HTTP-点开浏览器输入网址背后发生的那点事

 

前言

Internet最早来源于美国国防部ARPANet，1969年投入运行，到现在已有很长一段路了，各位想要了解发展史可以百度下，这里就不多说了。

现如今当我们想要获取一些资料，首先是打开某个浏览器，在地址栏输入地址，想要的信息出现在你的面前。

大家有没有想过输入地址就能返回给你想要的信息是怎么实现的呢？

下面就来简单说下它的实现流程，不过在这之前先来了解下HTTP基本概念如下

HTTP基本概念

在这引用http://www.zsythink.net/archives/76

这是一篇为初学者准备的文章，所以作者会尽量从基础出发，尽量细致的描述每一个细节，以求让初学者不会一头雾水，有一定基础的同学就不用看了，以免浪费你的时间。

 

假设博主今天春心荡漾，想要访问一些不可描述的小网站，于是，博主悄悄的打开了浏览器，在浏览器的地址栏中输入了一个小网站的网址，

此处假设这个小网站的网址为 www.zsythink.net ，当博主输入了这个网址以后，浏览器中就显示了博主想要看到的内容，整个过程如下图所示。

  

那么，浏览器返回给我们的内容是怎么产生的呢？

这些内容肯定不是凭空产生的，而是有人为我们准备了这些内容，当我们在浏览器的地址栏中输入网址以后，

这些提前准备好的内容即可返回到浏览器中，以便有需要的人能够查看到这些内容，

而查看这些内容的人就是我们平常所说的"客户"，客户往往会通过"客户端程序"去请求、查看这些内容，

我们最常使用的客户端程序就是浏览器了，所以，在之后的http相关的文章中，

如果没有特别说明，我们所说的"客户端"就是指"浏览器"，我们使用客户端去查看我们想要的内容，

而提供内容的一端被称为"服务端"，当作为客户时，我们需要在电脑上安装客户端软件（即浏览器），

通过客户端软件查看我们想要的内容，而作为提供内容的人，也需要在服务端的计算机上安装对应的软件，

才能为我们提供服务，而服务端的计算机就是我们常说的"服务器"，安装在服务器上的、为我们提供内容的软件被称之为"web服务器软件"。

 

所以，综上所述，我们可以了解到如下名词

注：如下名词的解释均针对http而言，在后面的文章中我们会解释什么是http，此处不用纠结

客户端：客户端通常是指浏览器，比如谷歌浏览器、火狐浏览器、IE等，浏览器安装在客户使用的电脑上，所以，在描述http时，客户端通常也代指那些安装了浏览器的电脑。

服务端：服务端通常是指那些安装了"web服务软件"的计算机，这些服务端的计算机被称为服务器。

 

没错，聪明如你一定想到了，说白了，客户端与服务端就是两台电脑，分别安装了不同的软件，服务端提供内容，客户端查看内容。

 

所以，当我们访问网页时，大致的过程如下图所示。

 

 

