《网络是怎样连接的》之 web浏览器的探索

文章目录

1.生成HTTP请求消息

首先，这张图特别重要，这把网络整个的连接过程表示出来了，整个过程讲述的是在浏览器输入网址（url）之后，web浏览器解析网址信息，生成http请求消息，然后先把web服务器的IP地址找到，然后才能将http请求消息发送给web服务器，然后web服务器响应，并返回相应的操作，这就是这章的大体介绍。

1.1探索之旅从输入网址开始

首先探索之旅从输入网址开始，网址准确的来说叫做url(也叫统一资源定位符)，

这里以输入淘宝的网址为例子，www前面有https://这个表示超文本传输协议 访问web服务器的时候就用http:

还有访问ftp服务器的时候前面就是ftp(表示文件的上传和下载)

还有读取客户端计算机本地文件时候就可以用file，这个也比较常见。

1.2浏览器先解析url

首先第一步已经将URL输入浏览器，浏览器不能直接将这段URL发送给web服务器，需要先用web浏览器将其解析最终生成web服务器能读懂的消息(后面的生成HTTP的消息)。先解析URL的结构和含义

1.3 HTTP的基本思路

HTTP协议定义的客户端(web浏览器)和web服务器之间的访问的消息内容和步骤，首先客户端向web服务器发送请求消息，消息内容也就是 “对什么”–URI,这里的URI也就是存放网页文件或者程序的文件名，比如1.2图中的c的/dir/file1.html，也就是定位资源的位置。“进行什么样的操作”–操作方法，操作方法也就是需要web服务器完成什么样的工作，主要就是get和post方法，get方法：当我们访问web服务器获取网页数据的时候使用的方法。****post方法也就是提交表单数据到web服务器的时候，比方说就是淘宝买东西提交信息的时候，还有就是使用post方法的时候，URI会指向web服务器中一个应用程序的文件名，在请求消息中，post方法不光只将方法和URI发送给web服务器，还要将提交的数据一起交给web服务器。

1.4 生成HTTP请求消息

现在咱们回到1.2，web浏览器解析URL之后，现在就会正式生成需要发送给web服务器的请求消息。具体请求消息的内容及其格式如下图所示

需要注意的就是get方法的时候，请求消息的消息体中没有任何信息。但是如果是post方法的话，就需要将表单中的信息全部填写在消息体中。

1.5 发送请求消息后会收到响应

当web服务器收到请求消息的时候，就会响应该消息，响应消息的第一行会有状态码，状态码可以知道执行的结果

状态码的类型，这里最常见的就是404错误，也就是客户端方向的问题

还有需要注意的点就是，每条请求消息中只能写一个URI，这里所显示出来的网页信息可能嵌套着图片，这张图片又得单独发送一个请求消息。

2.向DNS服务器查询web服务器的IP地址

2.1 IP地址的基本常识

生成HTTP消息之后，需要委托操作系统将消息发送给web服务器，因为web浏览器不具有将信息发送到网络的功能。 在进行这个操作之前，因为委托操作系统发送消息的时候，必须提供通信对象的IP地址，所以需要查询到web服务器的IP地址，才能将消息发送到web服务器。
互联网和公司内部的局域网都是通过TCP/IP的思路进行设计的，下面我们来看这种思路设计的网络图

这种设计模式，也就是将若干个子网通过路由器相连接，从而形成一个比较大的网络，每个子网中包括集线器和若干台计算机相连接，网络中所有设备都会分配一个IP地址，这种地址将相当于宿舍楼，比方我在5楼21号房间，也就是说子网就相当于五楼，房间号就是分配给计算机的，房间地址的整体就是所谓的IP地址，一个设备只有一个IP地址。
IP地址就是一串32比特位的数字，分为四组，IP地址的组成包括网络号和主机号，无固定规律，可以自行分配。

2.2 通过解析器向DNS服务器发出查询

计算机可以向DNS服务器发送查询消息，也就是说计算机中必然存在DNS客户端，而计算机中相当于DNS客户端的就是DNS解析器，DNS解析器存在于操作系统中的socket库中，socket库是调用网络功能程序组件的集合。其中包含的组件可以给其他应用程序调用操作系统的网络功能。
如下图所示，gethostbyname就是DNS解析器的程序名，后面括号里面就是需要解析的web服务器名。具体的解析过程看下面2.4的内容

2.3 解析器的内部原理

操作系统中的协议栈–操作系统内部的网络控制软件，“协议驱动”“TCP/IP驱动”
操作系统内部的协议栈向DNS服务器发送消息也需要知道DNS服务器的IP地址，DNS服务器的IP地址作为TCP/IP项目优先在计算机中设置好的。

3.全世界DNS服务器的大接力

3.1 DNS服务器的基本工作

前面咱们说了DNS服务器的作用就是接收客户端的查询消息，然后根据消息返回响应。
客户端的响应消息包括以下三种信息

• 域名
• class（用来识别网络中的信息，class值永远代表的是互联网的IN ）
• 记录类型（当类型为A时，对应的就是IP地址，当类型为MX时域名表现的就是邮件服务器，不同类型的表示的信息不一样）

