HTTP基础02：了解Web及网络基础

Last updated on January 2, 2025 am

了解Web及网络基础

1. 使用HTTP协议访问Web

URL输入与页面显示：当用户在浏览器地址栏中输入URL时，浏览器会向指定的Web服务器发送请求，获取相应的资源（如HTML文件、图片等），并将这些资源渲染成用户可见的Web页面。
客户端与服务器：浏览器作为客户端，负责向服务器发送请求并接收响应。服务器则存储资源并响应客户端的请求。这种请求-响应模式是Web通信的基础。

HTTP协议：HTTP（超文本传输协议）是Web通信的核心协议，定义了客户端和服务器之间的通信规则。它基于请求-响应模型，客户端发送请求，服务器返回响应。HTTP协议是无状态的，意味着每次请求都是独立的，服务器不会保留之前的请求信息。

2. HTTP的诞生

背景：1989年，Tim Berners-Lee在CERN提出了WWW（万维网）的概念，旨在通过互联网实现全球知识共享。他提出了超文本（HyperText）的概念，即文档之间可以通过链接相互关联，形成一个巨大的信息网络。
WWW构建技术：WWW的构建依赖于三大核心技术：
- HTML（超文本标记语言）：用于创建和格式化Web页面。
- HTTP（超文本传输协议）：用于在客户端和服务器之间传输数据。
- URL（统一资源定位符）：用于定位互联网上的资源。
Web的成长：1990年，CERN成功研发了世界上第一台Web服务器和Web浏览器。1993年，NCSA Mosaic浏览器问世，它支持内联图像显示，迅速在全球流行。1994年，Netscape Navigator发布，成为当时最流行的浏览器。1995年，微软发布了Internet Explorer，开启了浏览器大战。
HTTP版本：
- HTTP/0.9：1990年发布，功能极为简单，仅支持GET请求。
- HTTP/1.0：1996年发布，引入了更多的请求方法（如POST、HEAD）和头部字段，支持多种内容类型。
- HTTP/1.1：1997年发布，是目前最广泛使用的版本，支持持久连接、分块传输编码等特性。
- HTTP/2.0：正在制定中，旨在提高性能，支持多路复用、头部压缩等新特性。

3. 网络基础TCP/IP

TCP/IP协议族：TCP/IP是互联网的基础协议族，定义了计算机如何在网络上进行通信。HTTP协议是TCP/IP协议族的一部分，依赖于TCP/IP进行数据传输。

为什么需要 TCP/IP？
- 背景：互联网是由全球数以亿计的计算机和网络设备组成的复杂网络。为了让这些设备能够相互通信，必须有一套统一的规则和协议。TCP/IP 协议族就是为此而设计的，它定义了计算机和网络设备之间如何通信、如何传输数据、如何寻址等一系列规则。
- 跨平台通信：不同的计算机可能使用不同的硬件、操作系统和网络技术。TCP/IP 协议族提供了一种标准化的通信方式，使得这些异构系统能够无缝地进行数据交换。
- 模块化设计：TCP/IP 协议族采用分层设计，每一层负责特定的功能。这种模块化的设计使得协议族易于扩展和维护，某一层的改动不会影响其他层的功能。
分层管理的优点
- 简化设计：分层设计将复杂的网络通信问题分解为多个相对简单的子问题，每一层只需关注自己的任务，无需了解其他层的细节。
- 易于维护和扩展：如果某一层的协议需要更新或替换，只需修改该层的实现，而不会影响其他层。例如，传输层的 TCP 协议可以独立于应用层的 HTTP 协议进行优化。
- 灵活性：分层设计允许不同的协议在同一层中并存。例如，传输层可以使用 TCP 或 UDP，具体选择取决于应用的需求。
- 标准化接口：每一层之间通过标准化的接口进行通信，确保了不同厂商的设备能够互操作。
分层管理：TCP/IP协议族分为四层：
- 应用层：提供应用程序之间的通信服务，如HTTP、FTP、DNS等。
- 传输层：负责端到端的数据传输，主要协议有TCP和UDP。
- 网络层：处理在网络上流动的数据包。数据包是网络传输的最小数据单位。该层规定了通过怎样的路径（所谓的传输路线）到达对方计算机，并把数据包传送给对方。
- 链路层：硬件部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC（Network Interface Card，网络适配器，即网卡），及光纤等物理可见部分（还包括连接器等一切传输媒介）。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。
通信传输流
- 用 HTTP 举例来说明，首先作为发送端的客户端在应用层（HTTP 协议）发出一个想看某个 Web 页面的 HTTP 请求。
- 接着，为了传输方便，在传输层（TCP 协议）把从应用层处收到的数据（HTTP 请求报文）进行分割，并在各个报文上打上标记序号及端口号后转发给网络层。
- 在网络层（IP 协议），增加作为通信目的地的 MAC 地址后转发给链路层。这样一来，发往网络的通信请求就准备齐全了。
- 接收端的服务器在链路层接收到数据，按序往上层发送，一直到应用层。
- 当传输到应用层，才能算真正接收到由客户端发送过来的 HTTP 请求。

