《网络是怎么连接的》第一章

总体示意图

最基本的说，网络是由web服务器和浏览器(客户端) 以及一套安全准确稳定传输服务器和客户端信息的机制组成。浏览器发出请求，通过机制服务器接收到请求，然后处理请求，返回响应通过机制浏览器收到响应，一次网络连接完成。

第一章 浏览器生成请求信息

具体过程：

1. 生成HTTP请求消息

从用户在浏览器中输入URL开始，浏览器解析URL。根据解析URL得到的含义生成请求消息，而生成怎么样的请求消息，则是根据HTTP协议等的原理来确定消息的样子。

2. 向DNS服务器查询Web服务器的IP地址

请求消息生成后，浏览器会委托操作系统向web服务器发送请求，但浏览器需要告诉操作系统接收方的IP地址才行，所以在委托操作系统前浏览器需要先查出web服务器的IP地址。

3. 全世界的DNS服务器大接力

要查询到发送到的web服务器的IP地址，需要全世界的DNS服务器相互接力才能完成IP地址的查询。

4. 委托协议栈发送消息

查询到接收放的IP地址后，浏览器就委托操作系统发送消息。

1.1 生成HTTP请求消息

1.1.1　URL的定义

网络的请求的开始需要通过输入URL开始，所以URL的定义格式是有一定的规则限制的，URL的开头就表明了这次请求所需的服务功能，例如FTP服务上下载文件URL就以FTP开头，访问Web服务器时以HTTP开头等。详细如下图。
这些开头表示了浏览器应当使用的访问方法，可以称之为协议类型。

1.1.2 浏览器先解析URL

浏览器先进行url的解析并根据不同的协议类型，例如最常见的HTTP协议，详细解析过程方式入图。
正如上图所示，浏览器按照这样的规则解析URL。

1.1.3 省略文件名的情况

如 http://www. lab. glasscom. com/dir/ 形式的URL
按照规则，文件名可以省略，那我们怎么确定这个URL要访问的资源呢。一般而言，我们会在服务器上事先设置好文件名省略时要访问的默认文件名，当出现这样情况时，就默认该URL访问默认文件。
如 http://www. lab. glasscom. com/ 或 http://www. lab. glasscom. com
这样的URL，由于第一个只有一个 / 因此我们认为它是访问根目录，由于省略文件所以仍然返回根目录下默认文件。第二个连根目录有都省略了，那我们认为他是访问预先设置的根目录下的默认文件。
http://www. lab. glasscom. com/whatisthis
这样的URL，我们的处理是，如果存在whatisthis 的目录就将它按目录处理，如果是文件，就将它按文件处理。

1.1.4 HTTP 的基本思路

经过URL的解析，可以确定访问的目标和内容，接下来浏览器就可以通过HTTP协议请求web服务器了。我们还需要先了解一下HTTP协议。它定义了客户端和服务器之间交互的消息内容和步骤，基本思路就是首先，客户端会向服务器发送请求消息，请求消息包含的是 对什么 和 进行怎样的操作 两个部分。其中相当于 对什么 的部分称之为URI。一般而言，URI的内容是一个存放网页数据的文件名或是一个CGI程序文件名。总之，各种访问目标统称为URI。
而 进行怎么的操作 相当于方法。方法表示需要让web服务器完成怎么的工作，例如读取URI表示的数据，将客户端输入的数据发送给URI表示的程序等。也就是HTTP提供的GET，POST等方法。HTTP提供多达数种的方法，它们负责不同的功能操作。服务器在收到请求，根据请求进行操作，返回响应。

1.1.5　生成HTTP请求消息

我们确定web服务器和文件名后，就是生成HTTP请求消息了。而HTTP消息在格式上是有严格规定的，所以浏览器需要按照规定的格式生成请求消息。
首先，第一行是请求行。开头是方法，方法指明了web服务器应该进行的操作，方法很多种，我们根据使用的场景不同使用不同的方法。

接着是URI，前面已经说过URI是包含在URL中的，因此只需要将解析出的URI放在首行即可，最后是HTTP版本。
首行之后就是，请求头信息，用来描述更详细的一些信息。如日期、客户端支持的数据类型、语言、压缩格式、客户端和服务器的软件名称和版本、数据有效期和最后更新时间等。详细的请求头信息如下图。

请求头之后就是消息主体了。这里是需要发送到服务器的数据存放处。消息主体之后请求消息就结束了。

1.1.5 发送请求收到响应

请求发送出去之后，一般情况下都会收到服务器响应。响应消息格式和请求消息格式基本一致，首行是状态码和状态短语。状态码向程序告知程序执行的结果，状态短语则是向人们告知程序执行的结果。
同时，HTTP请求一次只能完成一个动作，例如当请求一个网页同时网页内包含图片等资源时，则图片不会随着网页数据一起返回，每张图片都需要单独再次发出请求。

