HTTP協議詳解過程

一個http請求的詳細過程

我們來看當我們在瀏覽器輸入http://www.mycompany.com:8080/mydir/index.html,幕後所發生的一切。

首先http是一個應用程式層的協議，在這個層的協議，只是一種通訊規範，也就是因為雙方要進行通訊，大家要事先約定一個規範。

1.串連 當我們輸入這樣一個請求時，首先要建立一個socket串連，因為socket是通過ip和連接埠建立的，所以之前還有一個DNS解析過程，把www.mycompany.com變成ip，如果url裡不包含連接埠號碼，則會使用該協議的預設連接埠號碼。

DNS的過程是這樣的：首先我們知道我們本地的機器上在配置網路時都會填寫DNS，這樣本機就會把這個url發給這個配置的DNS伺服器，如果能夠找到相應的url則返回其ip，否則該DNS將繼續將該解析請求發送給上級DNS，整個DNS可以看做是一個樹狀結構，該請求將一直發送到根直到得到結果。現在已經擁有了目標ip和連接埠號碼，這樣我們就可以開啟socket串連了。

2.請求串連成功建立後，開始向web伺服器發送請求，這個請求一般是GET或POST命令（POST用於FORM參數的傳遞)。GET命令的格式為：GET 路徑/檔案名稱 HTTP/1.0檔案名稱指出所訪問的檔案，HTTP/1.0指出Web瀏覽器使用的HTTP版本。現在可以發送GET命令：

GET /mydir/index.html HTTP/1.0;

3.應答 web伺服器收到這個請求，進行處理。從它的文檔空間中搜尋子目錄mydir的檔案index.html。如果找到該檔案，Web伺服器把該檔案內容傳送給相應的Web瀏覽器。

為了告知瀏覽器,Web伺服器首先傳送一些HTTP頭資訊，然後傳送具體內容（即HTTP體資訊），HTTP頭資訊和HTTP體資訊之間用一個空行分開。
常用的HTTP頭資訊有：
　　① HTTP 1.0 200 OK 　這是Web伺服器應答的第一行，列出伺服器正在啟動並執行HTTP版本號碼和應答代碼。代碼"200 OK"表示請求完成。
　　② MIME_Version:1.0　它指示MIME類型的版本。
　　③ content_type:類型　這個頭資訊非常重要，它指示HTTP體資訊的MIME類型。如：content_type:text/html指示傳送的資料是HTML文檔。
　　④ content_length:長度值　它指示HTTP體資訊的長度（位元組）。

4.關閉串連：當應答結束後，Web瀏覽器與Web伺服器必須斷開，以保證其它Web瀏覽器能夠與Web伺服器建立串連。

下面我們具體分析其中的資料包在網路中漫遊的經曆

在網路分層結構中，各層之間是嚴格單向依賴的。“服務”是描述各層之間關係的抽象概念，即網路中各層向緊鄰上層提供的一組操作。下層是服務提供者，上層是請求服務的使用者。服務的表現形式是原語（primitive），如系統調用或庫函數。系統調用是作業系統核心向網路應用程式或高層協議提供的服務原語。網路中的n層總要向n+1層提供比n-1層更完備的服務，否則n層就沒有存在的價值。

傳輸層實現的是“端到端”通訊，引進網間進程通訊概念，同時也要解決差錯控制，流量控制，資料排序（報文排序），串連管理等問題，為此提供不同的服務方式。通常傳輸層的服務通過系統調用的方式提供，以socket的方式。對於用戶端，要想建立一個socket串連，需要調用這樣一些函數socket() bind() connect(),然後就可以通過send()進行資料發送。

現在看資料包在網路中的穿行過程：

應用程式層

首先我們可以看到在應用程式層，根據當前的需求和動作，結合應用程式層的協議，有我們確定發送的資料內容，我們把這些資料放到一個緩衝區內，然後形成了應用程式層的報文data。

傳輸層

這些資料通過傳輸層發送，比如tcp協議。所以它們會被送到傳輸層處理，在這裡報文打上了傳輸頭的包頭，主要包含連接埠號碼，以及tcp的各種制資訊，這些資訊是直接得到的，因為介面中需要指定連接埠。這樣就組成了tcp的資料傳送單位segment。tcp是一種端到端的協議，利用這些資訊，比如tcp首部中的序號確認序號，根據這些數字，發送的一方不斷的進行發送等待確認，發送一個資料區段後，會開啟一個計數器，只有當收到確認後才會發送下一個，如果超過計數時間仍未收到確認則進行重發，在接受端如果收到錯誤資料，則將其丟棄，這將導致發送端逾時重發。通過tcp協議，控制了資料包的發送序列的產生，不斷的調整發送序列，實現流控和資料完整。

網路層

然後待發送的資料區段送到網路層，在網路層被打包，這樣封裝上了網路層的包頭，包頭內部含有源及目的的ip地址，該層資料發送單位被為packet。網路層開始負責將這樣的資料包在網路上傳輸，如何穿過路由器，最終到達目的地址。在這裡，根據目的ip地址，就需要尋找下一跳路由的地址。首先在本機，要尋找原生路由表，在windows上運行route print就可以看到當前路由表內容，有如下幾項：
Active Routes Default Route Persistent Route.

