访问一个网页的全过程(超详细版)

2024年1月6日 223次阅读来源: 小包同学666

引言
思考：请尽可能详细的写出从浏览器地址栏输入https://www.taobao.com之后到返回首页内容的整个过程中的交互细节。
这是我刚开始工作的时候，leader给的思考题，当时也是花了好多功夫才总结出来的，所以想记录一下。这个题目我在校招的时候也被问过，算是很重要的知识点了。

应用层开始

1.在浏览器输入https://www.taobao.com

浏览器接收url开启网络请求线程,URL包括以下部分

protocol：协议头https
host：主机域名www.taobao.com
port：端口号(默认)
path：无
query：无
fragment：无

https协议

https协议是基于http协议开发的,是比http更安全的协议,在http协议的基础上增加了SSL/TLS加密

2.DNS获取IP地址

一般，如果平台配备了负载均衡的话，前一步DNS解析获得的IP地址应该是Nginx负载均衡服务器的IP地址。所以，之后会将我们的网页请求发送到了Nginx负载均衡服务器上。
Nginx根据我们设定的分配算法和规则，选择一台后端的真实Web服务器，与之建立TCP连接、并转发我们浏览器发出去的网页请求。

寻找IP地址过程:

请求一旦发起，浏览器首先要做的事情就是解析这个域名，一般来说，浏览器会首先查看本地硬盘的 hosts 文件，看看其中有没有和这个域名对应的规则，如果有的话就直接使用 hosts 文件里面的 ip 地址。
如果在本地的 hosts 文件没有能够找到对应的 ip 地址，浏览器会发出一个 DNS请求到本地DNS服务器。本地DNS服务器一般都是你的网络接入服务器商提供，比如中国电信，中国移动。
查询你输入的网址的DNS请求到达本地DNS服务器之后，本地DNS服务器会首先查询它的缓存记录，如果缓存中有此条记录，就可以直接返回结果，此过程是递归的方式进行查询。如果没有，本地DNS服务器还要向DNS根服务器进行查询。
DNS根服务器没有记录具体的域名和IP地址的对应关系，于是告诉本地DNS服务器，你可以到域服务器上去继续查询，并给出域服务器的地址。这种过程是迭代的过程。
本地DNS服务器继续向域服务器发出请求，在这个例子中，请求的对象是.com域服务器。.com域服务器收到请求之后，也不会直接返回域名和IP地址的对应关系，而是告诉本地DNS服务器，你的域名的解析服务器的地址。
最后，本地DNS服务器向域名的解析服务器发出请求，这时就能收到一个域名和IP地址对应关系，本地DNS服务器不仅要把IP地址返回给用户电脑，还要把这个对应关系保存在缓存中，以备下次别的用户查询时，可以直接返回结果，加快网络访问。如果url里不包含端口号，则会使用该协议的默认端口号。

3.根据HTTP协议生成HTTP请求报文

HTTP报文一般包括了：请求/响应行，请求/响应头部，空白行，请求体/响应数据。

请求

【请求行】请求方法空格请求资源地址(URI、无域名) 空格 HTTP版本空格 CRLF(换行符)
【请求头】标识:内容 CRLF(换行符)
【空一行】(表示请求头结束)
【请求主体】（即请求正文，用户的主要数据。POST方式时使用，GET无请求主体）

响应

【响应行】HTTP版本空格状态码空格状态码的文本描述空格 CRLF(换行符)
【响应头】标识:内容 CRLF(换行符)
【空一行】(表示响应头结束)
【响应主体】所谓响应主体，就是服务器返回的资源的内容。即整个HTML文件。

4.TLS进行加密,提供保密性和数据完整性

(1)TLS是对SSL的改进,目标是为了更安全,可以确保数据发送到正确的客户端和服务器,途中防止被窃取,并且数据在过程中不发生改变.

TLS 使用“消息认证代码的密钥散列法”，当记录在开放的网络（如因特网）上传送时，该代码确保记录不会被变更。
增强的伪随机功能（PRF）：PRF生成密钥数据。在TLS中，PRF使用两种散列算法保证其安全性。如果任一算法暴露了，只要第二种算法未暴露，数据仍然是安全的。
TLS提供更多的特定和附加警报，以指示任一会话端点检测到的问题。

(2)TLS协商过程

客户端发出请求(ClientHello)，客户端表达想跟服务端安全进行通话
服务器回应 (ServerHello)，服务器收到并返回给客户端证书,拿去验证身份
客户端回应Certificate Verify),客户端验证证书的真实性,如果有误发出警告并断开链接,如果无误,客户端就会取出公钥并把秘密消息加密发送至服务端
服务端最后回应(Server Finish),用私钥将客户端消息解密,然后处理并加密发给客户端,这时加密通道已经建立成功了.双方可以进行加密传输了.

