從瀏覽網(wǎng)頁開始談起：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介

時(shí)間：2023-07-18 19:36:01 | 來源：網(wǎng)站運(yùn)營

時(shí)間：2023-07-18 19:36:01 來源：網(wǎng)站運(yùn)營

瀏覽一個(gè)網(wǎng)頁的背后

• 信息時(shí)代的人們對于網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)習(xí)以為常。每個(gè)人每天會瀏覽上千個(gè)網(wǎng)頁，接受大量的信息流（有些時(shí)候甚至?xí)屝畔⒘鳠龎哪X袋），并將此作為一天中最重要的休閑方式。
• 我的一位授課導(dǎo)師曾經(jīng)說過：沒有人會對一個(gè)他們不了解的東西完全放心。然而我們不難發(fā)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)代的普通人們對自己不了解的東西是如此的投入——至少在網(wǎng)上沖浪的時(shí)候是這樣。
• 我們有沒有曾經(jīng)想過，在你點(diǎn)擊瀏覽某個(gè)網(wǎng)頁的時(shí)候，到底發(fā)生了些什么，讓那些大大小小的文字和圖片呈現(xiàn)在你使用的終端上呢？瀏覽一個(gè)網(wǎng)頁的背后，到底都發(fā)生了什么？
• 我們用一個(gè)例子來解釋：假如你去圖書館看書，那么保證你能看到這本書的是什么呢？
  首先我們需要有文字——毋庸置疑的是，沒有文字的地方也不會有圖書館這種東西；沒有文字的地方也無法高效而準(zhǔn)確的傳遞信息。在我們?yōu)g覽網(wǎng)頁的背后，這個(gè)相似的概念就是計(jì)算機(jī)語言，它保證了所有的信息能夠被機(jī)器所存儲，所理解，所傳遞。
  你會需要一個(gè)認(rèn)識文字的大腦，它能夠正確的將書本上的文字轉(zhuǎn)化成我們更熟悉的圖像和影音，讓我們理解這本書在說些什么——這就是我們的手機(jī)，甚至是手機(jī)上的瀏覽器在我們?yōu)g覽網(wǎng)頁的過程中發(fā)揮的作用。它把從遠(yuǎn)處傳來的計(jì)算機(jī)語言解讀成人類可辨識的內(nèi)容，而不是通過一大堆0110的二進(jìn)制字符串來困擾我們。
  最后，我們需要一個(gè)書架，或者一個(gè)圖書館，來存儲這些知識，保證在我們需要的時(shí)候可以獲得這些知識。在瀏覽網(wǎng)頁上，我們把這種存儲信息的地方叫做服務(wù)器，因?yàn)樗偸窍蚋鞣N各樣的客戶端（我們的手機(jī)或者電腦就是客戶端）提供信息服務(wù)。
• 以上只是一個(gè)非常粗略的例子，很多細(xì)節(jié)都被掩蓋了。比如說服務(wù)器如何和客戶端實(shí)現(xiàn)通信——就好比我們怎么樣才能攜帶著這一顆充滿智慧的大腦去圖書館；服務(wù)器的各種不同種類——圖書館也分為社區(qū)圖書館，大學(xué)圖書館，國家圖書館等等。但是服務(wù)器和客戶端，永遠(yuǎn)是這個(gè)過程中不會缺少的兩個(gè)角色。

web server是什么

• 就如我們剛剛說的，服務(wù)器種類繁多。根據(jù)服務(wù)器的功能，我們將服務(wù)器分為游戲服務(wù)器，文件服務(wù)器，網(wǎng)頁服務(wù)器，郵件服務(wù)器等等。而web server，就是我們中文所說的網(wǎng)頁服務(wù)器。
• web server（網(wǎng)頁服務(wù)器）會根據(jù)客戶端發(fā)來的http的請求，或返回一個(gè)錯(cuò)誤碼，或返回一個(gè)網(wǎng)頁，作為這個(gè)請求的響應(yīng)。
• 還是用圖書館的例子而言，假如我們希望找到一本書，那么我們或許會到一個(gè)圖書館去，對那里的工作人員說：“我希望能夠借閱《白鹿原》”，然后工作人員會確認(rèn)這個(gè)圖書館有沒有這本書，并依據(jù)確認(rèn)的結(jié)果給你一個(gè)回復(fù)。
• 同樣的，在網(wǎng)絡(luò)世界里，我們會先找到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，譬如www.baidu.com，然后向它發(fā)出一個(gè)請求：“我正在尋找2008年奧運(yùn)會的金牌榜”，服務(wù)器接收到你這個(gè)請求后，會查看自己所存儲的信息里有沒有與此相關(guān)的，如果沒有的話，它會返回一個(gè)錯(cuò)誤的狀態(tài)碼，比如我們經(jīng)常看到的404，如果有的話，它就會返回一個(gè)相應(yīng)的結(jié)果。
• 對于web server來說，這個(gè)相應(yīng)的結(jié)果就會是一個(gè)靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的網(wǎng)頁。在這里，靜態(tài)的網(wǎng)頁指的是一個(gè)根據(jù)計(jì)算機(jī)語言產(chǎn)生的，一個(gè)一直存儲起來的網(wǎng)頁。無論是誰用什么方式訪問，都會返回一個(gè)一模一樣的網(wǎng)頁。而用金牌榜的例子來解釋動(dòng)態(tài)的網(wǎng)頁的話，就好比服務(wù)器里只存儲了各個(gè)國家在歷屆奧運(yùn)會中獲取金牌的情況，為了向請求提供一個(gè)理想的答案，服務(wù)器先將2008年的結(jié)果組合起來，再返回給你。假若下次你查詢的是2012年的金牌榜，靜態(tài)網(wǎng)頁可能只能給你一個(gè)錯(cuò)誤碼，因?yàn)樗淮鎯α?008年的金牌榜。但是動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁就會將2012的金牌榜組合起來，返回給你。

