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01. 要看到一个网页我们需要什么 我们现在经常使用的网页其实是由三种语言书写而来的HTML、Css 和 JavaScript它们分别负责网页的结构、网页的样式和网页的交互功能浏览器通过解析这些文件将内容展示给使用者这些语言的支持让我们看到纷繁复杂的界面。 大家可能在本地书写过一些界面通过浏览器来查看这些页面的效果但我们在网络上访问到的网页大部分是不会存储在本地的所以要通过网络请求去向有这些网页资源的主机请求这些文件而这个主机就是常说的服务器server而发送请求的就是浏览器浏览器作为客户端client。
这就回答了本章的问题要完整的构建整个页面需要得到 HTML、CSS 和 JS 文件以及一些静态资源比如图片视频等这就是浏览器client要向服务器server请求的内容。
02. 去哪里找到这些资源呢 这些资源是存储在 服务器 的目录中的所以要得到这些资源首先要知道服务器的位置其次是要知道这些资源在服务器的哪个目录中。 那什么承载着这些资源呢 看看现在手上有什么哦只有一个网址那就是它了上面需要的信息就承载在这个长长的URL中了现在来看看它是包含了什么信息 http标识了访问数据使用的协议HTTP 表示超文本传输协议除此之外浏览器还可以使用 HTTPS 安全超文本传输协议Web 服务器即服务器server的地址通常是以域名的方式表示。目录名及文件名资源在服务器的相对路径或者绝对路径需要声明的是这里的服务器指的是服务器 应用程序而不是只运行服务器程序的主机客户端请求的资源就包含在服务器应用程序中。
但当第一次进入网页的时候常常会发现请求网址后面没有目录名和文件名这时候其实访问的就是服务器事先设置好的默认资源比如常见的 index.html 主页。
DNS从域名到 IP 地址
1 为什么需要 DNS 域名是互联网上用于标识和定位特定网络资源的 人类可读 的名称。 域名存在的意义是什么呢来看这样两个内容www.baidu.com 和 39.156.69.79 这两个哪个更容易记忆呢毫无疑问会选择前者比起复杂的数字我们其实更擅长记忆有含义的文字。
域名是由人类可读的字符组成的相比于 IP 地址更容易被用户记忆和使用其次其还具有商业标识价值和网络导航及搜索引擎优化的作用。
但网络中寻址仍然需要IP地址这就需要一个专门保存域名和IP地址映射关系的服务器这其实就是 DNSDomain Name SystemDNS 服务器的架构必然是分布式的否则不可能承受住全世界的并发量这也就导致一个 DNS 服务器不可能记录所有的映射情况。
2 DNS 的解析流程
DNS 中的域名是通过 . 来分割的越靠后的级别越高比如 www.baidu.com 两个句号之间的部分代表一个域zone除去上面的部分还有一个根域下一层 .com 代表顶级域再往是 baidu.com。每一个域都有根服务器的地址因此当查询的时候只要找到任何一台 DNS 服务器就可以直接导航到根域服务器了。 根域服务器和顶级域服务器通常 不直接 提供域名解析的服务而是负责提供它下层的服务器的信息。所以当导航到根域服务器的时候就可以顺藤摸瓜直到找到目标的下层服务器。
下面来展示一下域名解析的流程比如说浏览器要查询一个 www.example.com 的服务器的 IP 地址
