问，允许客户指明文件的类型与格式，并允许文件具有存取权限。它屏蔽了个计算机系统的细节，因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件。

FTP提供的功能：
1）提供不同种类主机系统
2）以用户权限管理的方式提供用户对远程FTP服务器上的文件管理能力
3）以匿名FTP的方式提供公用文件共享能力

FTP采用客户/服务器工作方式，基于TCP可靠的传输服务。一个FTP服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。FTP的服务器进程有两大部分组成：一个主进程，负责接收心得请求；若干从属进程，负责处理单个请求。

FTP工作原理：

在主动模式下，FTP客户端随机开启一个大于1024的端口N向服务器的21号端口发起连接，然后开放N+1号端口进行监听，并向服务器发出PORT N+1命令。服务器接收到命令后，会用其本地的FTP数据端口（通常是20）来连接客户端指定的端口N+1，进行数据传输。

在被动模式下，FTP客户端随机开启一个大于1024的端口N向服务器的21号端口发起连接，同时会开启N+1号端口。然后向服务器发送PASV命令，通知服务器自己处于被动模式。服务器收到命令后，会开放一个大于1024的端口P进行监听，然后用PORT P命令通知客户端，自己的数据端口是P。客户端收到命令后，会通过N+1号端口连接服务器的端口P，然后在两个端口之间进行数据传输。

主动模式的FTP是指服务器主动连接客户端的数据端口，被动模式的FTP是指服务器被动地等待客户端连接自己的数据端口。

被动模式的FTP通常用在处于防火墙之后的FTP客户访问外界FTP服务器的情况，因为在这种情况下，防火墙通常配置为不允许外界访问防火墙之后主机，而只允许由防火墙之后的主机发起的连接请求通过。因此，在这种情况下不能使用主动模式的FTP传输，而被动模式的FTP可以良好的工作。

NOTE：
（1）PORT其实是Standard模式的另一个名字，又称为Active模式。中文意思是“主动模式。
（2）PASV也就是Passive的简写。中文就是“被动模式。

FTP在工作时使用两个并行的TCP连接，一个是控制连接（21端口），一个是数据连接（20端口）。使用两个不同的端口号可使协议更加简单和容易实现。

当NAT(Network Address Translation)设备以主动模式访问FTP服务器时，由于NAT设备不会聪明的变更FTP包中的IP地址，从而导致无法访问服务器。

电子邮件

简单介绍下电子邮件的发送过程：
1）发信人调用用户代理来撰写和编辑要发送的邮件。用户代理用SMTP协议吧邮件传送给发送方邮件服务器。
2）发送方邮件服务器将邮件放入邮件缓存队列中，等待发送。
3）运行在发送方邮件服务器的SMTP客户进程，发现在邮件缓存中有待发送的邮件，就向运行在接收方邮件服务器的SMTP服务器进程发起建立TCP连接。
4）TCP连接建立后，SMTP客户进程开始向远程的SMTP服务器进程发送邮件。当所有的待发送邮件发完了，SMTP就关闭所建立的TCP连接。
5）运行在接收方邮件服务器中的SMTP服务器进程收到邮件后，将邮件放入收信人的用户邮箱中，等待收信人在方便时进行读取。
6）收信人在打算收信时，调用用户代理，使用POP3协议将自己的邮件从接收方邮件服务器的用户邮箱中的取回。

SMTP

SMTP，即简单邮件传送协议，所对应RFC文档为RFC821。同http等多数应用层协议一样，它工作在C/S模式下，用来实现因特网上的邮件传送。基于TCP连接，端口号是25.

SMTP通信（如发送端邮件服务器与接收端服务器的通信）的过程如下。
1)发送端邮件服务器（以下简称客户端）与接收端邮件服务器（以下简称服务器）的25号端口建立TCP连接。
2)客户端向服务器发送各种命令，来请求各种服务（如认证、指定发送人和接收人）。
3) 服务器解析用户的命令，做出相应动作并返回给客户端一个响应。
4)2)和3)交替进行，直到所有邮件都发送完或两者的连接被意外中断。

POP3
基于TCP连接，端口号是110.

