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一、以浏览器的一次请求开始

概述：主要是讲解浏览器 解析网址、生成HTTP请求消息、委托协议栈发送消息等步骤。

当浏览器输入一个地址，会有如下几步：

1. 解析地址，生成请求消息
   1. 如何解析？
   2. 请求消息长什么样？
2. 向DNS服务器查询Web服务器的IP
   1. 获得IP地址是浏览器的职责
   2. 委托操作系统发出请求前，需要提供对方IP
   3. DNS服务器如何得到域名对应IP？
3. 委托协议栈发出请求

解析地址

URL & URI

URL（Uniform Resource Locator）和URI（Uniform Resource Identifier）都是用于标识互联网上资源的标准方法；

URI是一个用于标识某一互联网资源的字符串，URL是URI的子集，提供找到该资源的路径。

URL元素： http: // Web服务器名称 / 目录名 / …… / 文件名

其中目录名、文件名都可以省略，

当文件名被省略时，如https://www.baidu.com/，可以理解为后面的文件名被省略了，服务器会设置一个默认文件名（如index.html)

请求消息

请求行： <方法> <空格> <空格> <HTTP版本>

消息头（可以多行）：<字段名>:<字段值>

<空行>

<消息体>

如果响应里包含图片标签（其他的也一样），会进一步解析，发起更多的请求，并渲染在页面上。

响应消息

这里提一下响应消息

状态行：<HTTP版本><空格><状态码><空格><响应短语>

消息头：<字段名>:<字段值>

<空行>

<消息体>

状态码

• 100 告知请求处理进度和情况，没怎么见过
• 200 成功
• 3xx 需要进一步操作
• 4xx 客户端错误
• 5xx 服务器错误

DNS查询IP

先了解一下TCP/IP的基本思路。

一些小的子网，通过路由器连接起来，组成一个大的网络。

这里子网可以理解为用集线器连接起来的几台计算机，将它看作一个单位，称为子网。

网络中，所有设备都会被分配一个地址，相当于“xx号xx室”，其中号被分配给整个子网，室分配给子网中的计算机。

这里“号”称为网络号，“室”称为“主机号”，这个地址整体称为IP地址。

通过IP地址我们可以判断出对象服务器的位置，从而发送消息到正确的位置。

消息传送的具体过程概述：

发送者发出的消息先经过子网中的集线器，转发到距离最近的路由器上，
路由器会根据消息的目的地判断下一个路由器的位置，发送到下一个路由器，

不断重复这个过程，把消息送达目的地

IP地址

实际IP地址是一串32比特的数字，按照8比特为一组分为4组。

仅凭一串数字无法区分哪部分是网络号，哪部分是主机号，我们还需要一个子网掩码。

格式上是一串32比特的数字，左边全部是1，右边全部是0，其中为1的部分表示主机号

可以简写成数字，表示左边有多少个1

主机号部分全部为0，表示整个子网而不是某个设备

主机号部分全部为1，表示向子网所有设备发送包，即广播

使用Socket库查询IP地址

socket库提供了查询DNS的函数，可以直接调用，可以认为是 ip = gethostbyname("www.baidu.com")

库的具体实现也是需要委托操作系统协议栈来发出网络请求

DNS服务器

DNS维护了一个域名和IP的对照表（实际上DNS会更复杂一些，有一个类型的概念，但我们可以简单认为都是Web服务器在查）

接收到请求后，从表里查找相应的记录并返回。

但是世界上的服务器信息，不可能放在一台DNS服务器中（真放不下

这个时候看DNS服务器是如何处理的？

简单来说，是把信息放在不同的服务器中，通过接力配合查找出对应的信息。

要理解这个机制具体怎么运行，要先了解域名的层次结构：

DNS的域名通过句点来分割，每个层级都被称为域，越靠右的位置表示层级越高，这种具有层次结构的域名信息会注册到DNS服务器中。

一台DNS服务器会管理一个或多个域，由此DNS服务器也具有和域名一样的层次结构，每个域的信息都存放在相应层级的DNS服务器中。

管理一个域的DNS服务器会把自己的信息注册到管理上一级域的DNS服务器中

最上层的DNS服务器称为根域，所有DNS服务器都会记录根域的信息

具体如何运行呢：

1. 客户端访问某一台DNS服务器
2. 这台DNS服务器会请求到根域服务器
3. 这台DNS服务器从根域服务器一路找到下层的某台目标DNS服务器，获得IP地址
4. 这台DNS服务器把对应的IP地址返回给客户端

