位于计算机网络体系结构的最上层，前面四层做的所有事情就是为了他服务，他也是设计和建立计算机网络的最终目的，通俗的讲，就是我们开发的应用软件，就处于这一层。比如，QQ，浏览器访问网页，等等你看得到的应用软件都要使用这一层协议中的某一种，随着信息往下走，会逐渐在数据帧中增加其他层的协议。
应用层
应用层协议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
应用层的应用软件分为两种 客户/服务 和 P2P
应用层协议的分类：
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
域名(DNS)系统
用户在与互联网上的主机通信时，必须知道对方的 IP 地址。但是每个 IP 地址都是由 32 位的二进制组成，即使是十进制的 IP 地址表示形式 ，不好记。所以域名的目的就是将互联网上不好记的主机的IP地址 转化为方便记忆的 域名。互联网中的域名系统 DNS 被设计成一个层次树状结构的联机分布式数据库系统 ，并且采取的是客户服务器的方式。DNS 使大多数名字都在本地进行解析，只有少量的解析需要在互联网通信，因此效率很高。采取分布式的一个好处是，即使单个计算机出了故障，也不会妨碍 DNS 系统的正常运行。
域名到 IP 地址的解析是通过许多分布在互联网上的域名服务器完成的。解析的主要过程如下：当一个主机中的进程需要把域名解析为 IP 地址时，该进程就会调用解析程序，并成为 DNS 的 一个客户，把待解析的域名放在 DNS 的请求报中，以 UDP 用户数据报方式发送给本地域名服务器。本地域名服务器在查找域名后，把对应的 IP 地址放在回答报文中返回。获得 IP 地址的后主机即可进行通信。
传输方式
DNS 可以使用 UDP 或者 TCP 进行传输，使用的端口号都为 53。大多数情况下 DNS 使用 UDP 进行传输，这就要求域名解析器和域名服务器都必须自己处理超时和重传从而保证可靠性。在两种情况下会使用 TCP 进行传输：
- 如果返回的响应超过的 512 字节（UDP 最大只支持 512 字节的数据）。
- 区域传送（区域传送是主域名服务器向辅助域名服务器传送变化的那部分数据）
域名结构
www.baidu.com/ 为例，www 是三级域名，baidu 是二级域名，com 是顶级域名 各级域名之间通过 . 相连。每个互联网上的主机域名都对应一个 IP 地址，并且这个域名在互联网中是唯一的
域名服务器
世界各地很多主机，不可能把所有的 域名->ip地址的映射方式都记录在本地主机。所以需要DNS服务根据域名去获取IP地址。根据域名服务器所起到的作用，可以把域名服务器分为四种不同的类型。
- 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，全球共设有 13 个根域名服务器。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。当其他的域名服务器无法解析域名时，会首先求助于根域名服务器。假如所有的根域名服务器都挂了，那么整个互联网的 DNS 系统就无法工作了，因为采取的分布式结构，所以只要有一台能够正常工作，互联网的 DNS 系统就不会受到影响。
- 顶级域名服务器
- 权限域名服务器
- 本地域名服务器 ： 本地域名服务器(local name server)并不属于上面图示的服务器层次结构，但是它在域名服务系统却发挥着至关重要的作用。当一台主机发出 DNS 查询请求时，这个查询请求报文就会发送给本地域名服务器。每一个互联网提供者，或者一个大学，甚至小到一个学院，都可以拥有一台本地域名服务器，这种域名服务器也被称为默认域名服务器。我们本地网络服务连接的域名服务器指的就是本地域名服务器
域名解析过程
- 迭代查询： 本地域名服务器向根域名服务器的查询方式通常采取迭代查询
- 递归查询：主机向本地域名服务器的查询一般都采用递归查询
DNS缓存记录
为了提高 DNS 的查询效率，减轻根域名服务器的负荷和 DNS 数据报的查询数量，在域名服务器中广泛地使用了高速缓存。高速缓存用来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。不仅在本地域名服务器中有高速缓存，在主机中也有。很多主机在启动的时候从本地域名服务器下载名字和地址的全部数据库，维护存放自己使用的域名的高速缓存，只有在缓存中找不到名字时才使用域名服务器。
