《网络是怎样连接的》读书笔记1\2\6章

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〇、一些常识：

1.网络体系架构：

TCP/IP架构就是IP、TCP、HTTP、TELNET、SNMP等协议的集合
主要用于互联网和局域网
由于其应用广泛
可以说，互联网协议 就是 TCP/IP，TCP/IP 就是 互联网协议。

除此之外，还有一些网络体系架构：
比如：
AppleTalk 用于苹果公司现有产品的局域网(仅限苹果公司设备使用)
IPX/SPX：用于个人电脑局域网等

2.TCP/IP架构的历史：

美国国防部希望有这样一种通讯系统：
即使某处线路遭到攻击，也可以用迂回的方式保持通讯。
分组交换技术，使得多个用户同一时间共享一条线路。（ARPANET）
UNIX操作系统 使TCP/IP 广泛被接受。

3.分享一个生动的小故事：

作者：车小胖
链接：https://www.zhihu.com/question/66528743/answer/250078635
来源：知乎

据不可靠消息，杨贵妃不仅爱吃荔枝，还爱吃海南岛的香蕉，
为了让爱妃吃得开心，皇上命令大臣日夜兼程从海南岛运香蕉到长安。
香蕉如何从海南岛运到长安呢？
首先，要用船将香蕉运出岛，运到广东的码头。
然后从广东码头，士兵快马加鞭运香蕉向西北方向奔去。
跑着跑着，遇到了长江，必须换乘船只运送，难道让马飞过去、或游过去？
到了长江北，继续快马向西北奔去…
跑着跑着，遇到了淮河，又要换乘轮船了，不换行不行，肯定不行！
到了淮河北，继续快马向目的地“长安”奔去…
最终，香蕉到达目的地，成了杨贵妃的美餐…

如果把士兵比喻成IP包，
则马、船只就是数据链路层，
为何IP包每一跳需要更换数据链路层，就如同士兵需要不断变换交通工具一样自然，形势所迫啊！

问同学们一个问题：为何士兵要将香蕉向北运到广东？而不是向南运到澳洲？
同学们一定会哈哈笑，这还要问吗？因为广东更靠近杨贵妃！

下一个问题是：为何士兵不直接奔向长安？而是先到广东码头？
同学们一定会回答：码头是必经之地，码头是通向目的地长安一块跳板，
尽管不是最终的目的地，但士兵（IP包）却需要经过它。

如果有飞机，士兵一定直飞西安，而不会再绕到广东码头，在这里，飞机同样是数据链路层，
因为它的目的是服务士兵（IP包），而士兵携带着最终的目的地：西安！

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一、网络传输地图全览：

从点开一个网址开始，到浏览器显示内容…
数据可整整经历了一个往返：

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具体来说：

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二、浏览器和服务器概览：

1.应用层视角：浏览器和服务器收发HTTP报文：

(1)要符合HTTP协议：

HTTP协议就是：
规定了请求和应答消息的格式：
请求消息包括请求行(方法、URI、HTTP版本)、消息头和消息体
响应消息包括状态行(HTTP版本、状态码、响应短语)、消息头和消息体
客户端向服务器发送 请求消息
服务器收到消息后对客户端 响应

(2)浏览器发送请求消息：

浏览器先要生成请求消息，并 委托操作系统(TCP/IP协议栈) 发送

请求消息主要说了两件事：“对什么”和“进行怎样的操作”
“对什么”：从网址URL中提取出URI，就是服务器的文件路径
“进行怎样的操作”指的就是Get和Post
当然，还要发送版本号、消息头和空消息体

(3)服务器准备响应内容：

服务器收到请求消息，会将请求URI转换为实际目录结构的实际文件名
这个文件要么是一个HTML文件，直接放到响应消息体中就行了
要么是一个CGI程序，我们运行这个程序，将结果放到响应消息体中

不过，在这些操作之前，浏览器也可以先根据需求检查一些请求包的参数
进行允许或禁止访问控制，常用的方法有三种：

①客户端IP地址
 
②客户端域名

先根据客户端的IP向DNS服务器反向查询客户端的域名
为保险起见，再通过域名查询发送方IP地址，以防止客户端在DNS上注册假域名
如果两者一致，就允许访问

③用户名和密码

(4)浏览器解析服务器回复的响应消息并显示内容：

首先，看一下Content-Type=text/html
根据MIME规格，可以确定这个响应，主类型是文本数据，子类型是HTML
之后，再看一下编码方式，charsrt=utf-8，以uft-8的字符编码显示网页