整個尋找過程是這樣的:
(1)根據目的地址D，得到目的網路號N，如果處在同一個內網，則可以直接發送。

(2)若路由表中有目的地址為D的特定主機路由，把資料報傳給路由表中所指的下一跳路由器；如果路由表中有到達網路N的路由，把資料報傳給路由表中所指的下一跳路由器；若路由表中有預設路由；則把資料報傳給路由表中所指明的預設路由器；

(3)如果找不到明確的路由，此時在路由表中還會有預設閘道，也可稱為預設網關，IP用預設的網關地址將一個資料傳送給下一個指定的路由器，所以網關也可能是路由器，也可能只是內網向特定路由器傳輸資料的網關。
(4)路由器收到資料後，它再次為遠程主機或網路查詢路由，若還未找到路由，該資料包將發送到該路由器的預設網關地址。而資料包中包含一個最大路由跳數，如果超過這個跳數，就會丟棄資料包，這樣可以防止無限傳遞。路由器收到資料包後，只會查看網路層的包裹資料，目的ip。所以說它是工作在網路層，傳輸層的資料對它來說則是透明的。

如果上面這些步驟都沒有成功，那麼該資料報就不能被傳送。如果不能傳送的資料報來自本機，那麼一般會向產生資料報的應用程式返回一個“主機不可達”或 “網路不可達”的錯誤。

以windows下主機的路由表為例，看路由的尋找過程

Active Routes:
Network Destination            Netmask                      Gateway              Interface                  Metric
0.0.0.0                        0.0.0.0                      192.168.1.2          192.168.1.101              10
127.0.0.0                      255.0.0.0                    127.0.0.1            127.0.0.1                  1
192.168.1.0                    255.255.255.0                192.168.1.101        192.168.1.101              10
192.168.1.101                  255.255.255.255              127.0.0.1            127.0.0.1                  10
192.168.1.255                  255.255.255.255              192.168.1.101        192.168.1.101              10
 224.0.0.0                     240.0.0.0                    192.168.1.101        192.168.1.101              10
255.255.255.255                255.255.255.255              192.168.1.101        192.168.1.101              1
Default Gateway:               192.168.1.2

Network Destination 目的網段  
Netmask 子網路遮罩  
Gateway 下一跳路由器入口的ip，路由器通過interface和gateway定義一調到下一個路由器的鏈路，通常情況下，interface和gateway是同一網段的。
Interface 到達該目的地的本路由器的出口ip（對於我們的個人pc來說，通常由機算機A的網卡，用該網卡的IP地址標識，當然一個pc也可以有多個網卡）。

網關這個概念，主要用於不同子網間的互動，當兩個子網內主機A,B要進行通訊時，首先A要將資料發送到它的本地網關，然後網關再將資料發送給B所在的網關，然後網關再發送給B。
預設閘道，當一個資料包的目的網段不在你的路由記錄中，那麼，你的路由器該把那個資料包發送到哪裡！預設路由的網關是由你的串連上的default gateway決定的，也就是我們通常在網路連接裡配置的那個值。

通常interface和gateway處在一個子網內，對於路由器來說，因為可能具有不同的interface,當資料包到達時，根據Network Destination尋找匹配的條目，如果找到，interface則指明了應當從該路由器的那個介面出去，gateway則代表了那個子網的網關地址。

第一條      0.0.0.0   0.0.0.0   192.168.1.2    192.168.1.101   10
0.0.0.0代表了預設路由。該路由記錄的意思是：當我接收到一個資料包的目的網段不在我的路由記錄中，我會將該資料包通過192.168.1.101這個介面發送到192.168.1.2這個地址，這個地址是下一個路由器的一個介面，這樣這個資料包就可以交付給下一個路由器處理，與我無關。該路由記錄的線路品質 10。當有多個條目匹配時，會選擇具有較小Metric值的那個。

第三條      192.168.1.0   255.255.255.0  192.168.1.101   192.168.1.101  10
直連網段的路由記錄：當路由器收到發往直連網段的資料包時該如何處理，這種情況，路由記錄的interface和gateway是同一個。當我接收到一個資料包的目的網段是192.168.1.0時，我會將該資料包通過192.168.1.101這個介面直接發送出去，因為這個連接埠直接連接著192.168.1.0這個網段，該路由記錄的線路品質 10 （因interface和gateway是同一個，表示資料包直接傳送給目的地址，不需要再轉給路由器）。