DNS服务器有缓存功能，可以记住之前查询过的域名，加速查找（冷热数据的一种应用）

委托协议栈发出请求

创建套接字并连接，就是著名的三次握手。

1. 客户端创建套接字
2. 将自己的套接字与服务端的套接字连接起来，形成管道
   1. 需要指定刚创建的套接字、服务器IP地址、端口号
3. 收发数据
4. 发送完成后，断开管道并删除套接字
   1. 一开始是服务端来断开，服务端判断这次请求内容发完了就断开
   2. 后面发现一次连接只传输一次内容 太低效了。于是设计出一次连接收发多个请求和响应的方法，当所有数据都请求完成后，客户端会主动断开连接

补充一点服务器这边套接字的内容

服务器包含两类套接字：

1. 监听套接字
   • 服务端首先创建一个监听套接字，这个套接字绑定到特定的IP地址和端口上。
   • 这个套接字用来监听来自客户端的连接请求。
2. 连接套接字
   • 当服务端的监听套接字接受（accept）一个来自客户端的连接请求时，它会为这个特定的连接创建一个新的套接字，我们称之为“连接套接字”。
   • 这个连接套接字是唯一的，专门用于服务器和该特定客户端之间的通信。
   • 每个连接套接字都有一个独特的套接字对（Socket Pair），包括：客户端的IP地址和端口号，服务器的IP地址和端口号。

所以不同客户端实际上连接的不是同一个套接字。

即使不同客户端连接到服务端的同一个IP地址和端口，服务端也能通过不同的连接套接字来区分和管理不同的客户端连接。

二、TCP/IP & 协议栈

概述：讲解协议栈如何处理数据发送请求

创建套接字

协议栈内部结构

协议栈包含TCP、UDP、IP

TCP和UDP 接受应用程序的委托执行收发数据的操作

IP 负责把网络包发送给通信对象

套接字是什么

套接字记录了用于控制通信操作的各种控制信息。例如 客户端的IP、端口 服务端的IP、端口

协议栈根据这些信息判断下一步的行动。

win中可以用 netstat 命令显示套接字的内容

连接服务器

通信双方交换控制信息，在套接字中记录这些信息。

还要分配一块用于临时存放收发数据的内存空间，称为缓冲区。

补充一些关于控制信息的。

有一些控制信息不仅连接时需要，数据收发和断开连接都需要。

所以这些信息会被添加在客户端和服务器之间传递的网络包的开头。连接阶段没有实际数据，只有控制信息。

这种控制信息被称为头部。

以太网、IP协议都有自己的控制信息，也叫头部。为了区分，我们会分别记作TCP头部、以太网头部、IP头部

客户端和服务器在通信中会将必要信息记录在头部并互相确认。

理解了头部各个字段的含义，才能理解通信的过程。

具体的操作

1. 在TCP模块创建表示连接控制信息的头部 【SYN=1】
2. TCP头部创建好以后，把信息传递给IP模块并委托它发送
3. 请求通过网络到达服务器，IP模块把接受到的请求传递给TCP模块。TCP模块找到对应的套接字并写入相应信息（这块可以看上面，实际是新建一个套接字用来负责客户端的请求）
4. 服务器返回响应【SYN=1 ACK=1】
5. 请求通过网络到达客户端，套接字中写入服务器的IP地址、端口号信息。返回一次响应【ACK = 1】

其实就是双方各自确认对方可以收到自己的信息。

就是

A：歪歪歪，能听到不

B：能听到 你呢

A：可以

收发数据

应用程序调用write将要发送的数据交给协议栈

• 协议栈不关心应用程序传来的数据是什么内容。对于协议栈都是一定长度的二进制字节序列
• 协议栈不会一收到数据就发送出去，而是会存放在内部的发送缓冲区，等待后面的数据一起传送
  • 因为一次将多少数据交给协议栈是应用程序自行决定的。有些应用程序会小段传送数据，这种情况下如果一收到数据就发送，在网络中会出现大量小包，导致网络效率下降。
  • 因此会积累一定数量的数据才会发送，这个判断标准不同的操作系统会有不同，但是都是由以下要素来判断的
    • MTU：每个网络包的长度（包含头部），去除头部叫MSS，收到数据长度接近MSS时发送出去，就可以避免大量小包的问题
    • 时间：避免为了等待导致发送延迟

交给协议栈后

较大的数据会进行拆分。TCP会拆分数据，给每块数据前面加上TCP头部，交给IP模块来执行发送数据的操作