1.2 DNS服务器查询Web服务器IP地址

1.2.1 IP地址的基础知识

生成请求消息之后，接下去需要委托操作系统将消息发送给Web服务器。因为浏览器本身不具有发送消息的功能。它需要委托操作系统发送消息，在此之前，还需要确定web服务器的IP地址，我们直接输入的域名是不能作为接收方的标识的。
IP地址是一串32比特的数字，按照8比特为一组分成4组，分别用十进制表示并用圆点隔开。同时有子网掩码指示IP的主机地址和网络地址。

1.2.2 域名和IP并用的理由

对于我们而言，由于IP地址是一串无规则不连续的数字，不便于记忆，当然直接使用IP地址是完全可以的。但对于用户而言并不友好，那我们直接使用域名，不使用IP地址是否可以呢？理论上也可以，但这样的话对于交换机和路由器而言就增加相当多的负担，这会严重影响速度，所以并不很好。因此，让用户使用域名，路由器等使用IP地址是比较好的选择。

1.2.3 Socket库提供查询IP地址的功能

向DNS服务器发送查询消息，并接受服务器返回的响应消息，这就表示我们的计算机上一定有相应的DNS客户端，而相当于DNS客户端的部分称之为DNS解析器，简称解析器。通过DNS查询IP地址的操作称为域名解析。解析器实际就是一段程序，它包含在系统的Socket库中。
Socket库是用于调用网络功能的程序组件集合。而解析器就是Socket库中的一个程序组件。

1.2.4 通过解析器向DNS服务器发出查询

解析器的使用也很简单。Socket库中都是提供的标准组件，只需从应用程序中调用即可。使用如下图。

1.2.5 解析器内部原理

简而言之，就是应用程序调用第三方库的正常流程。其中的控制流程转移，就是当程序执行到调用函数这一步就当前的函数域就会失效，有效程序域就会跳转到被调用的函数域内。
计算机的内部结构就是这样一层一层的。也就是说，很多程序组成不同的层次，彼此之间分工协作。当接到上层委派的操作时，本层的程序并不会完成所有的工作，而是会完成一部分工作，再将剩下的部分委派到下层来完成。
当然，DNS服务器也是有一个IP地址的，只不过这个IP一般都是我们预先设置好的IP的地址。

1.3　全世界DNS服务器的大接力

1.3.1　DNS服务器的基本工作

前面我们了解了DNS服务器和解析器之间交互的流程，现在我们了解一下DNS服务器的工作，基本工作就是接收客户端的查询消息，根据查询返回相应的响应。其中
来自客户端的查询消息包含以下3种信息。
（a）域名服务器、邮件服务器（邮件地址中@后面的部分）的名称
（b） Class在最早设计DNS方案时，DNS在互联网以外的其他网络中的应用也被考虑到了，而Class就是用来识别网络的信息。不过，如今除了互联网并没有其他的网络了，因此Class的值永远是代表互联网的IN
（c）记录类型表示域名对应何种类型的记录。例如，当类型为A时，表示域名对应的是IP地址；当类型为MX时，表示域名对应的是邮件服务器。对于不同的记录类型，服务器向客户端返回的信息也会不同
详情如下图：

1.3.2　域名的层次结构

域名，以.来分隔开来，每个都代表不同的域，且越靠右的域越高级，越往左的越详细。这样具有层次结构的域名会会被注册在DNS服务器中，而每个域都是作为一个整体来处理的，也就是一个域的信息都会被存放到一台DNS服务器中。我们可以假设一台DNS服务器只存放一个域的消息。这样便于管理且不容易混乱。

1.3.3 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，我们肯定不能一台一台去找。可以使用下面的方法，首先，将负责管理下级域的DNS服务器的IP地址注册到它们的上级DNS服务器中，然后上级DNS服务器的IP地址再注册到更上一级的DNS服务器中，以此类推。也就是说，负责管理lab.glasscom.com这个域的DNS服务器的IP地址需要注册到glasscom.com域的DNS服务器中，而glasscom.com域的DNS服务器的IP地址又需要注册到com域的DNS服务器中。这样，我们就可以通过上级DNS服务器查询出下级DNS服务器的IP地址，也就可以向下级DNS服务器发送查询请求了。

1.3.4 通过缓存加快DNS服务器的响应

有时候并不需要从最上级的根域开始查找，因为DNS服务器有一个缓存功能，可以记住之前查询过的域名。如果要查询的域名和相关信息已经在缓存中，那么就可以直接返回响应，接下来的查询可以从缓存的位置开始向下进行。相比每次都从根域找起来说，缓存可以减少查询所需的时间。并且，当要查询的域名不存在时，“不存在”这一响应结果也会被缓存。这样，当下次查询这个不存在的域名时，也可以快速响应。同时为了保证准确性，DNS服务器会告诉客户端这是缓存中的还是查询中的结果，并且会设置缓存有效期，超过有效期就会删除缓存，重新赋值。