一般就分這兩種情況，目的地址與當前路由器介面是否在同一子網。如果是則直接發送，不需再轉給路由器，否則還需要轉寄給下一個路由器繼續進行處理。

尋找到下一跳ip地址後，還需要知道它的mac地址，這個地址要作為鏈路層資料裝進鏈路層頭部。這時需要arp協議，具體過程是這樣的，尋找arp緩衝，windows下運行arp -a可以查看當前arp緩衝內容。如果裡面含有對應ip的mac地址，則直接返回。否則需要發生arp請求，該請求包含源的ip和mac地址，還有目的地的ip地址，在網內進行廣播，所有的主機會檢查自己的ip與該請求中的目的ip是否一樣，如果剛好對應則返回自己的mac地址，同時將要求者的ip
mac儲存。樣就得到了目標ip的mac地址。

鏈路層

將mac地址及鏈路層控制資訊加到資料包裡，形成Frame，Frame在鏈路層協議下，完成了相鄰的節點間的資料轉送，完成串連建立，控制傳輸速度，資料完整。

物理層

物理線路則只負責該資料以bit為單位從主機傳輸到下一個目的地。

下一個目的地接受到資料後，從物理層得到資料然後經過逐層的解包 到 鏈路層 到 網路層，然後開始上述的處理，在經網路層 鏈路層 物理層將資料封裝好繼續傳往下一個地址。

在上面的過程中，可以看到有一個路由表查詢過程，而這個路由表的建立則依賴於路由演算法。也就是說路由演算法實際上只是用來路由器之間更新維護路由表，真正的資料轉送過程並不執行這個演算法，只查看路由表。這個概念也很重要，需要理解常用的路由演算法。而整個tcp協議比較複雜，跟鏈路層的協議有些相似，其中有很重要的一些機制或者概念需要認真理解，比如編號與確認，流量控制，重發機制，發送接受視窗。 

tcp/ip基本模型及概念

物理層

裝置，中繼器（repeater）,集線器（hub）。對於這一層來說，從一個連接埠收到資料，會轉寄到所有連接埠。

鏈路層

協議：SDLC（Synchronous Data Link Control）HDLC（High-level Data Link Control） ppp協議獨立的鏈路裝置中最常見的當屬網卡，橋接器也是鏈路產品。集線器MODEM的某些功能有人認為屬於鏈路層，對此還有些爭議認為屬於物理層裝置。除此之外，所有的交換器都需要工作在資料連結層，但僅工作在資料連結層的僅是二層交換器。其他像三層交換器、四層交換器和七層交換器雖然可對應工作在OSI的三層、四層和七層，但二層功能仍是它們基本的功能。

因為有了MAC地址表，所以才充分避免了衝突，因為交換器通過目的MAC地址知道應該把這個資料轉寄到哪個連接埠。而不會像HUB一樣，會轉寄到所有滴連接埠。所以，交換器是可以劃分衝突域滴。

網路層

四個主要的協議:   
網際協議IP：負責在主機和網路之間定址和路由資料包。     
位址解析通訊協定ARP：獲得同一物理網路中的硬體主機地址。     
網際控制訊息協議ICMP：發送訊息，並報告有關資料包的傳送錯誤。     
互聯組管理協議IGMP：被IP主機拿來向本地多路廣播路由器報告主機群組成員。

該層裝置有三層交換器，路由器。

傳輸層

兩個重要協議 TCP 和 UDP 。

連接埠概念：TCP/UDP 使用 IP 位址標識網上主機，使用連接埠號碼來標識應用進程，即 TCP/UDP 用主機 IP 位址和為應用進程分配的連接埠號碼來標識應用進程。連接埠號碼是 16 位的不帶正負號的整數， TCP 的連接埠號碼和 UDP 的連接埠號碼是兩個獨立的序列。儘管相互獨立，如果 TCP 和 UDP 同時提供某種知名服務，兩個協議通常選擇相同的連接埠號碼。這純粹是為了使用方便，而不是協議本身的要求。利用連接埠號碼，一台主機上多個進程可以同時使用
TCP/UDP 提供的傳輸服務，並且這種通訊是端到端的，它的資料由 IP 傳遞，但與 IP 資料報的傳遞路徑無關。網路通訊中用一個三元組可以在全域唯一標誌一個應用進程：（協議，本地地址，本地連接埠號碼）。

也就是說tcp和udp可以使用相同的連接埠。

可以看到通過(協議,源連接埠，源ip，目的連接埠，目的ip)就可以用來完全標識一組網路連接。

應用程式層

基於tcp：Telnet(23）,FTP（21）,SMTP（25）,HTTP（88） 
基於udp：RIP(520),NTP(123)，DNS（53）,SNMP（161）,TFTP（69）,NFS（111）