網路編程（3）——初探HTTP協議

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背景我們在網路編程（1）中知道：電腦之間的通訊可以利用URL手段來定位資源。這種手段是基於TCP/IP協議族來實現的。所謂基於TCP/IP協議族，其實（1）中擷取網路資源定位來理解比較好，從IP和連接埠來理解：

• IP協議是電腦用來相互識別的通訊的一種機制，每台電腦都有一個IP.用來在網際網路上標識這台電腦。IP協議僅僅是允許電腦相互發訊息，但它並不檢查訊息是否以發送的次序到達而且沒有損壞（只檢查關鍵的頭資料）。為了提供訊息檢驗功能，直接在IP協議上設計了傳輸控制通訊協定TCP協議。
• TCP協議確保資料包以正確的次序到達，並且嘗試確認資料包的內容沒有改變。TCP在IP地址之上引連接埠（port），它允許電腦通過網路提供各種服務。一些連接埠號碼為不同的服務保留，而且這些連接埠號碼是眾所周知。

 一般地，這兩個協議是一起工作的。TCP 負責應用軟體（瀏覽器）和網路軟體（服務端上的）之間的通訊。IP 負責電腦之間的通訊。TCP 負責將資料分割並裝入 IP 包，IP 負責將包發送至接受者，傳輸過程要經IP路由器負責根據通訊量、網路中的錯誤或者其他參數來進行正確地定址，然後在它們到達的時候重新組合它們。
HTTP協議（HyperText Transfer Protocol，超文字傳輸通訊協定 (HTTP)）是用於從WWW伺服器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協議。它可以使瀏覽器更加高效，使網路傳輸減少。它不僅保證電腦正確快速地傳輸超文字文件，還確定傳輸文檔中的哪一部分，以及哪部分內容首先顯示(如文本先於圖形)等。HTTP是基於TCP協議之上（藉助網上的圖片）網路模型
響應模型

由於HTTP是一個無狀態的協議。無狀態是指客戶機（Web瀏覽器）和伺服器之間不需要建立持久的串連，這意味著當一個用戶端向伺服器端發出請求，然後伺服器返迴響應(response)，串連就被關閉了，在伺服器端不保留串連的有關資訊.HTTP遵循請求(Request)/應答(Response)模型。客戶機（瀏覽器）向伺服器發送請求，伺服器處理請求並返回適當的應答。所有HTTP串連都被構造成一套請求和應答。工作流程一下測試資料全部使用抓包工具Wireshark  點擊下載抓包工具

（1）網域名稱解析地址

從網路編程（1）看到，我們訪問www.baidu.com只是一個網域名稱，需要一個“網域名稱系統”幫我們找到真實的IP地址。一般的，會從我們的瀏覽器DNS緩衝中，查看我們之前是否有訪問過這個網站，如果有就找到對應的IP條目進行訪問；如果沒有則預設會從自己的主機host檔案（位於C:\Windows\System32\drivers\etc）中尋找，如果有就直接存取；如果沒有這時就需要請求我們本地配置的DNS伺服器（這個一般是我們的網路供應商提供的），發起網域名稱解析請求（通過的是UDP協議向DNS的53連接埠發起請求，這個請求是遞迴的請求），電訊廠商的DNS伺服器首先尋找自身的緩衝，找到對應的條目，且沒有到期，則解析成功。如果沒有找到對應的條目，則有電訊廠商的DNS代我們的瀏覽器發起迭代DNS解析請求。首先先從根域的DNS的IP地址（A），問A“www.baidu.com的IP地址是多少？”A一看發現不知道這個的IP地址是多少，不過他知道B管“com”這類頂級域的IP地址，於是告訴讓我去找B。找到B後問他“www.baidu.com的IP地址是什嗎？”然而B只知道“baidu.com”這類許可權網域名稱歸C管，讓我去找C。於是又跑到C那裡問“www.baidu.com的IP地址是什嗎？”，最後C在自己的伺服器上一查發現有對應的IP條目，就返回告訴了我們。並返回給Windows系統核心，核心又把結果返回給瀏覽器，終於瀏覽器拿到了並緩衝起來。

（2）發起TCP的3次握手

那麼我們進過（1）步驟解析出IP地址之後，我們需要在兩個主機之間建立串連，分為3次握手。

• Client首先發送一個串連試探，ACK=0 表示確認號無效，SYN = 1 表示這是一個串連請求或串連接受報文，同時表示這個資料報不能攜帶資料，seq = x 表示Client自己的初始序號（seq = 0 就代表這是第0號包），這時候Client進入syn_sent狀態，表示用戶端等待伺服器的回複

•  Server監聽到串連請求報文後，如同意建立串連，則向Client發送確認。TCP報文首部中的SYN 和 ACK都置1 ，ack = x + 1表示期望收到對方下一個報文段的第一個資料位元組序號是x+1，同時表明x為止的所有資料都已正確收到（ack=1其實是ack=0+1,也就是期望用戶端的第1個包），seq = y 表示Server 自己的初始序號（seq=0就代表這是伺服器這邊發出的第0號包）。這時伺服器進入syn_rcvd，表示伺服器已經收到Client的串連請求，等待client的確認。
  

•  Client收到確認後還需再次發送確認，同時攜帶要發送給Server的資料。ACK 置1 表示確認號ack= y + 1 有效（代表期望收到伺服器的第1個包），Client自己的序號seq= x + 1（表示這就是我的第1個包，相對於第0個包來說的），一旦收到Client的確認之後，這個TCP串連就進入Established狀態，就可以發起http請求了。
  

（3）建立TCP串連後發起http請求

查看http請求內容（紅框分別為請求行和請求前序）
（4）伺服器響應http請求，瀏覽器得到html代碼

 經過（1）-（4）之後 瀏覽器解析html代碼，並請求html代碼中的資源（圖片等）並對頁面進行渲染呈現給使用者。我們從請求前序裡面看到Connection：keep-alive。一般來說一個串連請求完畢後會釋放TCP串連。由於與伺服器頻繁的互動，所以keep-alive能夠保持與伺服器的“串連”，無需每次都斷開，減少開銷。

傳輸模型
從我們可以看到，依次從高層對資料進行分裝知道最底層鏈路層，其傳輸路徑為

用戶端將請求封裝成http資料包-->封裝成Tcp資料包-->封裝成Ip資料包--->封裝成資料幀--->硬體將幀資料轉換成bit流（位元據）-->最後通過物理硬體（網卡晶片）發送到指定地點；伺服器硬體首先收到bit流，然後轉換成ip資料包。於是通過ip協議解析Ip資料包，然後又發現裡面是tcp資料包，就通過tcp協議解析Tcp資料包，接著發現是http資料包通過http協議再解析http資料包得到資料。

總結特點

• 模式：支援客戶/伺服器。（用戶端←→服務端）
• 簡單靈活：客戶向伺服器請求服務時，只需傳送要求方法和路徑。要求方法常用的有GET、POST等方法，方法規定了客戶與伺服器聯絡的類型不同。同時HTTP允許傳輸任意類型的資料對象。正在傳輸的類型由Content-Type加以標記。
• 無串連：不需連線的含義是限制每次串連只處理一個請求。伺服器處理完客戶的請求，並收到客戶的應答後，即中斷連線。
• 無狀態：無狀態是指協議對於交易處理沒有記憶能力。缺少狀態意味著如果後續處理需要前面的資訊，則它必須重傳。

網路編程（3）——初探HTTP協議