客户端与服务端既然能够通讯，那么证明它们之间一定是通过某种方法进行沟通的，就像你我之间能够进行沟通一样。

举例说明

你和我都说汉语，所以，当我说"苹果"这个词的时候，你就会想到一种水果，或者想到一个手机品牌，

但是当我对一个美国人说"苹果"两个字时，他可能并不能理解我在说什么，因为他可能听不懂汉语，

如果我想要对他表达"苹果"这个词，我需要说"Apple"，他才会明白我说的是什么，当我跟你聊天时，我们都说汉语，

当两个美国人聊天时，他们都说英语，这样，才能有效的沟通，总之，如果想要能够顺畅的沟通，

沟通双方都必须遵守相同的协议，我们可以把汉语理解成一种协议，把英语也理解成一种协议，

只要沟通双方都遵守相同的协议，双方就能够顺畅的沟通，只要沟通双方都遵守相同的协议，双方就能够理解对方想要做什么。

当然，之所以拿汉语、英语举例，是为了让初学者能够更加容易的理解"协议"这个词，但是请不要错误的以为"协议"就是"语言"，

之所以拿语言举例，是为了方便理解，说白了，"协议"可以理解为某种规则或者某种约定，

只要大家都严格按照这种约定行事，世界就会正常的运转，比如"红灯停，绿灯行"也可以理解为一种协议，

比如在马路上都要靠右行驶（在中国）,也是一种协议，比如在小饭馆，你给老板人民币，老板给你对应的餐食，

也是一种协议，"协议"的概念稍微有一些抽象，稍微有一些宽泛，此处大概有一个印象即可，在学习的过程中，我们自己就会慢慢的理解它了。

 

客户端与服务端之间，也需要遵守某些相同的协议，才能够顺畅的通讯，细心如你一定注意到了，我说的是"某些"协议，也就是说，双方要遵守的协议不止有一种，它们需要同时遵守多种协议，才能够正常的完成整个通讯过程。

 

比如http协议，刚才已经说过，不同的"层面"中，需要使用不同的协议，http协议就是应用层的一种协议，http协议是什么意思呢？

http是HyperText Transfer Protocol的缩写，HyperText Transfer Protocol译为"超文本传输协议"。

从字面上理解，这种协议是用来传输"超文本"的，我们可以暂且粗暴的将"超文本"理解成我们所谓的"网页"（这样并不准确，但是方便理解），那么，我们可以将http协议理解为一种"网页传输协议"。

…

…

一次完整的HTTP请求过程

web服务请求处理步骤

HTTP服务通信过程

人性化HTTP请求相应图

图片来自：理解Http请求与响应

大致如下

域名解析 --> TCP3次握手 --> 发起http请求 --> 服务器响应http请求并传输数据 –>  浏览器解析并渲染呈现给用户 –> TCP4次挥手

域名解析

当用户在浏览器输入https://www.cnblogs.com/时，浏览器会对此域名或主机进行解析，得到对应的IP地址，那么它时怎么进行域名解析的呢？

1、首先先去本机hosts文件查找此FQDN没有没定义的指向所在的IP地址条目，如果找到，就结束解析

2、如果没有找到，回去浏览器器本身DNS缓存里去寻找，找打结束解析

3、没有找到，会去本机配置的首选DNS服务器查询，一般这是三大运营商提供的，通过UTP53端口发起请求，这个请求是递归查询，DNS服务器收到请求后，会查询自身缓存，找到条目并且没有过期，就返回给用户，结束解析。如果没有找到，它会去找根服务器，全球13个根服务器（根服务器地址本机DNS服务器内置），询问根服务器（你知不知道一个域名叫“www.cnblogs.com”的IP地址)，根回复说，(我不知道此域名的IP地址，但我知道com域的IP地址，你去询问它吧)，于是运行商提供的DNS服务器就去询问com这个域，（你知不知道一个叫“www.cnblogs.com”域名IP地址），com域回答你说，（我不知道此域名的IP地址，但我知道“cnblogs.com域的IP地址，你去问他吧“），这是运行商DNS服务器，对cnblogs.com域发起请求询问，（你知不知道一个叫”www.cnblogs.com“域的IP地址，它一查，发现此域，就是它负责的，就会对你说，此域是我负责的，它的IP是X.X.X.X这时运行商DNS服务器拿到地址，就会返回客户主机内核，内核再返回给浏览器，到此解析结束，进行下一步。

当然这里面还要涉及到IP –> MAC（物理地址）的解析

TCP3次握手

浏览器拿到域名对应的IP后，会拿一个随机端口向WEB服务程序80端口发起TCP请求链接

备注：

SYN(synchronous建立联机)

ACK(acknowledgement 确认)

PSH(push传送)

FIN(finish结束)

RST(reset重置)

URG(urgent紧急)

Sequence number(顺序号码)

Acknowledge number(确认号码)

