第一章 了解Web及网络基础

你知道当我们在网页浏览器的地址栏输入URL的时候，Web页面是如何呈现的吗？

    Web浏览器根据地址栏中指定的URL，从Web服务器获取文件资源等信息，然后解析这些信息，从而将Web页面呈现出来。

这其中Web使用一种名为HTTP（超文本传输协议）的协议作为规范，完成从客户端到服务器段等一系列运作流程。

什么是HTTP？

    HTTP是一个客户端和服务器请求和应答的标准。通常使用的网络（包括互联网）是在TCP/IP协议族的基础上运作的，而HTTP属于它内部的一个子集。接下来就来了解一下TCP/IP。

TCP/IP协议族

    计算机与网络设备要互相通信，双方就必须基于相同的方法，比如：如何探测到通信目标、由哪里发出的通信、使用哪种语言进行解析、怎么样结束通信等这些都需要一种规则来制约，我们把这种规则称为协议。我们把与互联网相关的协议集合起来总称为TCP/IP。（注：也有说法认为，TCP/IP是指TCP和IP两种协议；还有一种说话认为，TCP/IP是在IP协议的通信过程中，使用到的协议族的统称。）。

    TCP/IP协议族按层次分为以下4层：应用层、传输层、网络层、数据链路层。

    应用层：

    应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。TCP/IP协议族内预存了各类通用的应用服务，比如：FTP（文件传输协议）、DNS（域名系统）等。

    传输层：

    传输层对上层应用层，提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。在传输层中有两个性质不同的协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。

    网络层（又名网络互连层）：

    网络层用来处理在网络上流动的数据包。数据包是网络传输的最小单位。该层规定了通过怎样的路径到达对方计算机，并把数据包传送给对方，当对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输是，网络层所起的作用是在众多线路中选择一条传输路线。

链路层（又名数据链路层，网络接口层）

    链路层是用来处理连接网络的硬件部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC（网络适配器，即网卡）、光纤等物理可见部分以及连接器等一切传输媒介。硬件上的范畴均在链路层范围之内。

TCP/IP通信传输流

    利用TCP/IP协议族进行网络通信时，会通过分层顺序与对方进行通信。发送端从应用层到链路层，接收端从链路层到应用层。接下来我们用HTTP举例来说明：

    首先发送端的客户端在应用层（HTTP协议）发出一个HTTP请求(我想看XXX页面）。然后在传输层（TCP协议）把从应用层处收到的数据（HTTP请求报文）进行分割，并在各个报文上打上标记序号及端口号后转发给网络层。接着在网络层（IP协议），增加作为通信目的地的MAC地址后转发给链路层。

    接收端的服务器在链路层收到数据，从链路层--网络层--传输层--应用层往上发送数据，当数据传输到应用层才能算真正接收到由客户端发来的HTTP请求。详细过程如下图所示：

    发送端在层与层之间传输数据时，每经过一层时必定会被打上一个该层所属的首部信息。反之，接收端在层与层传输数据时，每经过一层时会把对应的首部消去。

与HTTP关系密切的协议：IP、TCP和DNS

负责传输的IP协议

    按层次分，IP（Internet Protocol）网际协议位于网络层。TCP/IP协议族中的IP指的就是网际协议，协议名称中占据了一半，其重要性可见一斑，几乎所有使用网络的系统都会用到IP协议（注意：不要把“IP”和“IP地址”搞混，“IP”是一种协议的名称，“IP地址”是指互联网协议地址。）。

    IP协议的作用是把各种数据包传送给对方，而要确保数据传送到对方那里，则需要满足各类条件。其中两个重要条件就是IP地址和MAC地址。

    IP地址指明了节点被分配到的地址，MAC地址是指网卡所属的固定地址。IP地址可以和MAC地址进行配对。

    IP间的通信依赖MAC地址。通信的双方在同一局域网（LAN）内的情况是很少的，通常是经过多台设备中转才能连接到对方，而在进行中转是，会利用下一站中转设备的MAC地址来搜索下一个中转目标，直到到达目的地。这时会采用ARP协议，ARP协议是一种用以解析地址的协议，根据通信方的IP地址就可以反查出对应的MAC地址。

