从输入url到页面展示到底发生了什么

计算机网络

1. 前言

Google应该是开发者平日里用得最多的网站之一，今早笔者在浏览器地址栏里键入www.google.com的时候，突然想了解下这背后的网络通信过程究竟是怎么样的。毕竟自己也算是一名Web开发工程师，光是TCP/IP的书也看过不少，但是至始自终却从未思考过这个问题，所以话不多说，让我们来一次深入体验吧。由于Google比较特殊，我们就用news.cnblogs.com站点做一个介绍好了。

本文适合具有一定的计算机网络相关背景知识的读者，不过只要最低不要比笔者还低就行。笔者在这方面大概战五渣的水平。

2. 网络通信过程

1. 域名解析

互联网上穿梭的数据包基本都是IP包，所以笔者与博客园新闻站点服务器传输的也是IP包，那么我们就需要博客园新闻站点服务器的IP地址。对于浏览器的使用者来说，我们只需要告诉浏览器我们需要的地址（在地址栏键入域名），那么之后解析IP地址的任务就会由浏览器代劳了。

IP包的格式为IP+TCP+HTTP。

浏览器程序通知DNS进程，请帮忙解析news.cnblogs.com的地址，此时解析IP地址的任务就由浏览器交给了DNS进程。

1. DNS进程先检查自己的程序缓存，查看是否有news.cnblogs.com对应的IP地址，如果有，则直接返回给浏览器；否则，进入第2步。
2. 检查本地的host文件，如果有对应的IP地址，依然选择直接返回给浏览器；否则，进入第3步。
3. 检查本地的DNS服务器设置并发给消息给它，由它帮忙查找，这时解析IP地址的任务就由DNS进程交给了远程的DNS服务器。
   
   • DNS进程发送查询报文 "query news.cnblogs.com" 至DNS服务器，DNS服务器首先检查自身缓存，如果存在记录则直接返回结果。
   • 如果记录老化或不存在，则DNS服务器向根域名服务器发送查询报文"query news.cnblogs.com"，根域名服务器返回.com域的权威域名服务器地址，这一级首先会返回的是顶级域名的权威域名服务器。
   • DNS服务器向.com域的权威域名服务器发送查询报文"query news.cnblogs.com"，得到.cnblogs.com域的权威域名服务器地址。
   • DNS服务器向.cnblogs.com域的权威域名服务器发送查询报文"query news.cnblogs.com"，得到主机news的记录，存入自身缓存并返回给DNS进程。
   • DNS进程将查询返回的IP地址 114.55.49.182 存入自身缓存并返回给浏览器。

2. HTTP打包

浏览器将我们访问news.cnblogs.com的请求打包成HTTP格式，然后将打包好的HTTP包和IP地址告诉TCP进程。

TCP进程和IP进程在本文中是一个抽象概念，专指操作系统内核对TCP/IP协议族的实现。

HTTP 是一个客户端和服务器端请求和响应的标准TCP。

3. 三次握手

TCP进程作风稳健，所以并不会轻易地将HTTP包和IP地址发给IP进程，所以这就引出了TCP通信三次握手。三次握手中，TCP进程决定先不发HTTP包，而是先要确保自己的IP包能够被远程服务器正常接收，同时，远程服务器的IP包也能被己方机器正常接收。

TCP进程：洞腰洞腰，我是洞拐，听到请回话
Cnblogs服务器：洞拐洞拐，我是洞腰，我听到了
TCP进程：OK，我听到你说话了。

4. HTTP数据传输

所谓兵马未动，粮草先行，还没真正进行数据交流呢，双方就已经传递了三个IP包了。不过这样一来，双方都能听到对方的回复了。现在TCP进程可以委托IP进程安心大胆地发送包含HTTP数据的IP包了。

这里还有一个问题，由于发送的IP包都是通过分组交换发出的，所以TCP进程怎么知道哪个IP包被服务端正确地接收了呢。这里就引出了SEQ和ACK的概念。

SEQ=Sequence Number
ACK=Acknowledge Number

这两个字段分别被包裹在TCP头部（别忘了我们的IP包组成结构）。比如我们每次要传输1000字节的数据，初始序列号为1，那么就将SEQ设置为1，然后本地的TCP进程就把这1000个字节打包，然后层层地封装、传输，并最终到达服务器TCP进程。

讲完了SEQ的作用，ACK的作用呢？顾名思义，它是用来“确认收货”的。比如说假如我们发起了一个POST请求，第一次传输的报文中含有1000个字节的信息，服务端在接收到之后那么就将ACK标为1001，表示确认收到并返回给客户端（没有任何数据，只是一个IP+TCP而已），这样客户端可以安心传输第二波从1001序列号开始的数据了。当然啦，我们只是访问news.cnblogs.com站点界面，只是普通的HTTP GET请求而已。

接下来，我们静待news.cnblogs.com站点界面的返回即可。在这个过程中，存在一去一回表示数据和确认的两个IP包。

5. 服务器传回网页

cnblogs新闻站点服务器将首页封装成HTTP格式，通过TCP进程按照类似第4步的流程返回给我们的机器。这一个过程，数据传输也是基于分组交换的方式。所以又是两个IP包（只考虑一次传输）。

6. 释放TCP连接

经过两边不断的“交易”，网页数据终于基本传输完毕了，我们的浏览器也根据报文内容渲染出了最终的界面。但是这就结束了吗？显然还没有，我们还需要释放TCP连接以回收资源。

计算机上建立了大量TCP连接却没有释放可是要出大问题的，《使用HttpClient的优解》

不同于通信连接阶段的三次握手，释放TCP连接则是四次握手。类比通信的一端有一个数据传输口和一个数据接收口，分别是另一端的数据接收口和数据传输口，这两根管道需要依次被关闭。

TCP进程：洞腰洞腰，我是洞拐，数据传输完毕，我要关闭连接我的数据传输口了
Cnblogs服务器：洞拐洞拐，我是洞腰，我听到了，你关闭吧
（TCP进程默默关闭数据传输口（Cnblogs服务器的数据接收口））
Cnblogs服务器：洞拐洞拐，我是洞腰，数据传输完毕，我要关闭连接我的数据传输口了
TCP进程：洞腰洞腰，我是洞拐，我听到了，你关闭吧
（Cnblogs服务器默默关闭数据传输口（TCP进程的数据接收口））

不考虑超时重传，这里又用了4个IP包。

让我们用一张图作为本次数据传输的总结。其中SYN（synchronous）是TCP/IP建立连接时使用的握手信号。

从图上也可以很直观的看出，本次通信总共用了3+2*2（双向通信）+4=11个IP包。

3. 参考资料

1. 计算机是如何聊天的？
2. 互联网协议入门
3. 如何生动形象、切中要点地讲解 OSI 七层模型和两主机传输过程?