下面看一个具体的例子：

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2.浏览器和服务器应用委托TCP\IP协议栈的视角：

在客户端请求服务器之前，服务器应先正常运行
服务器要 购买域名，以确保自己的域名能在DNS服务器上找到
服务器在编程开发测试架设部署运维之后正式上线，这时，先要启动服务器：

PS：服务器需要接受客户端的请求，所以 服务器 就需要 先 进行准备工作，等待 客户端的连接
服务器需要同时和多个客户端通信，所以每当一个客户端连接进来，服务器就要 启动 一个 新的
服务器程序，这样服务器程序和客户端程序就是 一对一 的状态了。

如下图，当服务器程序启动并读取配置文件完成初始化操作后，就会运行 等待连接模块(a)
这个模块会 创建套接字，然后进入 等待暂停状态。
接下来，当有客户端发起连接时，这个模块会恢复运行并接受连接
然后启动 客户端通信模块(b)，并 移交完成连接的套接字
接下来客户端通信模块(b)就和客户端进行通信，通信结束后，这个模块就退出了

上述这些过程，都是调用操作系统Socket库函数完成的，来看看调用的具体过程：
客户端通信模块需要经过下面4个阶段：

(1)创建套接字阶段

套接字 是 一块用于存放控制信息的内存空间
里面存着：通信对象的IP地址、端口号、通信操作的状态、发送数据经过了多长时间等
套接字创建完成后会返回一个描述符
描述符 是我们本机的应用程序识别套接字的编号，
协议栈内部找这段内存空间用描述符更快
而且在还没有建立连接的情况下，端口号和ip地址信息是不全的，只能使用描述符

(2)连接阶段(用管道连接服务器端的套接字)(三次握手)

三个参数：
描述符：找到我方套接字
服务器IP地址和端口号：找到对方地址(服务器)以及对方的套接字(服务器上的应用)
IP地址和端口号 是客户端和服务器之间用来识别对方套接字的机制

(3)数据收发阶段
 
(4)断开连接阶段(断开管道并删除套接字)(四次挥手)

服务器或客户端，一方先调用Socket库中的close()程序，另一方也就断开了

服务器端在第(2)步有些不同：

(1)创建套接字阶段
 
(2-1)将套接字设置为等待连接状态

bind()将端口号写入套接字，客户端要访问的端口号就是在这一步设置的
Web服务器使用80端口号
listen()向套接字写入等待连接状态

(2-2)接受客户端的连接

accept()函数执行，开始等待客户端connect()的包到达(等待连接模块(a))
一旦客户端的包到达，就会返回响应包并开始接受连接的操作
协议栈会给等待连接的套接字复制一个副本
然后将连接对象等控制信息写入新的套接字中
以后，这个新的套接字就和客户端的套接字连接在一起了
而原来处于等待连接的套接字，会再次调用accept()
ps：如果不创建副本，而是直接让客户端连接到等待的套接字上，
那就没有其他套接字等待连接了，所以复制副本是必要的
但是，这又出现了一个问题：
端口号是用来识别对方套接字的
以前我们说，不通套接字应该对应不通端口号
但在服务器端，套接字都是80端口号
所以，在服务器端，客户端不能仅靠端口号来识别服务器的套接字
而是使用：客户端IP，客户端端口号，服务器端口号，(服务器IP)，这3(4)项来识别服务器的套接字

(3)数据收发阶段
 
(4)断开连接阶段(断开管道并删除套接字)

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3.客户端和服务器的TCP\IP协议栈的具体操作视角：

这里以接收为例，发送过程相反
网卡：
接受到电信号\光信号，将其还原为0\1数字信息

还原成的数字信息如下：

MAC模块：
接下来根据包末尾的FCS来检验错误，如果错误就丢弃
如果没错，看看MAC地址是不是自己的，如果不是，就丢弃
如果是，存储到网卡内部缓存区
通过中断通知CPU

然后网卡驱动开始运行，从缓存区读出收到的包
根据MAC头部判断是不是交给IP协议

IP模块：
IP模块检查校验后，看看IP是不是给自己的
如果服务器启动了类似路由器的功能，则对不