網(wǎng)絡(luò)模型：初窺http協(xié)議

• 我們剛剛提到了，web server會響應(yīng)客戶端發(fā)來的http請求，那么什么是http？
• 為了解釋http的概念，我們需要分為兩個(gè)方面來解釋：一是協(xié)議是什么。二是網(wǎng)絡(luò)模型是什么。
• 仍然用圖書館的例子來演示：圖書館里存在一種“社交協(xié)議”。我們?nèi)ピ儐柟ぷ魅藛T一本特定的圖書時(shí)我們應(yīng)該使用的方式和提供的信息，以及工作人員回復(fù)我們的時(shí)候，他們應(yīng)該使用的方式和提供的信息。
  為了禮貌起見，我首先要表明身份和來意，并帶上禮貌用語。
  “您好，我是bearInTheRoad，想向您咨詢一下貴館有沒有《白鹿原》這本書，如果有的話能否告訴我儲藏在哪個(gè)書架上呢？”
  工作人員收到了我的問題，然后理解了我在尋找《白鹿原》這本書的意圖，于是禮貌的回復(fù)我。
  “您可以去C區(qū)125書架查找，那里應(yīng)該還剩下一本?！?br>假如我不遵循這種固有的社交協(xié)議，不說明自己是誰，或者粗魯?shù)脑儐柟ぷ魅藛T，“白鹿原在哪里你這個(gè)馬鹿？”，大概率下工作人員會回復(fù)我，”我才不告訴你這個(gè)碧池。“
  這就是不遵循社交協(xié)議的后果。
• 在網(wǎng)絡(luò)世界也是一樣?？蛻舳嗽谙蚍?wù)端請求資源的時(shí)候，要說明自己的身份，自己所需要的資源，自己能夠解析的格式等等信息。服務(wù)端也會遵循這個(gè)協(xié)議，通過某種商定好的方式去提供這些結(jié)果。
  我們把這個(gè)約定好的請求方式叫做協(xié)議。
• 那么什么叫做模型呢？在圖書館中，我們在前臺詢問的這名工作人員或許并不知道某本具體的書的情況，他必須通過對講機(jī)聯(lián)系某個(gè)庫管員，而那個(gè)庫管員則需要聯(lián)系現(xiàn)在正在某個(gè)區(qū)域值班的巡視員，以確定某本書是否在某個(gè)位置仍有藏書。這種前臺——>庫管員——>巡視員的傳遞，我們可以叫它”圖書館詢問模型“。因?yàn)槿魏我粋€(gè)對于書籍位置的咨詢都必須經(jīng)過這樣的流程，這是一個(gè)固定的模型。
• 網(wǎng)絡(luò)模型也是一樣。客戶端和服務(wù)端在通訊的過程中，有一套固有的流程，有幾個(gè)和前臺、庫管員、巡視員類似的成員。所有的請求和響應(yīng)都必須遵循這個(gè)模型來進(jìn)行。
  在網(wǎng)絡(luò)模型中，我們不再稱呼他們?yōu)閹旃軉T或者巡視員。我們將它們稱為：應(yīng)用層，傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層，鏈路層和物理層。
• 我們不詳細(xì)解釋各層的作用和它們各自的組成協(xié)議，只需要知道應(yīng)用層就是”圖書館詢問模型“的前臺，是我們最經(jīng)常使用的網(wǎng)頁瀏覽器所處在的位置。應(yīng)用層強(qiáng)調(diào)的是多個(gè)端系統(tǒng)之間的信息交換（好比客戶端和服務(wù)端的通訊）。而http協(xié)議，就是應(yīng)用層中和網(wǎng)頁關(guān)系最緊密的那個(gè)協(xié)議。也就是說，網(wǎng)頁瀏覽器必須用這種方式去和服務(wù)器交換信息。
  

