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应用层位于TCP/IP最高层，该层的协议主要有以下几种：
（1）远程登录协议（Telnet）。
（2）文件传送协议。
（3）电子邮件传输协议。
（4）域名系统（Domain Name System，DNS）。
（5）简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）。
（6）超文本传送协议。
（7）邮局协议（POP3）。
其中，从网络上下载文件时使用的是FTP协议；上网游览网页时使用的是HTTP协议；在网络上访问一台主机时，通常不直接输入IP地址，而是输入域名，使用的是DNS服务协议，它会将域名解析为IP地址；通过Outlook发送电子邮件时使用的是SMTP协议；接收电子邮件时使用的是POP3协议。
互联网上的主机通过IP地址来标识自己，但由于IP地址是一串数字，用户记这个数字去访问主机比较难记，因此，互联网管理机构又采用了一串英文来标识一个主机，这串英文是有一定规则的，它的专业术语叫域名（Domain Name）。当用户访问一个网站时，既可以输入该网站的IP地址，也可以输入其域名。例如，微软公司的Web服务器的域名是www.microsoft.com，不管用户在浏览器中输入的是www.microsoft.com，还是Web服务器的IP地址，都可以访问其Web网站。
域名由互联网域名与地址管理机构（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers，ICANN）管理，这是为承担域名系统管理、IP地址分配、协议参数配置以及主服务器系统管理等职能而设立的非盈利机构。ICANN为不同的国家或地区设置了相应的顶级域名，这些域名通常都由两个英文字母组成。例如：.uk代表英国、.fr代表法国、.jp代表日本。中国的顶级域名是.cn，.cn下的域名由CNNIC进行管理。
域名只是某个主机的别名，并不是真正的主机地址，主机地址只能是IP地址，为了通过域名来访问主机，就必须实现域名和IP地址之间的转换。这个转换工作就由DNS来完成。DNS是互联网的一项核心服务。它作为可以将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网，而不用去记能够被机器直接读取的IP数字串。一个需要域名解析的用户先将该解析请求发往本地的域名服务器，如果本地的域名服务器能够解析，则直接得到结果，否则本地的域名服务器将向根域名服务器发送请求。依据根域名服务器返回的指针再查询下一层的域名服务器，以此类推，最后得到所要解析域名的IP地址。
网络上的主机通过IP地址来标识自己，方便其他主机上的程序和自己主机上的程序建立通信。但主机上需要通信的程序有很多，那么如何才能找到对方主机上的目的程序呢？IP地址只是用来寻找目的主机的，最终通信还需要找到目的程序。为此，人们提出了端口这个概念，它就是用来标识目的程序的。有了端口，一台拥有IP地址的主机可以提供许多服务，比如Web服务进程用80端口提供Web服务、FTP进程通过21端口提供FTP服务、SMTP进程通过23端口提供SMTP服务等。
如果把IP地址比作一间旅馆的地址，端口就是这家旅馆内某个房间的房号。旅馆的地址只有一个，但房间却有很多个，因此端口也有很多个。端口是通过端口号来标记的，端口号是一个16位的无符号整数，范围是从0到65535（2 16 -1），并且前面1024个端口号是留作操作系统使用，我们自己的应用程序如果要使用端口，通常用1024后面的整数作为端口号。