当咱们在浏览器输出www.baidu.com，回车当前，是怎么显示百度页面的？

首先通过DNS查问IP

首先咱们要晓得查问服务器都是通过IP来查找的，那么第一步就要查问www.baidu.com这个域名对应的IP是什么，这时候就须要去查问DNS服务器，那这个DNS服务器的地址咱们怎么晓得呢？个别DNS服务器地址能够主动获取或者手动设置

DNS服务器地址晓得了，那浏览器是怎么去查DNS服务器的呢？这就须要调用Socket库，外面封装了通过域名查问IP的办法，这个办法里具体做了什么，咱们前面再说，留神一点：查问DNS服务器应用的是UDP，而且DNS服务器不是一台，是很多台组成的DNS服务网互相接力，实现域名查找。

组装HTTP包

www.baidu.com对应的IP咱们拿到了，接下来就要正式开始咱们的旅程了。

首先，浏览器查问这个地址属于http申请，那咱们就要组装对应的http包，http包个别分为申请头和申请体，

在浏览器按f12能够查看每个申请的http报文，如下

因为咱们只是在地址栏输出了www.baidu.com，没有申请体，平时咱们提交表单等其余操作时，在这里能够看到对应的申请体。申请头都是键值对，每个键都有对应的含意。而申请体的格局就各种各样了，个别依据申请头的Content-type字段来决定。

组装TCP包

在组装TCP数据之前，我先解释一下TCP/IP协定，精确来说，它应该是叫TCP/IP协定簇，指的是可能在不同网络间实现信息传输的协定簇，外面包含FTPSMTPTCPUDPIP等等，因为外面TCP和IP具备代表性，所以把它叫做TCP/IP协定。

浏览器在组装好HTTP报文当前，会调用Socket库里相应的办法来把报文委托给TCP/IP协定栈来解决。

  1. 先通过socket(参数)来取得socket描述符。
  2. 通过connect(参数)来和服务端建设链接。
  3. 通过write(参数)来发送数据。
  4. 通过read(参数)来获取数据。
  5. 最初close(描述符)敞开socket。

在解释下面操作之前，咱们要分明TCP是面向连贯的，客户端和服务端通信首先须要建设连贯，而后能力通信。其实这个连贯就是两边的套接字连贯造成一个虚构的管道，下文用socket示意套接字。

发送数据，咱们首先来看一下前三步。

第一步通过socket(参数)来取得socket描述符。先来介绍一下什么是描述符，描述符能够了解为一种事物的索引，例如文件描述符，操作系统如果要操作文件，须要通过文件描述符来拜访文件，socket描述符也是一样，操作socket须要通过socket描述符。前面的操作都是通过socket来实现，所以咱们首先要取得socket描述符。能够通过netstat -ano查看本机创立的socket。

第二步通过connect(参数)来和服务端建设链接。这里就是咱们面试常常被问到的三次握手了，咱们简略的回顾一下什么是三次握手，首先客户端会生成一个SYN比特位为1的TCP包发送给服务端，服务端接管到当前也会发一个SYN比特位为1的TCP包给客户端，然而这个TCP包里还蕴含了一个确认收到客户端包的ACK号，最初客户端收到服务端发过来的包当前会返回一个确认号ACK给服务端，这样客户端和服务端就建设连贯了，客户端的socket和服务端的socket就像是通过一个管道连接起来了。

第三步通过write(参数)来发送数据。连贯建设好当前，就要开始发送数据了，在调用read办法里会将数据委托给TCP模块来解决，TCP模块承受到数据后，会在申请包后面加上TCP头部，外面蕴含发送方和接管方的端口，用来查找具体连贯哪个socket。

TCP模块收到数据并不会马上发送数据，因为数据怎么发送是应用程序来管制的，有的程序是一次性发送所有数据，有的的确逐字节或者逐行发送，如果TCP模块接到数据就马上发送，那可能会呈现发送一堆小包的状况，导致网络效率降落。那TCP在什么时候发送数据呢？当TCP收到数据当前，会放入缓冲区，当数据达到一个网络包的最大长度时，或者期待超过肯定工夫时，就会执行发送操作。

HTTP申请音讯个别不会很长，一个网络包就能装下，但如果申请数据很大，超过了一个网络包的最大容量，这就须要对包进行拆分，拆分后的每个包后面都加上TCP头部，

第四步通过read(参数)来获取数据。和发送数据一样，接管的数据会先暂存在缓冲区，当调用read办法获取数据时，会先从缓冲区中取数据，如果缓冲区中还没有数据，则挂起以后线程，等接管到返回数据当前，先判断数据包是否残缺，如果不残缺则持续接管剩下的数据包，接管完当前按程序连接起来还原出原始的数据，最初将数据交给应用程序。