发送端在层与层之间传输数据时，每经过一层时必定会被打上一个该层所属的首部信息。反之，接收端在层与层传输数据时，每经过一层时会把对应的首部消去。
这种把数据信息包装起来的做法称为封装（encapsulate）。

4. 与HTTP关系密切的协议：IP、TCP和DNS

IP协议：IP（网际协议）位于网络层，负责将数据包从源地址传输到目的地址。IP协议依赖于IP地址和MAC地址进行通信。IP地址是逻辑地址，可以变化，而MAC地址是物理地址，通常不变。IP协议使用ARP（地址解析协议）来根据IP地址查找对应的MAC地址。
TCP协议：TCP（传输控制协议）位于传输层，提供可靠的字节流服务。它将大数据分割成小的报文段进行传输，并通过三次握手确保数据的可靠传输。TCP还提供了流量控制、拥塞控制等机制，确保数据传输的稳定性。
DNS服务：DNS（域名系统）位于应用层，负责将域名解析为IP地址。用户通常使用域名访问网站，而不是直接使用IP地址，因为域名更易于记忆。DNS服务通过域名查找IP地址，或从IP地址反查域名。

数据包发送

数据包发送的过程：

发送端准备发送数据包：
- 发送端想要将数据包发送到IP地址为192.0.43.10的目的地。
- 发送端使用ARP（地址解析协议）来解析目标IP地址对应的MAC地址。
ARP解析过程：
- 发送端通过ARP协议尝试解析目标IP地址192.0.43.10的MAC地址，但此时还未成功解析到具体的MAC地址。
先将数据包发送给路由器：
- 由于ARP解析未完成，发送端先将数据包发送给一个中间路由器，该路由器的MAC地址为00-XX-C6-6B-XX-XX。
第一次转发：
- 路由器接收到数据包后，进行第一次转发。路由器将数据包转发给下一个路由器，其MAC地址为00-XX-B5-A5-XX-XX。
第二次转发：
- 第二个路由器接收到数据包后，进行第二次转发。此时，路由器已经知道目标IP地址192.0.43.10的具体MAC地址为00-XX-A6-6B-XX-XX。
- 路由器将数据包转发给最终的目标接收端。
数据包到达接收端：
- 最终，数据包成功到达接收端，接收端的IP地址为192.0.43.10，MAC地址为00-XX-A6-6B-XX-XX。

总结：

数据包从发送端出发，通过多个路由器的转发，最终到达目标接收端。
在这个过程中，ARP协议用于解析目标IP地址的MAC地址，确保数据包能够正确送达目的地。

三次握手

字节流服务：TCP 位于传输层，提供可靠的字节流服务。为了方便传输，将大块数据分割成以报文段（segment）为单位的数据包进行管理。

三次握手

发送端首先发送一个带 SYN 标志的数据包给对方。
接收端收到后，回传一个带有 SYN/ACK 标志的数据包以示传达确认信息。
最后，发送端再回传一个带 ACK 标志的数据包，代表“握手”结束。

若在握手过程中某个阶段莫名中断，TCP 协议会再次以相同的顺序发送相同的数据包。

5. 负责域名解析的DNS服务

DNS功能：DNS的主要功能是将人类可读的域名转换为计算机可识别的IP地址。例如，当用户输入www.example.com时，DNS会将其解析为对应的IP地址，如192.0.2.1，以便浏览器能够与服务器建立连接。
用户习惯：用户通常使用域名访问网站，因为域名比IP地址更容易记忆。DNS服务使得用户无需记住复杂的IP地址，只需输入简单的域名即可访问资源。

6. 各种协议与HTTP协议的关系

HTTP通信过程：当用户访问一个Web页面时，首先通过DNS解析域名获取IP地址，然后通过IP协议找到目标服务器，接着通过TCP协议建立可靠的连接，最后通过HTTP协议发送请求并接收响应。整个过程涉及多个协议的协同工作。
协议协作：DNS负责域名解析，IP协议负责寻址，TCP协议确保数据传输的可靠性，HTTP协议则负责生成请求和处理响应。这些协议共同构成了Web通信的基础。

1.7 URI和URL

URI与URL：URI（统一资源标识符）是用于标识互联网上资源的字符串，而URL（统一资源定位符）是URI的子集，表示资源的具体位置。URL是用户在浏览器中输入的地址，如http://www.example.com。
URI格式：URI的格式包括协议方案、登录信息、服务器地址、端口号、文件路径、查询字符串和片段标识符。例如，http://user:password@www.example.com:80/path/to/resource?query=string#fragment。
RFC标准：HTTP协议通常遵循RFC（Request for Comments）标准，RFC是互联网技术标准文档。虽然大多数应用程序遵循RFC标准，但某些应用程序可能会扩展或偏离标准，导致兼容性问题。