關(guān)于http協(xié)議

• 作為應(yīng)用層中網(wǎng)頁通訊的重要協(xié)議，http協(xié)議是我們最經(jīng)常打交道的一種。它的全稱是hyper text transmission protocol，中文是超文本傳輸協(xié)議。
• 相對于更下層的協(xié)議來說，http協(xié)議的規(guī)則是那么的簡單，開發(fā)和部署也是那么的容易，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
• 簡單：http協(xié)議規(guī)定通訊是由header和body兩個(gè)部分組成。header一定要有，body可有可無。header和body都是用文本格式，明文傳輸?shù)摹＜词鼓阃耆欢?jì)算機(jī)知識，也大概能看出一點(diǎn)端倪來。
• 靈活易拓展：http協(xié)議中很多東西都不是必備的，屬于你可以加上也可以不加上，只需要服務(wù)端和客戶端達(dá)成一直就可以。這使得這個(gè)協(xié)議可以變得很復(fù)雜，也可以保持非常簡單。
• 無狀態(tài)：無狀態(tài)的意思是，http協(xié)議下的通訊，是不會做任何記憶的。通訊之間相互獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)。好比你一分鐘前發(fā)起請求，自報(bào)家門之后提出要什么資源，一分鐘后你再次聯(lián)系服務(wù)端，仍然需要自報(bào)家門然后重新提出資源請求。更簡單的理解，就是你每次詢問圖書館的前臺任何信息，都需要走一遍完整的”社交協(xié)議“，即使你們一秒鐘之前剛剛對話過。