文件传送协议
FTP 使用 TCP 进行连接，它需要两个连接来传送一个文件：
- 数据连接：用来传送一个文件数据。
根据数据连接是否是服务器端主动建立，FTP 有主动和被动两种模式：
- 主动模式：服务器端主动建立数据连接，其中服务器端的端口号为 20，客户端的端口号随机，但是必须大于 1024，因为 0~1023 是熟知端口号。
- 被动模式：客户端主动建立数据连接，其中客户端的端口号由客户端自己指定，服务器端的端口号随机。
主动模式要求客户端开放端口号给服务器端，需要去配置客户端的防火墙。被动模式只需要服务器端开放端口号即可，无需客户端配置防火墙。但是被动模式会导致服务器端的安全性减弱，因为开放了过多的端口号。
动态主机配置协议
当某组织获得一块地址后，就可以为本组织内的主机或者路由器分配IP地址。这个分配工作可以由系统管理员手动通过网络管理工具来完成。也可以由动态主机配置协议（Dynamic Host Congfiguration,DHCP）来完成。现在，主机通常是使用DHCP自动获取IP地址。
DHCP 提供了即插即用的连网方式，用户不再需要手动配置 IP 地址等信息。DHCP 配置的内容不仅是 IP 地址，还包括子网掩码、网关 IP 地址。当有一台主机加入时，DHCP服务器从其当前可用的地址池中分配一个任意地址给它；当一台主机离开时，其地址便被收回到这个池中。
DHCP 工作过程如下：
- 客户端发送 Discover 报文，该报文的目的地址为 255.255.255.255:67，源地址为 0.0.0.0:68（因为此时新接入的主机还没有被分配IP地址）被放入 UDP 中，该报文被广播到同一个子网的所有主机上。如果客户端和 DHCP 服务器不在同一个子网，就需要使用中继代理。（中继代理通常是路由器）
- DHCP 服务器收到 Discover 报文之后，发送 Offer 报文给客户端，该报文包含了客户端所需要的信息。因为客户端可能收到多个 DHCP 服务器提供的信息，因此客户端择优选择。
- 如果客户端选择了某个 DHCP 服务器提供的信息，那么就发送 Request 报文给该 DHCP 服务器。
- DHCP 服务器发送 Ack 报文，表示客户端此时可以使用提供给它的信息。
远程登录协议
TELNET 用于登录到远程主机上，并且远程主机上的输出也会返回。TELNET 可以适应许多计算机和操作系统的差异，例如不同操作系统系统的换行符定义。
电子邮件协议
一个电子邮件系统由三部分组成：用户代理、邮件服务器以及邮件协议。邮件协议包含发送协议和读取协议，发送协议常用 SMTP，读取协议常用 POP3 和 IMAP。
SMTP SMTP 只能发送 ASCII 码，而互联网邮件扩充 MIME 可以发送二进制文件。MIME 并没有改动或者取代 SMTP，而是增加邮件主体的结构，定义了非 ASCII 码的编码规则。
POP3 POP3 的特点是只要用户从服务器上读取了邮件，就把该邮件删除。但最新版本的 POP3 可以不删除邮件
IMAP IMAP 协议中客户端和服务器上的邮件保持同步，如果不手动删除邮件，那么服务器上的邮件也不会被删除。IMAP 这种做法可以让用户随时随地去访问服务器上的邮件。
常用端口
| 应用 | 应用层协议 | 端口号 | 传输层协议 | 备注 |
| 域名解析 | DNS | 53 | UDP/TCP | 长度超过 512 字节时使用 TCP |
| 动态主机配置协议 | DHCP | 67/68 | UDP | |
| 简单网络管理协议 | SNMP | 161/162 | UDP | |
| 文件传送协议 | FTP | 20/21 | TCP | 控制连接 21，数据连接 20 |
| 远程终端协议 | TELNET | 23 | TCP | |
| 超文本传送协议 | HTTP | 80 | TCP | |
| 简单邮件传送协议 | SMTP | 25 | TCP | |
| 邮件读取协议 | POP3 | 110 | TCP | |
| 网际报文存取协议 | IMAP | 143 | TCP |
Web 页面请求过程
1. DHCP 配置主机信息
假设主机最开始没有 IP 地址以及其它信息，那么就需要先使用 DHCP 来获取
- 主机生成一个 DHCP 请求报文，并将这个报文放入具有目的端口 67 和源端口 68 的 UDP 报文段中 ；（传输层 UDP）