第五步最初close(描述符)敞开socket。这就是咱们相熟的四次挥手，再来回顾一下四次挥手，当服务器响应音讯后，这时申请过程就完结了，服务器一方会发动断开过程，这是HTTP1.0，如果是HTTP1.1则是客户端发动端口过程，两者只是结尾不一样，过程都是一样的。

首先客户端程序调用close办法，TCP模块会生成蕴含端口信息的TCP头部，外面FIN比特位为1，服务端收到FIN为1的TCP头部时，会将本人的socket标记改为断开状态，而后返回给客户端一个ACK号。服务端同样也会调用close办法来敞开socket，发送一个FIN为1的TCP头部包给客户端，而后客户端会返回一个ACK号给服务端。至此单方就断开连接了。

下面提到的三次握手和四次挥手如图

组装IP包

TCP模块在执行连贯、收发和断开等操作时，都须要委托IP模块将包发送给通信对象。IP模块会在TCP包后面加上IP头部和MAC头部，IP头部里记录了源IP和目标IP，MAC头部里记录了下一个路由设施的MAC地址。这里要明确一点，IP头部是IP协定，而MAC头部是以太网协定（以太网能够简略的了解成局域网）。

IP头部中的IP地址是固定不变的，始终是目标服务器的IP地址，然而MAC头部中的MAC地址是变动的，当申请包达到第一个路由器时，路由器会依据路由表查出下一个路由器的MAC地址，而后将此MAC地址替换原MAC地址，再持续转发。一个申请包从客户端到服务端个别会通过多个路由器。

那是怎么从IP失去MAC地址的呢？这就须要通过ARP(Address Resolution Protocol)来查问，ARP其实就是一种播送，把包发给以太网中所有设施，当其中设施发现包中IP是本人的，就会返回信息通知本人的MAC地址。当然这种每次都播送太耗性能了，所以会有ARP缓存，如果以前查过此IP的MAC地址，那ARP缓存中会有记录，间接查缓存就行了，如果缓存中没有再进行ARP播送。能够通过arp -a命令来查看本地ARP缓存记录。

网卡

IP生成的包只是存在内存中的一串数字信息，无奈间接发送给对方，因而咱们须要将数字信息转换为电或光信号，能力在网线中传输，负责这一步的就是网卡。然而光有网卡还不行，还须要网卡驱动，各种硬件设施都有本人的驱动程序，当然网卡也不例外，驱动程序就是硬件厂商开发的专用程序。

网卡驱动从IP模块获取包之后，会将其复制到网卡内的缓冲区中，而后向MAC模块（这里MAC模块和IP中的MAC头部辨别开）发送发送命令，MAC模块从缓冲区中取出包，并在结尾加上报头和起始帧分界符，在开端加上用于检测谬误的FCS帧校验序列。

用电信号来示意数字信息时，就须要让0和1两种比特别离对应特定的电压和电流，通过电信号来读取数字信息过程则相同。在测量电压和电流时，必须判断每个比特的界线在哪里，如果数字信号有间断的0或者1，则很难判断界线在哪。要解决这个问题，能够增加一个用于参照的时钟信号，它是一串平均变动的电信号。将数字信号和时钟叠加在一起传输就能够了，读取数字信号减去时钟信号就能够了。

集线器

加上报头、起始帧分界符和FCS之后，就能够将包通过网线发送进来了。发送信号分为两种，应用集线器的半双工模式（同一时刻只能发送或者接管）和应用交换机的全双工模式（同一时刻发送和接管能够并行）。当初根本都是交换机的全双工模式了。

在半双工模式下，为了防止信号碰撞，首先要判断网线中是否有其余信号在传输，如果有，则须要期待其余信号传输结束再进行传输，网卡中MAC模块将包从报头到FCS按每个比特转换成电信号，而后由PHY/MAU（两者传输速率不同）模块将信号转换为可在网线中传输的格局后通过网线发送进来。

集线器将信号发送给所有连贯在它下面的线路，传输两头可能因为噪声等烦扰，信号达到接管设施（交换机或路由器）当前可能会失真，传输过程能够通过各种伎俩来缩小烦扰，如双绞线等。接管设施接管到包当前，会通过FCS来校错，如果出错就会抛弃包（TCP模块有重传机制，如果没收到ACK信号，会进行重传）。

交换机

交换机接管到包，首先信号达到PHY/MAU模块（和集线器一样），而后将信号转为通用格局到MAC模块，MAC模块再将信号转为数字信息，而后通过开端的FCS校错。交换机有多个端口，每个端口和计算机中的网卡相似，只是它的端口没有MAC地址，不会校验包是否是传给本人的，而是接管所有的包放入缓冲区中。

