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应用层根据不同用户的各种需求，向用户提供所需的网络应用程序服务。TCP/IP协议的应用层提供了网上计算机之间的各种应用服务。例如，FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）、DNS（域名系统）等。这些实用程序通过Socket接口与各种应用协议相连接。应用层的网络应用程序（协议）也多种多样，这些应用程序包括以下三类：
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第一类与下一层的UDP相配合，如SNMP（简单网络管理协议），用于管理IP网络的节点，后来也能管理互连的集线器和计算机等设备：RPC（远程过程调用），它以简便的方式支持Internet的客户机—服务器分布式计算模式等等。
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第二类与下一层的TCP相配合，如Telnet（远程登录协议），它是提供远程终端连接服务的标准协议，能使某个用户终端犹如直接连通到一台远程计算机上一样；FTP（文件传输协议），它使一台计算机上的用户能在另一台计算机上取得文件，或者把文件传送给另一台计算机；SMTP（简单邮件传输协议），用于不同计算机之间的电子邮件传输，不过只限于服务器到服务器等。
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第三类与下一层的TCP和UDP都有相互配合关系。例如DNS（域名的命名系统协议），它实际上是为网上主机命名的一组规则。
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远程登录是Internet提供的最基本的信息服务之一，Internet用户的远程登录是在网络通讯Telnet的支持下使自己的计算机暂时成为远程计算机仿真终端的过程。要在远程计算机上登录，首先应给出远程计算机的域名或IP地址，并拥有该远程计算机系统合法的账号和口令。
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应用层是OSI的最高层，这一层的协议都与应用进程间的通信有关。已经定义的OSI应用层协议主要有5种：OSI的电子邮件标准（ISO 10021）叫作MOTIS，它是根据CCITT的X.400建议制定的；OSI的文件传输协议（ISO 8571和ISO 8572）叫作FTAM，这是一个适用于各种文件类型的功能很强的文件访问协议；OSI的目录服务（DS）协议来源于CCITTR X.500系列协议，提供分布式数据库功能；OSI的虚拟终端（VT）协议定义了表示实际终端抽象状态的数据结构，用于解决各种终端不兼容的问题；关于网络管理，OSI指定了公共管理协议（CMIP）和公共管理信息服务（CMIS）。
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