埋藏在http下面的TCP/IP協(xié)議簇

• 我們剛剛說到了http協(xié)議發(fā)生在應(yīng)用層，也是我們接觸的最多的一層。但是就如我們的圖書館例子中說的一樣，一個(gè)請求不會只停留在前臺這里。必然是要經(jīng)歷后面的庫管員和巡視員的步驟的，網(wǎng)絡(luò)請求也不會在應(yīng)用層戛然而止，必然是需要繼續(xù)去訪問更深層的。
• 應(yīng)用層的下一層是傳輸層，也就是我們說的TCP協(xié)議簇發(fā)生的地方。TCP協(xié)議簇是一種面向連接的，可靠的，基于字節(jié)流的通信協(xié)議。TCP協(xié)議最核心的部分就在它的可靠性上。這也就涉及到了人們經(jīng)常說的三次握手和四次揮手。
• 什么是三次握手呢？客戶端和服務(wù)端建立一個(gè)通訊的時(shí)候，為了保證雙方的接受和發(fā)送能力都正常，先要進(jìn)行相關(guān)確認(rèn)，通俗的說法如下：
  客戶端：”你聽得到我說話嗎？“
  服務(wù)端：”我聽得到你說話，你聽得到我說話嗎？“
  客戶端：”我聽得到你說話?！?/li>
• 什么是四次握手呢？客戶端和服務(wù)端結(jié)束一個(gè)鏈接的時(shí)候，需要雙方都確認(rèn)結(jié)束了，都發(fā)送完了自己需要發(fā)送的信息。通俗的說法如下：
  客戶端：”我這邊已經(jīng)說完了，準(zhǔn)備結(jié)束通話了?！?br>服務(wù)端：”好的，我知道你準(zhǔn)備結(jié)束了。你等我說完。“
  服務(wù)端：”我這邊也說完了，準(zhǔn)備結(jié)束通話了。“
  客戶端：”好的，我知道了?！?/li>
• 通過三次握手和四次揮手，TCP保證了客戶端和服務(wù)端的通訊連接始終都是穩(wěn)定可靠的，不會因?yàn)槟骋环降膯栴}出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。
• 傳輸層的下層是網(wǎng)絡(luò)層，這里是IP協(xié)議的主戰(zhàn)場。
• TCP這邊的相關(guān)信息，會傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層來由IP協(xié)議處理。如何處理呢？IP層主要做兩個(gè)工作：一個(gè)是尋址，一個(gè)是把信息分割成數(shù)據(jù)包，再將數(shù)據(jù)包重組起來。
• 所謂的尋址，可以用人們寄快遞來比喻。我們在寄快遞的時(shí)候，首先把需要寄的物品放在快遞包里面，這個(gè)是應(yīng)用層的工作。然后我們打電話叫順豐快遞上門，以確保這個(gè)快遞寄送的可靠和安全性，這個(gè)是傳輸層的功能。順豐小哥上門之后呢，就會要我們填寫我們自己的姓名地址和收件人的姓名地址，以保證這個(gè)快遞可以準(zhǔn)確的送到正確的地方去，這就是IP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層所做的，尋址。
  在網(wǎng)絡(luò)世界中當(dāng)然是沒有省市街道這種概念的，但是有IP地址這個(gè)概念。譬如111.229.121.33就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)世界里面的地址。IP協(xié)議會根據(jù)需要填寫客戶端和服務(wù)端分別對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址。
• 什么是分割數(shù)據(jù)包呢？想象一下，假如你的快遞是一個(gè)1噸重的挖掘機(jī)，快遞小哥當(dāng)然沒辦法把挖掘機(jī)給寄出去。他會把挖掘機(jī)拆解成零件，然后分成很多個(gè)包裹，一個(gè)一個(gè)的寄出去。等到收件人那邊收到了之后，他為了還原一個(gè)挖掘機(jī)，就會把零件拿出來，一點(diǎn)一點(diǎn)的拼湊成一個(gè)完整的挖掘機(jī)。
  IP協(xié)議也是一樣，會根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)所支持的數(shù)據(jù)報(bào)的大小來對信息進(jìn)行切割和重組，以保證傳輸?shù)捻樌M(jìn)行。
• 說到IP協(xié)議的時(shí)候，另一個(gè)不得不說的東西是端口。假如我們只用地址信息寄送快遞，很可能是寄不到正確的人手上的。為什么呢？因?yàn)橛刑嗳嗽诤贾菔形鞒菂^(qū)胡同大街300號這個(gè)地址辦公了，怎么能知道準(zhǔn)確的收件人是誰呢？
  于是我們衍生了一個(gè)概念，叫做端口。就好像人名一樣。我們根據(jù)IP地址送到了指定的客戶端或者服務(wù)端的機(jī)器上之后，通過端口來判斷每一個(gè)文件屬于這個(gè)機(jī)器上的哪個(gè)應(yīng)用程序。
  也好似人名一樣，這里說的端口也是一個(gè)為了應(yīng)用而產(chǎn)生的概念，并不是計(jì)算機(jī)物理上存在的東西，更多的類似于一個(gè)標(biāo)識符。
• 最后提一下IP協(xié)議的一個(gè)特點(diǎn)：IP協(xié)議是不可靠的無連接數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。什么意思呢？就是IP協(xié)議只管發(fā)，只管收，而不管是否送達(dá)和是否正確。還是以挖掘機(jī)為例的話，IP協(xié)議不會管所有的零件是不是真的寄到了以及最后拼出來的到底是個(gè)挖掘機(jī)還是個(gè)計(jì)算機(jī)。這些東西，只有TCP協(xié)議來管理。

如果你不想碰TCP/IP的話：Socket簡介

• 想象一下，假如說一切的網(wǎng)絡(luò)請求都誕生于http，然后交給tcp，然后交給IP，然后再從鏈路層和物理層出去。在接受的時(shí)候則要完整的反過來考慮一次：對于程序員這幫每天都要和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議打交道的人，方便嗎？
• Socket，中文叫作套接字，就是為了解決這個(gè)麻煩的問題而誕生的。Socket作為一個(gè)抽象的接口層，橫梗在應(yīng)用層和傳輸層之間，幫助程序員避免每天都要和那么復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議打交道，讓他們只需要考慮更高層次的發(fā)什么內(nèi)容等應(yīng)用層問題就可以了。
• 這也就是剛剛我們說的快遞小哥的功能。我們要寄出一個(gè)挖掘機(jī)，如果沒有快遞小哥，我們要自己考慮拆解零件，一個(gè)一個(gè)的寄出，再收取零件，一個(gè)一個(gè)的拼接的問題。但是有了快遞小哥，我們只需要告訴他，我們要寄出這臺挖掘機(jī)，然后他會處理好其他所有事情。在收到挖掘機(jī)的時(shí)候，他也會先把挖掘機(jī)給拼裝好，再給我們開過來簽收。
• 稍微說深一點(diǎn)，Socket其實(shí)來源于Unix，是”一切都是文件“理念的一個(gè)續(xù)寫。人們只需要通過一個(gè)接口，打開文件，讀取文件，寫入文件，再關(guān)閉文件就可以了，而不需要考慮更深層次的轉(zhuǎn)碼等問題。這個(gè)概念延展到網(wǎng)絡(luò)通訊，就成為了我們的socket，一個(gè)接口概念。