应用层结束

在应用层将要发送的数据内容形成了应用层的报文data,发送到传输层

传输层开始

5.TCP三次握手

握手过程:

第一次握手：客户端给服务端发一个 SYN 报文，并指明客户端的初始化序列号 ISN©。此时客户端处于 SYN_Send状态。
第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 报文之后，会以自己的 SYN 报文作为应答，并且也是指定了自己的初始化序列号 ISN(s)，同时会把客户端的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示自己已经收到了客户端的 SYN，此时服务器处于 SYN_REVD的状态
第三次握手：客户端收到 SYN 报文之后，会发送一个 ACK 报文，当然，也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了服务端的 SYN 报文，此时客户端处于 establised状态。
服务器收到 ACK 报文之后，也处于 establised 状态，此时，双方以建立起了链接。

通俗点说就是:

客户端想要跟服务端进行通信,首先告知服务端一声:“我想跟你通信”
服务端收到客户端的连接请求,回一个确认消息:“我知道了,你现在能连吗?”
客户端收到服务端的确认消息后,礼貌的告知一下服务端:“好的,咱们开始通信吧”

传输层结束

这些数据通过传输层发送，比如tcp协议。所以它们会被送到传输层处理，在这里报文打上了传输头的包头，主要包含端口号，以及tcp的各种制信息，这些信息是直接得到的，因为接口中需要指定端口。这样就组成了tcp的数据传送单位segment。tcp是一种端到端的协议，利用这些信息，比如tcp首部中的序号确认序号，根据这些数字，发送的一方不断的进行发送等待确认，发送一个数据段后，会开启一个计数器，只有当收到确认后才会发送下一个，如果超过计数时间仍未收到确认则进行重发，在接受端如果收到错误数据，则将其丢弃，这将导致发送端超时重发。通过tcp协议，控制了数据包的发送序列的产生，不断的调整发送序列，实现流控和数据完整。然后待发送的数据段发送到网络层。

网络层开始

6.IP寻址

网络层开始负责将这样的数据包在网络上传输，如何穿过路由器，最终到达目的地址。在这里，根据目的ip地址，就需要查找下一跳路由的地址。首先在本机，要查找本机的路由表。

查找过程是这样的:

根据目的地址，得到目的网络号，如果处在同一个内网，则可以直接发送。
如果不是，则查询路由表，找到一个路由。
如果找不到明确的路由，此时在路由表中还会有默认网关，也可称为缺省网关，IP用缺省的网关地址将一个数据传送给下一个指定的路由器，所以网关也可能是路由器，也可能只是内网向特定路由器传输数据的网关。
路由器收到数据后，它再次为远程主机或网络查询路由，若还未找到路由，该数据包将发送到该路由器的缺省网关地址。而数据包中包含一个最大路由跳数，如果超过这个跳数，就会丢弃数据包，这样可以防止无限传递。路由器收到数据包后，只会查看网络层的包裹数据，目的ip。所以说它是工作在网络层，传输层的数据对它来说则是透明的。
如果上面这些步骤都没有成功，那么该数据报就不能被传送。如果不能传送的数据报来自本机，那么一般会向生成数据报的应用程序返回一个“主机不可达”或 “网络不可达”的错误。

关于NAT转换

如果是在局域网中,每台电脑都有自己的私网IP,在对外传输的时候,会经过NAT转换,改成路由器的公网IP

7.ARP协议获取MAC地址

ARP协议是将IP地址映射成MAC地址的,由于是IP协议使用了ARP协议,因此通常把ARP协议划归为网络层,但是ARP协议的用途是为了从网络层使用的IP地址解析出在数据链路层使用的MAC地址.