举例

A : 你好我是A，你能听得到我说话吗？

B : 听到了，我是B，你能听到我说话吗？

A : 可以，听到了

好建立连接，开始聊天！

过程

第一次握手：建立连接，客户端将SYN标记为1，seq标记为x，并将SYN包发送到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次握手：服务器收到SYN，知道客户端要建立链接，同时向客户端也发送一个SYN包（SYN=1）和一个ACK包(ACK=1)，随机产生一个数seq=y，ack=x+1（客户端的seq值x加1），来确认客户端的SYN，并进入SYN_RECV；

第三次握手：客户端收到服务器发来的SYN+ACK后，确认ack值，并回复服务器端一个ACK确认，发送完毕后，双方进入ESTABLISHED状态。

三次握手成功后，开始传输数据。

一个完整的三次握手也就是 请求---应答---再次确认

链接建立成功后，就要开始下一步，传输数据

 

HTTP请求相应处理

1、建立TCP连接：

接收或拒绝连接请求

发送请求报文

2、接收请求：

接收客户端发来的请求报文中的信息对某资源的一次请求的过程

Web访问响应模型（Web I/O）

1）单进程I/O模型：

启动一个进程处理用户请求，而且一次只处理一个，多个请求被串行响应

2）多进程I/O模型：

并行启动多个进程,每个进程响应一个连接请求

3）复用I/O结构：

启动一个进程，同时响应N个连接请求

实现方法：    多线程模型和事件驱动

      多线程模型： 一个进程生成N个线程，每线程响应一个连接请求

      事件驱动：    一个进程处理N个请求

4）复用的多进程I/O模型：

启动M个进程，每个进程响应N个连接请求，同时接收M*N个请求

3、处理请求：

服务器对请求报文进行解析，并获取请求的资源及请求方法等相关信息，根据方法，资源，首部和可选的主体部分对请求进行处理

HTTP常用请求方式，Method
GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、TRACE、OPTIONS

4、访问资源：

服务器获取请求报文中请求的资源web服务器，即存放了web资源的服务器，负责向请求者提供对方请求的静态资源，或动态运行后生成的资源

资源放在服务端特定的目录下

备注：通过MAC地址和端口号确定具体的应用程序

5、构建响应报文：

一旦Web服务器识别除了资源，就执行请求方法中描述的动作，并返回响应报文。响应报文中 包含有响应状态码、响应首部，如果生成了响应主体的话，还包括响应主体

6、发送响应报文

向客户端回复报文

7、记录日志：

最后，当事务结束时，Web服务器会在日志文件中添加一个条目，来描述已执行的事务

备注：这中间还要涉及到https的建立过程

数据传输完毕就要断开链接了

四次挥手

如图

备注：

数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

过程

1. 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2. 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3. 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4. 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5. 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过（最长报文段寿命）的时间后当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6. 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

 

问题1-为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：

因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，

SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，

所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，

我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

问题2-为什么要三次握手

答：

为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误。

 

网上转载的例子不错：

三次握手：

A:“喂，你听得到吗？”A->SYN_SEND

B:“我听得到呀，你听得到我吗？”应答与请求同时发出 B->SYN_RCVD | A->ESTABLISHED

A:“我能听到你，今天balabala……”B->ESTABLISHED

四次挥手：

A:“喂，我不说了。”A->FIN_WAIT1

B:“我知道了。等下，上一句还没说完。Balabala…..”B->CLOSE_WAIT | A->FIN_WAIT2

B:”好了，说完了，我也不说了。”B->LAST_ACK

A:”我知道了。”A->TIME_WAIT | B->CLOSED

A等待2MSL,保证B收到了消息,否则重说一次”我知道了”,A->CLOSED

 

参考链接

1、http://www.zsythink.net/archives/76

2、https://blog.csdn.net/qzcsu/article/details/72861891

3、https://zhuanlan.zhihu.com/p/21940234

4、https://www.jianshu.com/p/c1d6a294d3c0?from=jiantop.com

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