计网（2）

计网（2）

基础篇

二、从键入网址到网页显示

1. HTTP
   键入网址后，浏览器首先解析URL，获取发送给web服务器的请求信息。
   URL的组成：
   

   例子：https://www.baidu.com：其中www.baidu.com表示百度的服务器。

   web服务器文件路径：
   

   所以URL的本质就是请求服务器里的文件资源。当没有路径名时，就表示访问根目录下事先设置的默认文件：/index.html 或者/default.html。
   对URL解析获取Web服务器和文件名后，根据这些信息生成http请求报文：

   

2. DNS（ip地址查询）
   浏览器解析URL生成HTTP消息后，通过操作系统将消息发送到web服务器。在发送之前。需要查询服务器域名对应的IP地址，如果每次访问需要填写具体的ip地址，难以记忆很不方便（类比手机号），所以我们通常可以将ip地址以及对应服务器保存再“通讯录中”。
   所以，引入了一个专门保存web服务器与IP的对应关系的服务器，即DNS服务器。www.baidu.com 称其为域名，.代表了不同层次之间的界限。在域名中，越靠右的位置表示层级越高。实际上域名最后还有一个. ，比如 www.baidu.com. , 最后这个点代表根域名。所以域名的层级关系类似一个树状结构：

   跟DNS服务器（.）
   顶级域DNS服务器（.com）
   权威DNS服务器(server.com)
   

   根域的DNS服务器信息保存在互联网中所有的DNS服务器中，所以任何DNS服务器都可以找到并访问根域DNS服务器。
   因此，客户端只要能找到任意一台DNS服务器，就可以通过它找到根域服务器，然后在一路顺藤摸瓜根服务器下的目标DNS服务器。
   域名解析的工作流程：
   

   1. 客户端首先发出一个DNS请求，询问本地域名服务器（在TCP/IP配置中指定） www.baidu.com 的IP是什么。
   2. 本地服务器拿到 www.baidu.com 首先查询服务器中的缓存表是否有对应的IP地址，如果有直接返回。如果没有，本地服务器会去问根域名服务器：“老大，www.baidu.com 的ip地址是多少？”
   3. 根服务器不会直接解析www.baidu.com 并存储其IP地址，这样的话根服务器的存储是很大的问题，他会找到顶级域DNS服务器 .com，并将他的ip地址告诉本地服务器：“我给你 .com顶级域名服务器的地址，你去问问他。”
   4. 同样地，顶级域名服务器同样也不会直接存储IP地址，它会将权威DNS服务器的地址（www.server.com） 告诉本地服务器，让他去问他。
   5. 权威域名服务器（域名解析结果的原出处，权威即它旗下的域名它做主）查询后将对应的IP地址告诉本地DNS
   6. 本地DNS再将IP地址返回客户端，客户端与目标建立连接。
      域名解析就像我们生活中问路，这个过程通常只指路不带路。
      不是每次解析域名都要经过这么多步骤！浏览器、操作系统、本地host文件、本地DNS服务器中都有存储IP地址的缓存，如果在缓存中找到了对应的IP地址，都会直接返回。
      在通过DNS找到对应的ip地址后，上文提到操作系统会帮助我们发送请求到web服务器。

3. 协议栈（操作系统发送HTTP的帮手）
   协议栈的内部分为几个部分，分别承担不同的工作。上下关系有一定的规则，上面的部分会向下面的部分委托工作。
   

   应用程序通过Socket库来调用协议栈来工作。在操作系统层面，协议栈的工作主要有两方面：一是负责数据收发的TCP与UDP协议，这俩协议会接受应用层的收发委托操作。二是IP协议控制网络包的收发操作，其中IP协议中包含了ICMP协议和ARP协议。