DNS服务器会从域名与IP地址的对应表中查找相关数据，而且DNS服务器会根据域名的层次分为很多个，以方便查找，具体3.3会讲如何查找获取IP地址。

3.2 域名的层次结构

互联网中只有一台DNS服务器是不可能的，整个互联网有特别多的服务器，想要将这些服务器对应的IP保存就会需要很多的DNS服务器来帮忙。
DNS服务器中的所有信息都是根据域名的层次结构来划分的，层次结构能让我们更好的保存并查询IP，很好的提高了查询的效率。
DNS中的域名都是用点号来隔断的，比方说www.csdn.com,点号分隔出不同的层级，在域名中越靠右边级别越高，拿学校比方，com就是学校，然后csdn就是某一学院，www就是csdn的www，层级相当于专业。就是按照这种层次结构将域名信息放入DNS服务器中。每一个层级也就域
一个域的信息只能存入一个DNS服务器，但是一个DNS服务器中可以存放多个域。这里为了方便理解，假设一台服务器只能存放一个域。那么就是每个域存入一个DNS服务器中，com存入一个DNS服务器，csdn存入一个DNS服务器，www存入一个DNS服务器

3.3 寻找相应的DNS服务器并获取IP地址

互联网中有上万台DNS服务器，不可能一台一台的去找，DNS服务器之间肯定有对应连接的关系。
具体方法也就是负责管理下级域的IP地址存入上级域中，也就是就csdn.com这个域DNS服务器的IP地址注册到com域的DNS服务器中，这样就可以通过上级DNS服务器查询DNS服务器的IP，也可以向下级DNS服务器发送查询消息。
像com/cn这种域并不是顶级域，也就是说还有比com这种级别还高的域，也就是根域，其实www.csdn.com的全称是www.csdn.com.这儿还有一个点，这个点就代表是根域，根域的DNS服务器里面保存这com/cn这种域的DNS服务器的IP。
这就是客户端查询IP的全过程

补充：分配给根域的DNS服务器的IP全世界就13个，IP是13个，但是对应的DNS服务器还是挺多的。实际上根域DNS服务器的相关信息已经包含在DNS服务器程序的配置文件中。只要安装了DNS服务器程序，这些都会自动配置。

3.4 通过缓存加快DNS服务器的响应

DNS服务器有一个缓存功能，不是每次都需要从根域开始查找，DNS服务器有缓存功能，如果之前查过，需要再次查找信息就可以从缓存中找到对应的信息，提高了效率但是呢，缓存会有一个有效期，时间到了，DNS服务器就会i自动将数据删除。而且在对查询响应的时候，DNS服务器会告诉客户端返回的是来自缓存还是该域名的DNS服务器。

注：通过DNS服务器查询IP的操作也适合所有的应用程序

4.委托操作系统的协议栈发送消息

4.1 数据收发

现在知道了IP地址，web浏览器就可以向web服务器发送消息了，现在内容就是数据的接收and发送。要发送给web服务器的是HTTP消息(是一种数字信息)，可以委托操作系统的协议栈来发送信息。 这个过程需要调用socket库中的多个组件，跟查询IP不一样，查询IP只需要调用一个程序组件就ok，发送消息的过程复杂得多，所以需要多个组件来进行操作。
过程就是向操作系统的协议栈发出委托，然后按照指定顺序调用socket库中的程序组件。
那么操作系统的协议栈如何与web服务器进行连接从而传递信息呢？
简单来说，也就是两个设备连接了一个数据管道，数据沿着管道流动，数据的流动是双向的。
收发数据的具体过程

• 1.创建套接字
• 2.将管道连接到服务器的套接字上
• 3.收发数据
• 4.断开管道并且删除套接字

浏览器是不会做这些工作的，上面这些工作还是委托的操作系统的协议栈来完成的。具体的操作是调用socket库中的程序组件来完成的。

4.2 创建套接字阶段

客户端创建套接字只需要调用socket里面的程序组件就可以，调用socket后，控制流程会转向socket库内部创建套接字，完成之后交给应用程序，套接字创建完成之后，协议栈会返回一个描述符，用来识别不同的套接字。

4.3 连接管道

连接阶段就是将客户端的套接字和web服务器的套接字连接上，这里调用的是socket库中connect程序组件，调用这个组件的时候，需要注意三个参数就是描述符，服务器IP，端口号。 协议栈会将对象的IP的端口保存在套接字中。
描述符是用来让一台计算机内部识别套接字的机制，端口号就是让通信的另一方来识别套接字的的机制。参数中有IP地址是因为收发操作的时候双方都必须知道对方的IP。
IP和端口号：客户端和服务器用来识别对方的机制
注：web的是80端口；

4.4 通信阶段

将管道连接之后，然后就是进行数据的收发的工作，因为应用程序无法控制套接字，因此还是要通过socket库委托操作系统的协议栈来完成这个操作，这个操作使用的是write组件。调用write的时候需要指定描述符和发送数据(http消息)，然后协议栈就将其发送至web服务器。
接下来就是服务器接收数据的过程，服务器收到信息之后就会像客户端返回响应消息，客户端（浏览器）接收响应消息需要调用socket中的read组件委托协议栈完成，socket调用read先指定一块接收响应消息的接收缓冲区(应用程序内的内存空间)

4.5 断开阶段

当客户端(浏览器)接收完web服务器的响应消息之后就需要断开连接释放资源。
这个过程需要调用socket库中的close组件，然后连接管道的套接字就会断开，套接字本身也就被删除了。
断开的详细过程：web的HTTP协议规定，当web服务器发送完响应消息之后，会主动断开连接，因此web服务器会先调用close，然后当浏览器read完响应消息之后会告诉浏览器连接已经都都断开，浏览器知道后也调用close。
注意：因为HTTP消息每次只能响应单个文档或者图片，这样的话一般网页都会有嵌套多个图片或者文档，每次连接都断开的效率太低了，因此，在HTTP1.1版本中，当所有数据都接收完之后，浏览器再自动断开连接。