《网络是怎么连接的》读书笔记

书中从输入网址到显示页面信息这个一个流程做了很细节的分析，先列一个提纲：

• 客户端
  • 浏览器
  • socket 库
  • tcp 协议栈
  • ip 协议栈
  • 网卡
• 客户端局域网
  • 双绞线
  • 集线器
  • 交换机
  • 路由器
• 运营商网络
  • 待总结
• 服务器
  • 防火墙
  • 缓存服务器
  • 网卡
  • ip 协议栈
  • tcp 协议栈
  • socket 库
  • web 服务器

客户端

客户端发起一个请求，会经过一下几个过程：

• 解析 url ，获取需要请求的文件。
• dns 解析域名，获取 ip 地址（从跟域名开始查找，例如：a.b.com，先找 com，再找 b，再找 a）。
• 浏览器生成 http 消息，并转交给 socket 库。
• 进入 tcp 协议栈
  • 创建 tcp 头（包括发送方，接收方端口号，ip 等信息）。
  • 根据 tcp 头部信息，找到需要连接的套接字。
  • 连接套接字（3 次握手）。
  • 将大的数据包拆分成小的数据包。
  • 通过传递 ACK 和序号，验证双方收到的信息是否可靠。
  • 滑动窗口，管理 ACK，协商服务器端处理能力。（每一次请求都会返回服务器端剩余的带宽，当服务器带宽很小时，发送方也会减慢上传数据）。
  • 每一个请求响应都会返回服务带宽和 ACK，如果请求很快，则会传输大量的验证信息，tcp 会进行合并处理（即：每次发送带宽信息时，会等待一段时间，如果时间内有其他的链接占用了带宽，也会合并后，发送给客户端）。
  • 拥塞处理，慢开始算法，拥塞避免算法等，在传输开始时将发送窗口慢慢指数级扩大。（避免网络负载过大）。
• 进入 ip 协议栈
  • 根据服务器 ip，包裹 ip 头部。
  • 根据网卡的唯一 mac 地址，包裹 mac 头部。
• 进入网卡
  • 收到 ip 包裹的包，检查以太网可发送状态。
  • 将数据信号的包转换成电信号，通过双绞线发送出去。

客户端局域网

• 信号通过双绞线，到达集线器。
  • 双绞线的作用是为了抑制噪音，防止其他信号干扰。
• 集线器将信号广播到所有端口，这样信号便能到达交换机。
  • 集线器：将一些机器连接起来组成一个局域网。（OSI 第一层，物理层）
• 交换机
  • 交换机又叫交换式集线器：根据 mac 地址表，查找 mac 地址，然后将信号发送到 mac 地址上（mac 地址对应的就是路由器）。
• 路由器
  • 根据收到的包的接收方 ip 地址查询自身的路由表找到输出端口，并将包转发到输出端口（可能是目的地，也可能是下一个路由器）。
  • 地址转换，可以在转发时，对 ip 和端口号进行改写（解决公网 ip 有限问题）
  • 包过滤，可以根据 mac 头，ip 头等，选择转发 or 丢弃包。

路由器和交换机的关系

路由器：将 ip 转发到目标地址的过程。

交换机：将包传给下一个路由器时，需要交换机转发。

路由器是在 ip 层，而交换机在 mac 层。当进行数据传递时，会经过 mac 层，在到 ip 层，如果当前 ip 没有找到目标地址，则会被转发到下一个路由器，仍然是先通过 mac 层，再到 ip 层，直到找到为止。

运营商网络

这一部分设计到了很多硬件知识，我也没有完全理解，以后待完善。

我们在访问一个 IP 时，可能访问到的是一个集群，怎么能够指定某一台机器呢？

这里就用到了子网掩码，子网掩码：将 IP 地址划分成网络地址和主机地址两个部分。子网掩码与 IP 地址都是由 4 个数段组成，每个数段的取值范围是 0-255。如果将每一个数段用二进制表示，可以表示成连续的 1 和 0 组成，连续的 1 表示网络地址，连续的 0 表示主机地址，通过 0 的个数可以计算出子网的容量。

• 主机号：全 0 表示访问整个子网，并不会访问单个机器。
• 主机号：全 1 表示访问所有子网下的机器，类似于广播。

服务器

• 防火墙，对进入的包进行检查，判断是否允许通过。
  • 通过接收方 ip 地址和发送方 ip 地址，进行过滤。
  • 通过接收方端口号和发送方的端口号，进行过滤。
  • 通过三次握手的方向，控制单向连接，例如只允许 web 端->服务器，或者只允许服务器->web 端发起请求。
  • 控制内网 ip，禁止指定 ip 不能访问外网。
  • 控制外网 ip，禁止指定 ip 外网不能访问内网。
• 缓存服务器，如果用户请求的页面已经缓存在服务器上，则代替服务器想用户返回页面数据。
• 网卡将电信号，转换成数字信息，交给协议栈。
• ip 协议栈
  • 判断是不是发给自己的包。
  • 判断网络包是否经过分片。
  • 检查 ip 头部，取出对应的 tcp 数据包。并转交给 tcp 模块。
• tcp 协议栈
  • 根据收到的包的发送方 ip 地址，发送方端口号，接收方 ip 地址，接收方端口号找到相应的套接字。
  • 根据 tcp 头部，取出对应的 http 数据包。
  • 将数据拼合起来并保存在接收缓冲区中。
• 通过 socket 库将原始的 http 数据包转交给 web 服务器。
• web 服务器分析 http 消息的内容。
  • 读取 url，转换为实际文件名。
  • 检查文件访问控制，确保有权限访问文件。
  • 将文件经过处理后，返回给客户端。
  • 客户端根据 content-type 字段来渲染不同的内容。