    ICMP协议：用于告知网络包传输过程中产生的错误以及各种控制信息
    ARP协议：根据IP地址查询对应的以太网MAC地址
   

   实际的收发操作是网线中的信号执行的。
   可以看到协议栈的工作流程严格遵守TCP/IP网络模型的四层结构。

4. TCP——可靠的传输
   HTTP是基于TCP协议传输的。TCP报文头部的格式：
   

   源端口号与目的端口号：指明数据来自谁与数据发给谁
   序号：包的序号，防止包乱序
   确认序列：确认发出去后对方是否收到，如果没有收到就重新发送，直到送达，解决了丢包的问题。
   状态位：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。TCP是面向连接的，因而双方要维护连接的状态，带状态位的包的发送，会引起双方状态的变更。
   窗口大小：用来实现流量控制，通信双发各声明一个窗口（缓存大小），标识自己的处理能能力。“发送的太快，会撑死，发送的太慢，会饿死。”
   TCP还提供拥塞控制，在报文头部没有体现。它是通过发送端和接收端的协议栈维护的状态变量与算法实现。但是要利用报文中的ACK，丢包等信息来实现。
   例子：TCP 序号与确认序列解决乱序与丢包的例子
   🔗 背景
   序号 (SEQ)：表示当前 segment 第一个字节在数据流中的位置
   确认序列 (ACK)：接收方期望收到的下一个字节序号
   正常场景
   客户端发送 3 个 segment，每个 100 字节，初始 SEQ=1000

   1. 发送 Segment1
      SEQ=1000，长度=100
      服务器收到后回复：ACK=1100
   2. 发送 Segment2
      SEQ=1100，长度=100
      服务器收到后回复：ACK=1200
   3. 发送 Segment3
      SEQ=1200，长度=100
      服务器收到后回复：ACK=1300
      乱序场景
      Segment2 先到，Segment1 后到
   4. 发送 Segment2
      SEQ=1100
      服务器期望的是 SEQ=1000，因此缓存 Segment2，回复：ACK=1000
   5. 发送 Segment1
      SEQ=1000
      服务器收到 Segment1 后，可拼接已缓存的 Segment2，回复：ACK=1200
   6. 继续接收后续 Segment3
      丢包场景
      Segment2 丢失
   7. 发送 Segment1
      SEQ=1000，长度=100
      服务器回复：ACK=1100
   8. 发送 Segment2（丢失）
   9. 发送 Segment3
      SEQ=1200
      服务器仍期望 SEQ=1100，回复：ACK=1100
   10. 客户端收到多次重复 ACK=1100，会触发 快速重传，重发 Segment2

   TCP传输数据之前，通过三次握手建立连接（这里的连接通过双方计算机里维护一个状态机实现）。
   

   双发都进行一发一收后就处于 ESTABLISHED（已确立） 状态，所以三次握手的本质就是确保双方都有发送和接受的能能力。

   TCP 分割数据：
   如果HTTP请求消息比较长，超过了MSS长度，这时TCP就需要把HTTP的数据拆解成一块块的数据发送，而不是一次性发送所有数据。
   

   MTU：网络包的最大长度，以太网中一般为1500字节
   MSS：除去IP和TCP头部之后，网络包能容纳的TCP数据的最大长度。
   数据会被以 MSS 的长度为单位进行拆分，拆分出来的每一块数据都会被放进单独的网络包中，也就是每个被拆分的数据加上TCP头信息，然后交给IP模块来发送数据。
   TCP报文的数据部分就是存放HTTP的头部+数据，组装好TCP保温之后，就交给下面的网络层处理。

5. 远程定位——IP
   TCP模块在执行连接、收发、断开等各阶段操作时，都需要委托IP模块将数据封装成网络包发送给通信对象。
   IP 包头格式：
   源地址IP：客户端输出的IP地址
   目标地址：通过DNS域名解析得到的Web服务器IP
   协议号：因为HTTP是经过TCP传输的，所以在IP包头的协议号，要填写为06（十六进制），表示协议为TCP。
   数据：就是TCP报文。
   

   如果客户端有多个网卡，就会有多个IP地址，那IP头部的源地址应该选择哪个IP呢？
   根据路由表规则，判断哪一个网卡作为源地址IP。在 Linux 操作系统中，通过route -n命令查看当前系统路由表。
   例如：
   

   根据上面的路由表，我们假设 Web 服务器的目标地址是 192.168.10.200。

   

   第三条目比较特殊，它目标地址和子网掩码都是 0.0.0.0 ，表示默认网关，如果其他所有条目都无法匹配，就会自动匹配这一行。并且后续就把包发给路由器，Getway即使路由器的IP地址。