    在到达通信目标前的中转过程中，计算机和路由器等网络设备只能获悉很粗略的传输路线，这种机制称为路由选择。路由选择

是指选择通过互连网络从源节点向目的节点传输信息的通道，而信息至少通过一个中间节点。路由选择位于网络层。我自己的理解是，就想快递公司送货的过程，寄快递的人只需要填写自己的地址和目的地的地址，然后将快递交给快递公司，任务就算完成了，中间的具体送货过程是不知道的（理解有错，欢迎指出）。

确保可靠性的TCP协议

    按层次分，TCP位于传输层，提供可靠的字节流服务。

    所谓的字节流服务是指，为了方便传输，将大块数据分割成以报文段为单位的数据包进行管理。而可靠的传输服务是指，能够把数据准确可靠的传给对方。

    为了准确无误的将数据送达目标处，TCP协议采用了三次握手策略。握手过程中使用了TCP的标志（flag）——SYN和ACK。

    第一次握手：发送端首先会发送一个带SYN标志的数据包给对方。

    第二次握手：接收端收到数据包后，回传一个带有SYN/ACK标志的数据包以示传达确认信息。

    第三次握手：发送端收到确认信息后，再回传一个带ACK标志的数据包，代表握手结束。

    若在握手过程中某个阶段莫名中断，TCP协议会再次以相同的顺序发送相同的数据包。

    除了上述的三次握手策略，TCP协议还有四次挥手策略以及11种状态来保证通信的可靠性。

负责域名解析的DNS服务

    DNS服务是和HTTP协议一样位于应用层的协议。它提供域名到IP地址之间的解析服务。 

    DNS协议提供通过域名查找IP地址，或逆向从IP地址反查域名的服务。

各种协议与HTTP协议的关系

    HTTP协议的职责：生成针对目标Web服务器的HTTP请求报文。对Web服务器请求的内容的处理。

    TCP协议的职责：为了方便通信，将HTTP请求报文分割成报文段。按序号分为多个报文段加上端口号，把每个报文段可靠的传给对方。按序号重组请求报文。

    IP协议的职责：搜索对方的地址，一边中转一边传送。

    DNS协议：通过域名查找IP地址，或逆向从IP地址反查域名。

URI和URL

    URI（Uniform Resource Identifier）统一资源标识符：

    Uniform：规定统一的格式可方便处理多种不同类型的资源。

    Resource：资源的定义是“可标识的任何东西”，能够区别与其他类型的，全都可作为资源。资源不仅可以是单一的，也可以是多数的集合体。

    Identifier：标识可标识的对象。

    综上所述，URI就是由某个协议方案表示的资源的定位标识符。协议方案是指访问资源所使用的协议类型名称。

    URI用字符串标识某一互联网资源，而URL表示资源的地点（互联网上所处的位置）。URL是URI的子集。

    URI格式：表示指定的URI，要使用涵盖全部必要信息的绝对URI、绝对URL以及相对URL。相对URL，是指从浏览器中基本URI处指定的URL，形如：/image/logo.gif。

    

    登录信息（认证）：指定用户名和密码作为从服务器端获取资源时必要的登录信息（身份认证）。此项是可选项。

    服务器地址：使用绝对URI必须指定待访问的服务器地址。地址可以是DNS可以解析的名称、IPv4地址名或者是IPv6地址名。

    服务器端口号：指定服务器连接的网络端口号。此项是可选项，若用户省略则自动使用默认端口号。

    带层次的文件路径：指定服务器上的文件路径来定位特指的资源。

    查询字符串：针对已指定的文件路径内的资源，可以使用查询字符串传入任意参数。此项可选。

    片段标识符：使用片段标识符通常可标记出已获取资源中的子资源（文档内的某个位置）。在RFC中并没有明确规定其使用方法。该项也为可选项。