客户端先去发送一个 DNS 请求向 本地DNS服务器 来请求解析这个域名比如在家庭网络中路由器就可以提供本地 DNS 的服务。本地 DNS 服务器查找自己的缓存发现没有找到这个地址对应的 IP 地址于是它向根域名服务器发送请求根域名服务器不直接提供域名解析的服务而是起到一个导航的作用将 .com 的顶级域名服务器的地址返回给请求方。请求方拿到这个 IP 地址后再去向顶级域名服务器请求解析顶级域名服务器同样不直接提供域名解析的服务它将example.com权威DNS服务器的地址交给了请求方。这时候请求方再去请求 example.com权威域名服务器根据自己存储的权威数据将 IP 查询的结果返回给客户端。 那是不是每次请求都要来这么一次呢 答案是否定的因为本地DNS服务器通常会维护一个缓存用于存储常用的 域名解析结果。 这样做的目的是为了提高域名解析的速度和效率减少对上游DNS服务器的查询次数从而加快网络访问的响应速度。 当完成域名解析之后我们已经知道服务器的 IP 地址和资源目录可以去请求资源了但为了让服务器能够看懂我们的请求需要做一些提前的规范这就是 HTTP 协议。
03. HTTP应该用什么样的格式请求 HTTPHypertext Transfer Protocol超文本传输协议规范了客户端和服务器之间传输的数据格式和通信方式它定义了一系列规则和约定以确保在互联网上有效地传输和呈现 超文本数据。 方法: 请求的方法常见的方法有 GET、POST、PUT、DELETE 等。请求URI: 请求的统一资源标识符指定了请求的资源。协议版本: HTTP 协议的版本号例如 HTTP/1.1。请求头部字段: 请求头部字段和对应的值用来传递请求的元数据信息如 Host、User-Agent、Content-Type 等。空行: 请求头部和请求体之间的空行。请求正文: 请求的数据内容仅在某些请求方法如 POST中存在。 响应报文的格式和请求报文类似
协议版本: HTTP 协议的版本号例如 HTTP/1.1。状态码: 响应的状态码表示请求处理的结果常见的状态码有 200成功、404未找到、500服务器内部错误等。状态码描述: 状态码对应的描述信息。响应头部字段: 响应头部字段和对应的值用来传递响应的元数据信息如 Content-Type、Content-Length、Cache-Control 等。空行: 响应头部和响应体之间的空行。响应正文: 响应的数据内容通常包含请求的资源或者错误信息等。
HTTP 协议规定了请求报文和响应报文的格式只有发送这样格式的数据才能让对等的协议体看懂发送的信息但是这种复杂的结构不用我们去书写因为浏览器会封装 HTTP 请求报文和解析 HTTP 响应报文使得用户无需手动创建和解析 HTTP 报文。当用户在浏览器中输入网址或点击链接时浏览器会自动发起 HTTP 请求并处理 HTTP 响应然后将响应的内容显示在用户界面上。
通过 HTTP 报文的规范就可以来发送请求给服务器然后接收服务器返回的信息但是本地有这么多进程服务器上也有这么多进程如何保证发出去的信息和返回的信息投到正确的信箱呢
04. TCP端口到端口的服务
1 基本介绍 为了解决进程到进程的问题发送的信息要借助 TCP 的力量了TCP 的报文中封装了源端口号和目的端口号通过这两个字段就可以保证找到需要传递信息的应用。
因为需要 TCP 发送的内容可能很长TCP 会将其分成一段一段的去发送就需要一个 序号 来标识此时发送的是哪份内容同样的当对方收到报文后也要告诉发送方 我收到了哪个字段这就是确认号。
TCP 没有请求和响应报文所以需要一个标识位来标识这次的报文是什么内容例如 SYN 是发起一个连接ACK 是回复RST 是重新连接FIN 是结束连接等。
然后就是接收窗口TCP 一次可以发送多个段而对报文段的处理需要时间没来得及处理完的时间会在缓冲队列中等待但这个队列不是无限大的因此接收方需要告诉发送方自己还剩下多少缓冲区发送方每次发送的数据量不能超过这个缓冲区的大小这就是常说的流量控制。
2 数据拆分 上面提到过当数据过大的时候呀对数据进行拆分这主要是因为在网络中传递是数据长度是有限制的比如在以太网中数据帧的最大长度由最大传输单元来确定。在标准以太网中MTU 的大小为 1500 字节。
而在除了 TCP 的头部往下还会再添加 IP 的头部到最终传输的时候大小一定不能超过这个 MTU而 MTU 减去 TCP 和 IP 头部剩余的大小称为 MSS当应用层传递下来的数据超过了这个大小的时候就必须对其进行切割了。