交换机中保护着一张MAC地址和端口的映射表。当收到包时，替换机会将发送方MAC地址和连贯的端口记录在映射表中，这样下次接管到包的目标MAC地址是这台机器的话，就能够间接通过映射表找到。有时候也须要删除映射表中的记录，比方笔记本电脑从a区域拿到了b区域，此时映射表中此笔记本的MAC地址还对应a区域的端口，因而保留映射表记录的时候须要设置生效工夫，过了生效工夫会主动删除。

交换机传输信号应用的是全双工模式，也就是发送和接管能够同时进行，而且此模式下，不会发送信号碰撞。

路由器

网络包通过交换机达到路由器，路由器再转发到下一个路由器，这个转发和交换机相似，也是通过查表来判断转发的指标，不过两者还是有区别的，路由器是基于IP设计的，而交换机是基于以太网设计的。

路由器分为转发模块和端口模块，端口模块中蕴含各种端口用来接管和转发网络包，转发模块中有一张路由表，依据包中的IP地址和路由表中信息来指定端口转发。

首先路由器通过端口将包接管进来，这个过程取决于端口对应的通信技术，如果是以太网端口，就依照以太网标准工作，如果是无线局域网端口，就依照无线局域网的标准工作。接管到包当前先判断包中MAC地址是不是本人的，如果不是本人的则间接抛弃，如果是本人的则交给转发模块，接下来转发模块会依据接管到的包的IP头部中接管方IP地址在路由表中查问对应的端口，最初通过对应的端口转发进来。

路由器工作过程看起来和交换机很相似，然而两者还是有区别的，首先路由器各个端口都是有MAC地址和IP地址的，这和计算机中网卡一样，也就是路由器会成为发送方或者接管方。而交换机不是，它的端口没有MAC地址，不会成为发送方或者接管方，交换机用作包的转发。而且交换机是依据MAC头部中的MAC地址来转发的，而路由器是依据IP头部中的IP地址来转发的。

在交换机中，须要匹配MAC地址和地址表中完全一致的记录，而路由器则匹配IP地址中的网络号局部，上面是一张简略的路由器路由表

在这里解释一下什么是子网掩码，IP地址个别分为网络号和主机号，子网掩码就是用来辨别网络号和主机号，比方一个IP地址：10.11.6.54，子网掩码是：255.255.255.0。子网前三位都是255，对应二进制都是1，那前三位示意网络号，前面一位是主机号。那10.11.6.54对应的网络号是10.11.6，主机号是54。

后面说的路由器只匹配IP地址中的网络号局部，那IP地址是10.11.6结尾的都会匹配到第一条记录。如果找不到匹配记录，则会匹配最初一个0.0.0.0默认路由。

路由器包的转发和计算机相似，先查问路由表中对应的转发记录，如果对应的网关是IP，则下一个转发地址就是这个网关IP，如果网关地址是空的，则下一个转发地址是包中目标IP，而后通过ARP获取IP对应的MAC地址，接着改写原包中MAC头部中目标IP的MAC地址。

个别路由器前面连着互联网，转发端口连着ADSL（电话线）或者FTTH（光纤）等等。

互联网接入路由器

信号从以太网路由器达到互联网接入路由器进入互联网。

互联网接入路由器根本工作流程和以太网路由器一样，然而其中会有一点区别。互联网接入路由器接管到以太网包当前，会取出IP包，而后会在其头部加上MAC头部（BAS的MAC地址）、PPPoE头部和PPP头部，而后发给ADSL Modem(猫)。

ADSL Modem（猫）

ADSL Modem叫做调制解调器，因电话线中传递的只能是模仿电信号，而猫能够将数字信号转换为模仿电信号。

ADSL Modem接管到互联网接入路由器传过来的包当前，会将包拆分成很多个信元（十分小的数据块），而后将这些信元转换成电信号发送进来。这里的电信号和以太网中的电信号有点不一样，以太网中应用的是方波，而这里应用的是圆滑波。

ADSL Modem将信元转换成电信号当前，信号会进入分离器，而后ADSL信号会和电话信号一起从电话线传输进来，这个分离器的作用就是将ADSL信号和电话信号拆散。

信号从分离器进去当前会通过室内电话线，而后达到电线杆上的电话电缆。接着信号会达到电话局中的DSLAM，这是电话局用的多路ADSL Modem，用来将很多个ADSL Modem的性能集中在一起。达到DSLAM后，信号会还原成数字信号。

信号从DSLAM进去后会达到一个叫BAS的包转发设施，BAS会将信元还原成原始的包，它会将包后面的MAC头部和PPPoE头部抛弃（这两个头部就是用来找BAS的，此时它们的工作实现了，能够被抛弃了），而后在包的后面加上隧道专用头部（L2TP），并发送到隧道的进口。