获取MAC地址过程:

主机生成一个具有目的IP地址(默认网关)的ARP查询报文,将该ARP报文放置在一个具有广播目的地址(例如FF:FF:FF:FF:FF:FF:FF)的以太网帧中,并向交换机发送该以太网帧,交换机将该帧交付给所有连接的设备,包括网关路由器。
网关路由器在接口上收到包含该ARP查询报文的帧,发现ARP报文中目的地址IP地址匹配接口的IP地址.网关路由器因此准备一个ARP回答,指示它的MAC地址对应报文中的IP地址,它将ARP回答放在一个以太网帧中,其目的地址是源MAC地址,并向交换机发送该帧,再由交换机将该帧交付给主机。
主机接收包含ARP回答报文的帧,并从ARP回答报文中抽取网关路由器的MAC地址。
将这个MAC地址将与IP包共同传输给下层。

8.BGP外部网关协议

在网络层用BGP协议来控制路由的传播和选择最佳路由。

路由更新时，BGP只发送更新的路由，大大减少了BGP传播路由所占用的带宽，适用于在Internet上传播大量的路由信息。
BGP路由通过携带AS路径信息彻底解决路由环路问题。
BGP提供了丰富的路由策略，能够对路由实现灵活的过滤和选择。

网络层结束

在网络层被打包，这样封装上了网络层的包头，包头内部含有源及目的的ip地址，该层数据发送单位被称为packet。

数据链路层开始

9.MAC寻址

首先通过广播获取足够的MAC地址表，交换机使用MAC地址通过指向相应端口的交换结构将网络通信转向目的节点。交换机为了知道要使用哪个端口来传送单播帧，它必须首先知道自己的每个端口上都存在哪些节点。
交换机使用其 MAC 地址表来确定如何处理传入的数据帧。通过记录与其每一个端口相连的节点的 MAC 地址来构建其 MAC 地址表。当某个特定端口上的某个特定节点的 MAC 地址记录到地址表之后，交换机就可以知道在后续传输中，应将目的地为该特定节点的流量从与该节点对应的端口上发出。
当交换机收到传入的数据帧，而地址表中没有该帧的目的MAC地址时，交换机将把该帧从除接收该帧的端口之外的所有端口转发出去。当目的节点响应时，交换机从响应帧的源地址字段中获得的该节点的MAC地址，并将其记录在地址表中。在多台交换机互连的网络中，连接其它交换机的端口MAC地址表中记录有多个MAC地址，用来代表远端节点。通常，用于互连两台交换机的交换机端口在MAC地址表中记录了多个MAC地址。

数据链路层结束

10.服务器接受请求

用户发起的请求都指向调度服务器（反向代理服务器，譬如安装了nginx控制负载均衡），然后调度服务器根据实际的调度算法，分配不同的请求给对应集群中的服务器执行.

服务端将数据包通过数据链路层->网络层->传输层一层层的解封,最后处理HTTP中的请求

11.服务端处理请求

首页请求

因为输入的url是请求进入网站首页的,不带任何参数请求,而且操作简单,这样下来QPS即每秒查询量是极大的,服务器需要在极短的时间内处理这些流量,这时候会用到CDN系统的缓存服务器将首页的图片迅速分发给用户。
在网站和用户之间引入CDN之后，用户不会有任何与原来不同的感觉。
使用CDN服务的网站，只需将其域名的解析权交给CDN的负载均衡设备，CDN负载均衡设备将为用户选择一台合适的缓存服务器，用户通过访问这台缓存服务器来获取自己所需的数据。
用户可以以最短的路径，最快的速度对网站进行访问。因此，CDN可以加速用户访问速度，减少源站中心负载压力。

其它请求

后台统一处理请求，处理完后响应结果.一般后端都是有统一的验证的，如安全拦截，跨域验证.如果这一步不符合规则，就直接返回了相应的http报文（如拒绝请求等）
然后当验证通过后，才会进入实际的后台代码，此时是程序接收到请求，然后执行（譬如查询数据库，大量计算等等）
等程序执行完毕后，就会返回一个http响应包

关于数据库

对于数亿用户的存储

合理设计数据库字段
创建索引
分库分表

水平分库分表

对单个指标通过Hash等方式分散在多个库或表中
简单来说就是把一个表的数据划分到不同的数据库,两个数据库的表结构一样,根据一点的规则来划分数据库,查询的时候也根据一定的规则知悉在哪个数据库

垂直分库分表

将不同业务指标分散在不同库和表
简单来说,就是按照业务功能等划分,比如说把收藏夹和购物车放到不同的库中

12.服务端提供响应

服务端处理完请求后,会将所请求的东西响应给客户端

服务器会以同样的顺序同样的方式将响应数据包发送都客户端

13.四次挥手

在这种短链接下,当客户端接受到服务端的响应后进行挥手操作

第一次挥手：客户端发送一个 FIN 报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于FIN_WAIT1状态。
第二次挥手：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK 报文，且把客户端的序列号值 + 1 作为 ACK 报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT状态。
第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。
第四次挥手：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 + 1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态。
服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态。