- 该报文段则被放入在一个具有广播 IP 目的地址(255.255.255.255) 和源 IP 地址（0.0.0.0）的 IP 数据报中。（网络层 IP）
- 该数据报则被放置在 MAC 帧中，该帧具有目的地址 FF:FF:FF:FF:FF:FF，将广播到与交换机连接的所有设备。(数据链路层)
- 连接在交换机的 DHCP 服务器收到广播帧之后，不断地向上分解得到 IP 数据报、UDP 报文段、DHCP 请求报文，之后生成 DHCP ACK 报文，该报文包含以下信息：IP 地址、DNS 服务器的 IP 地址、默认网关路由器的 IP 地址和子网掩码。该报文被放入 UDP 报文段中，UDP 报文段有被放入 IP 数据报中，最后放入 MAC 帧中。
- 该帧的目的地址是请求主机的 MAC 地址，因为交换机具有自学习能力，之前主机发送了广播帧之后就记录了 MAC 地址到其转发接口的交换表项，因此现在交换机就可以直接知道应该向哪个接口发送该帧。
- 主机收到该帧后，不断分解得到 DHCP 报文。之后就配置它的 IP 地址、子网掩码和 DNS 服务器的 IP 地址，并在其 IP 转发表中安装默认网关。
2. ARP 解析 MAC 地址
此时 主机要知道网站域名和IP的对应 就得使用 DNS 协议获取 域名的 IP 地址，本地没有记录时就要用过DNS向外部的DNS服务器获取IP，所以此时要 先 将DNS 报文 通过网关路由器发往外网的DNS服务器，但是 在传输层只知道 网关路由器的 IP 地址，内网中发送报文还需要数据链路层的 MAC地址，DHCP 过程只知道网关路由器的 IP 地址，为了获取网关路由器的 MAC 地址，需要使用 ARP 协议。
在以太网环境下，同一个网段的主机之间需要知道对方的MAC地址，才能进行通信
- 主机生成一个包含目的地址为网关路由器 IP 地址的 ARP 查询报文，将该 ARP 查询报文放入一个具有广播目的地址（FF:FF:FF:FF:FF:FF）的以太网帧中，并向交换机发送该以太网帧，交换机将该帧转发给所有的连接设备，包括网关路由器。
- 网关路由器接收到该帧后，不断向上分解得到 ARP 报文，发现其中的 IP 地址与其接口的 IP 地址匹配，因此就发送一个 ARP 回答报文，包含了它的 MAC 地址，发回给主机。
3.DNS 解析域名
知道了网关路由器的 MAC 地址之后，就可以开始 DNS 的解析过程了。
- 主机生成一个 DNS 查询报文，该报文具有 53 号端口，因为 DNS 服务器的端口号是 53。
- 该 DNS 查询报文被放入目的地址为 DNS 服务器 IP 地址的 IP 数据报中。
- 通过上一步，此时ARP可以直接根据网关路由器地址解析出器MAC地址 ，该 IP 数据报被放入一个以太网帧中，该帧将发送到网关路由器。此时交换机 直接把 该数据包 转给和网关路由器连接的端口。
- 网关路由器接收到包含 DNS 查询报文的以太网帧后，抽取出 IP 数据报，并根据转发表决定该 IP 数据报应该转发的路由器。
- 因为路由器具有内部网关协议（RIP、OSPF）和外部网关协议（BGP）这两种路由选择协议，因此路由表中已经配置了网关路由器到达 DNS 服务器的路由表项。
- 到达 DNS 服务器之后，DNS 服务器抽取出 DNS 查询报文，并在 DNS 数据库中查找待解析的域名。
- 找到 DNS 记录之后，发送 DNS 回答报文，将该回答报文放入 UDP 报文段中，然后放入 IP 数据报中，通过路由器反向转发回网关路由器，并经过以太网交换机到达主机。
4.HTTP请求页面
有了 HTTP 服务器的 IP 地址之后，主机就能够生成 TCP 套接字，该套接字将用于向 Web 服务器发送 HTTP GET 报文。
- 在生成 TCP 套接字之前，必须先与 HTTP 服务器进行三次握手来建立连接。生成一个具有目的端口 80 的 TCP SYN 报文段，并向 HTTP 服务器发送该报文段。
- HTTP 服务器收到该报文段之后，生成 TCP SYN ACK 报文段，发回给主机。
- 连接建立之后，浏览器生成 HTTP GET 报文，并交付给 HTTP 服务器。
- HTTP 服务器从 TCP 套接字读取 HTTP GET 报文，生成一个 HTTP 响应报文，将 Web 页面内容放入报文主体中，发回给主机。
- 浏览器收到 HTTP 响应报文后，抽取出 Web 页面内容，之后进行渲染，显示 Web 页面。