所谓隧道，就相似于socket之间建设的TCP连贯，数据从一端进入，会一成不变的从另一个进口进去，隧道也是如此。隧道有几种实现形式，TCP连贯就是其中一种实现形式，这种形式须要在网络上的两台隧道路由器之间建设TCP连贯，而后将两端的socket当作是路由器的端口，并从这个端口收发数据，这时的TCP就像是一根网线，包从这里穿过达到另一端。

运营商互联网

数据从隧道路由器达到运营商路由器后就进入了运营商互联网，在运营商互联网中也会有多个运营商，它们通过IX（互联网替换核心）相连，这个IX和咱们分布式系统中的注册核心有点相似，如果要连贯其余运营商，必须通过IX来连贯。由此可见，IX在运营商互联网中还是相当重要的，所以对于它，要做到高可用，首先IX的部署场地须要具备自主发电的能力，避免停电等起因，还必须具备抗震能力，个别具备这样能力的大楼外面都可能有IX设施。

在各个运营商外部是通过NOC（网络运行核心）来连贯的，各个POP（接入点）通过NOC来连贯。简略点来说，POP用来连贯外网零碎（客户端和服务端），运营商外部各个POP通过NOC来连贯，而各个运营商的NOC又通过IX来彼此连贯。

防火墙

数据从运营商互联网到服务器时，两头会通过防火墙，这个防火墙和个人电脑中的防火墙不一样，它是一个硬件设施，然而作用和电脑中防火墙差不多。

应用防火墙次要是为了平安，它只容许发往特定服务器中的特定程序的包通过，而后屏蔽其余的包。然而互联网中各种各样的包，怎么分辨哪些能够通过，哪些须要屏蔽呢？这就须要用到一些过滤规定。如果有这样的需要，web服务器能够被外网拜访，然而web服务器自身不能拜访外网，这种需要要怎么定义规定呢？

定义规定个别通过网络包中的IP头部和TCP头部来管制。首先管制web服务器能被外网拜访，规定能够定义成：发送方IP和端口能够是任意的，然而接管方IP和端口必须是web服务器的IP和端口。而后管制web服务器自身不能拜访外网，有人会把规定定义成：发送方的IP和端口是web服务器的则禁止。这样是不行的，因为如果这样定义，那外网拜访web服务器将收不到响应，这样必定是不行的。那应该怎么定义呢？后面说过，申请拜访首先要建设TCP连贯，咱们能够限度web服务器连贯外网，然而容许外网连贯web服务器。再来回顾一下连贯是怎么连贯的，第一步申请方发送SYN=1,ACK=0，而后应答方返回SYN=1,ACK=1，最初申请方发送SYN=1,ACK=1，咱们只有限度web服务器发送的第一个包就行了，当发现TCP头部中SYN=1,ACK=0的话，而且发送方是web服务器的IP和端口，就限度这个包的发送，如果TCP头部中SYN和ACK是其余的话就放行。这样就限度了web服务器申请外网，而外网能够申请web服务器。

防火墙能够依据包的终点和起点来管制，然而无法控制申请数据中的守法字符等，这种就须要应用程序本人来限度了。

负载平衡

当外网拜访web服务器的时候，其实申请个别都会通过一层负载服务器，这是为了将一台web服务器的申请压力摊派到多台服务器上。网络包中的接管方IP和端口也是负载服务器的IP和端口，而后负载服务器依据端口或者其余一些规定将申请转发到实在的应用服务器。

达到服务器

当网络包通过负载服务器达到web服务器之后，服务器就会接管到这个包进行解决。首先说一些服务器和客户端有什么异同，在网卡，协定栈，Socket库等方面，两者是一样的，然而在Socket库的用法上是不同的，客户端是发动连贯，而服务器是期待连贯。客户端发送数据是应用的随机端口，而服务端接管申请，则须要绑定一个固定端口。

服务器接收数据过程就是将客户端发送数据反过来，首先网卡将电信号或者光信号转换为数字信号，而后依据包开端的FCS校错，正确的话就将数字信息保留在网卡缓冲区中，而后网卡驱动开始工作，将缓冲区中数据读取进去，交给TCP/IP协定栈来解决，接着IP模块查看IP头部，看看这个包是不是传给本人的，确认之后再将包转交给TCP模块解决。接着TCP模块查看TCP头部，如果其中SYN=1，则这个包是用来建设连贯的，而后返回连贯相干信息给客户端；如果接管到的是数据包，则依据发送方IP、接管方IP、接管方端口号和发送方端口号来找到对应的socket，而后将数据交给socket来解决，这样数据就会进入应用程序，最初依据申请内容向客户端浏览器返回相应的数据。

至此，数据就从咱们的浏览器达到了服务器，大抵过程如下图，如需查看原图，可在公众号回复“网络传输”

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