现在确定了双方主机可以找到对应的投递信箱了接下来就是在茫茫的网络中寻找对方主机在哪。
3 三次握手 在发送数据之前TCP 会进行三次握手来建立两个主机之间的链接状态
客户端发送连接请求客户端首先向服务器发送一个 SYN同步报文段其中设置了一个初始序列号ISN用于标识数据流的起始位置并指明客户端希望建立连接的端口号。服务器确认连接请求服务器收到客户端的 SYN 报文段后会回复一个 SYNACK 报文段其中 SYN 标志位表示同步ACK 标志位表示确认。服务器也会为自己生成一个 ISN并将其发送给客户端同时确认客户端的序列号。客户端确认连接请求客户端收到服务器的 SYNACK 报文段后会发送一个 ACK 报文段作为确认。此时TCP 连接已经建立起来通信双方可以开始进行数据传输。
05. IP主机到主机的服务
1 基本理解 在 IP 的报文中有 源地址和目标地址的 信息这个信息就是上面通过 DNS 解析得到的 IP 地址它从应用层传递下来最终被包含在 IP 的报文中。
2 路由表
根据这些信息就相当于有了目的地但选择哪条路径则需要通过查询 路由表 来得出下面来看一个简单的路由表案例
目标网络子网掩码下一跳网关接口192.168.1.0255.255.255.0-eth0192.168.2.0255.255.255.0192.168.1.1eth110.0.0.0255.0.0.0192.168.1.2eth20.0.0.00.0.0.0192.168.1.254eth3
目标网络指定了数据包要到达的目标网络的 IP 地址。子网掩码确定了目标网络的范围以便匹配目标网络。通过和目标网络进行逻辑与操作可以提取出目标网络的网络号。下一跳网关当数据包要发送到目标网络时指定了数据包应该经过的下一跳路由器的 IP 地址。如果下一跳网关为 “-”表示目标网络就在本地网络中不需要经过路由器。接口指定了数据包应该从哪个网络接口发送出去。当下一跳网关为 “-” 时接口通常会直接指定为本地网络接口。
3 补充子网掩码的案例
假设有一个 IP 地址为 192.168.1.100子网掩码为 255.255.255.0 的网络。
首先让将这两个地址转换为二进制形式 IP 地址11000000.10101000.00000001.01100100子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000 染红可以根据子网掩码来确定这个 IP 地址所在的网络号和主机号在子网掩码中每个 1 位代表网络位每个 0 位代表主机位。 网络位11000000.10101000.00000001主机位01100100 所以这个 IP 地址 192.168.1.100 属于 192.168.1.0 这个网络。 在这个网络中主机号范围是从 00000000 到 11111111即从 0 到 255。因此这个网络可以容纳从 192.168.1.1 到 192.168.1.254 的主机。 继续前面的内容源主机使用自己的 IP 地址和子网掩码进行逻辑与操作计算出主机所在网络的网络号如果目标主机的 IP 地址与计算出的网络号在同一个网络中那么它们就可以直接通信。否则源主机将向路由器发送数据通过路由器转发数据到目标主机所在的网络体现在路由表中就是没有查询到对应的 IP 地址于是通过默认网关将发送请求交给路由器了。
通过不断 查询路由表 和 转发数据包最终可以将数据包送达目标主机所在的子网这时候离着目标的主机已经非常接近了但是这时候突然发现到了子网中IP 地址好像不太好用了因为在局域网中主机之间通信通常是通过 MAC 地址进行的。 在局域网中主机之间可以直接通信不需要经过路由器。而 MAC 地址是用于在同一个局域网中唯一标识每台设备的地址因此主机之间的直接通信适合使用 MAC 地址。 06. 路由器出口和入口 当一台计算机向外网传递数据时数据包通常会首先到达目标主机所在的子网中的路由器。 路由器也是依靠路由表进行转发的操作通过路由器可以实现不同网络之间的连接和通信。路由器是连接不同网络的设备它具有路由功能可以根据目标 IP 地址将数据包从一个网络转发到另一个网络。