用户从邮件服务器上接收邮件的典型通信过程如下。
1)用户运行用户代理（如Foxmail, Outlook Express）。
2)用户代理（以下简称客户端）与邮件服务器（以下简称服务器端）的110端口建立TCP连接。
3)客户端向服务器端发出各种命令，来请求各种服务（如查询邮箱信息，下载某封邮件等）。
4)服务端解析用户的命令，做出相应动作并返回给客户端一个响应。
5)3）和4)交替进行，直到接收完所有邮件转到步骤6)，或两者的连接被意外中断而直接退出。
6)用户代理解析从服务器端获得的邮件，以适当地形式（如可读）的形式呈现给用户。

IGMP

IGMP（Internet Group Management Protocol）作为因特网组管理协议，是TCP/IP 协议族中负责IP 组播成员管理的协议，它用来在IP 主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系。
IP 主机通过发送IGMP 报文宣布加入某组播组；本地组播路由器通过周期性的发送IGMP 报文轮询本地网络上的主机，确定本地组播组成员信息。

工作原理

IGMP 协议是IP 组播在末端网络上使用的主机对路由器的信令机制，分为两个功能部分：主机侧和路由器侧。IGMP 工作机制如下所述：
1） 接收者主机向所在的共享网络报告组成员关系。
2）处于同一网段的所有使能了IGMP 功能的组播路由器选举出一台作为查询器，查询器周期性地向该共享网段发送组成员查询消息。
3） 接收者主机接收到该查询消息后进行响应以报告组成员关系。
4） 网段中的组播路由器依据接收到的响应来刷新组成员的存在信息。如果超时无响应，组播路由器就认为网段中没有该组播组的成员，从而取消相应的组播数据转发。
5） 所有参与组播传输的接收者主机必须应用IGMP 协议。主机可以在任意时间、任意位置、成员总数不受限制地加入或退出组播组。
6）支持组播的路由器不需要也不可能保存所有主机的成员关系，它只是通过IGMP协议了解每个接口连接的网段上是否存在某个组播组的接收者，即组成员。而各主机只需要保存自己加入了哪些组播组。

主机加入组播组的基本过程如下：
1）IGMP 查询器（RouterB）周期性地向共享网段内所有主机以组播方式（目的地址为组播地址）发送普遍组Query 查询消息。该报文的目的地址为224.0.0.1，表示该网段上的所有主机和路由器。
2）网段内所有主机都接收到该普遍组查询消息。如果主机（如HostB 和HostC）希望加入某组播组G1，则以组播方式发送Report 报告。该报文的目的地址为224.0.0.1，报文中携带组播组G1 的地址信息。
3） 网段中所有主机和路由器都接收到该Report 报告，并获知组播组G1 地址信息，此时网段中其它也希望加入该组播组G1 的主机将不再发送针对相同组播组的Report 报告。同时，网段中预备加入另一组播组G2 的主机发送针对组播组G2 的Report 报告以响应普遍组查询消息。
4）经过查询和响应过程后，IGMP 路由器了解到本网段内存在组播组G1 对应的组播组成员，则由组播路由协议生成（*，G1）组播转发项并以此作为组播数据的转发依据。之后，组播路由协议将发起上游路由更新以维护组播转发树。
5）组播源发出的组播数据经过组播路由到达IGMP 路由器，如果IGMP 路由器上存在（*，G1）组播转发项，则转发该组播数据到此共享网段，G1 组播组成员主机接收该数据。
6）IGMPv1 中没有专门定义离开组播组的消息。当主机离开某组播组后，将不再发送以此组播组地址为目的地址的Report 报告。当网段中不再存在该组播组成员后，IGMP 路由器将不能收到任何针对此组播组的Report 报告，则IGMP 路由器删除该组播组对应的转发项。