源主机发送的信息先会到达子网的路由器通过路径上的路由器不断的查表和数据转发最终到达了目标主机子网的路由器其路由表的使用方式和上面讲到的基本一致。
07. MAC局域网内主机和主机的通信 MAC地址也叫物理地址、硬件地址由网络设备制造商生产时烧录在网卡(Network lnterface Card)的EPROM(一种闪存芯片通常可以通过程序擦写)。IP地址与MAC地址在计算机里都是以二进制表示的IP地址是32位的而MAC地址则是48位的。 MAC地址的长度为48位(6个字节)通常表示为12个16进制数如00-16-EA-AE-3C-40就是一个MAC地址其中前3个字节16进制数00-16-EA代表网络硬件制造商的编号它由IEEE(电气与电子工程师协会)分配而后3个字节16进制数AE-3C-40代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。只要不更改自己的MAC地址MAC地址在世界是唯一的。形象地说MAC地址就如同身份证上的身份证号码具有唯一性。 数据经过长途跋涉终于到达了目标主机的子网它看着手里的 IP 地址和通信需要的 MAC 地址陷入了沉思但是还好有路由器当主机知道目标主机的 IP 地址但不知道其 MAC 地址时它会在局域网中广播一个 ARP 请求请求对应 IP 地址的主机回应其 MAC 地址。 但是每次都要广播去请求 MAC 地址非常麻烦所以和 DNS 解析一样每个主机也会维护一个 MAC 地址的缓存用来直接将 IP 映射成 MAC 地址。 08. 网卡数字信号到电信号
最终交到传输者手中的是一大堆 二进制 数但二进制数是无法直接在链路中进行传递的所以需要将数字信号转到电信号这就网卡的工作。
在数据传输过程中网卡负责封装数据成为数据帧Frame并添加必要的控制信息如 MAC 地址、帧起始符、帧结束符等以确保数据能够在网络上正确传输。 网卡负责将计算机中的数据转换为网络可识别的格式并在计算机和网络设备之间进行数据传输
09. 交换机数据帧的转发 在以太网中数据传输通常会经过交换机。交换机是用于连接多台计算机和其他网络设备的网络设备它负责在局域网中转发数据帧并根据目标 MAC 地址将数据帧传送到目标设备。当一台计算机想要向另一台计算机发送数据时它会将数据封装成数据帧然后通过网络接口发送到交换机。交换机会根据数据帧中的目标 MAC 地址将数据帧转发到与目标设备相连的端口从而实现数据传输。 交换机能够根据数据帧中的目标 MAC 地址将数据包准确地转发到目标主机所在的端口从而实现局域网内部的通信。
交换机中有一个 MAC 地址表这个表中有 MAC 地址和发送端口的信息通过将表中的信息与数据帧中的 MAC 地址的信息做对比可以找到指定的发送端口接着将这个信息发送到与目标设备相连的端口完成通信。
如果地址表中找不到对应的 MAC 地址。在这种情况下交换机无法判断应该把包转发到哪个端口会将包转发到除了源端口之外的所有端口上无论该设备连接在哪个端口上都能收到这个包。如果不需要这个包的主机检查 MAC 地址发现不匹配之后就会直接丢弃这样能保证发送到需要的主机上。
10. 接收数据
通过交换机的传递现在数据终于到达了目标主机目标主机需要的是里面传输的数据所以它会将传递来的头部一点点去掉最终只剩下数据块将这个数据块交给制定的端口这样终于算是完成了一次网络通信。
因为我这里从路由器开始是按照接收方的顺序讲述的是 路由器 交换机 目标主机 的顺序如果是发送方就是 源主机 交换机 目标主机其余大致都是相同的注意一下顺序问题即可。 参考文章 键入网址到网页显示期间发生了什么博主 小林coding HTTP报文格式详解 博主shirley_zx
