HTTP(一)Web及网络基础

1 使用HTTP协议访问Web

根据Web浏览器地址栏中指定的URL,Web浏览器从Web服务器端获取文件资源(resource)等信息,从而显示出Web页面。像这种通过发送请求获取服务器资源的Web浏览器等,都可称为客户端(client)。

Web使用一种名为HTTP(HyperText TransferProtocol,超文本传输协议)的协议作为规范,完成从客户端到服务器端等一系列运作流程。而协议是指规则的约定。可以说,Web是建立在HTTP协议上通信的。

2 网络基础TCP/IP

通常使用的网络(包括互联网)是在TCP/IP协议族的基础上运作的。而HTTP属于它内部的一个子集。

2.1 TCP/IP协议族

计算机与网络设备要相互通信,双方就必须基于相同的方法。比如,如何探测到通信目标、由哪一边先发起通信、使用哪种语言进行通信、怎样结束通信等规则都需要事先确定。不同的硬件、操作系统之间的通信,所有的这一切都需要一种规则。而我们就把这种规则称为协议(protocol)。

协议中存在各式各样的内容。从电缆的规格到IP地址的选定方法、寻找异地用户的方法、双方建立通信的顺序,以及Web页面显示需要处理的步骤,等等。像这样把与互联网相关联的协议集合起来总称为TCP/IP。

2.2 TCP/IP的分层管理

TCP/IP协议族按层次分别分为以下4层:应用层、传输层、网络层和数据链路层

应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。TCP/IP协议族内预存了各类通用的应用服务。比如,FTP(FileTransfer Protocol,文件传输协议)和DNS(Domain NameSystem,域名系统)服务就是其中两类。HTTP协议也处于该层。

传输层对上层应用层,提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。在传输层有两个性质不同的协议:TCP(Transmission ControlProtocol,传输控制协议)和UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)。

网络层用来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。与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时,网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。

链路层用来处理连接网络的硬件部分。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。

2.3 TCP/IP通信传输流

利用TCP/IP协议族进行网络通信时,会通过分层顺序与对方进行通信。发送端从应用层往下走,接收端则往应用层往上走。

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)。

3 IP、TCP和DNS

3.1 负责传输的IP协议

IP(Internet Protocol)网际协议位于网络层,几乎所有使用网络的系统都会用到IP协议。IP协议的作用是把各种数据包传送给对方。而要保证确实传送到对方那里,则需要满足各类条件。其中两个重要的条件是IP地址和MAC地址(Media Access Control Address)。IP地址指明了节点被分配到的地址,MAC地址是指网卡所属的固定地址。IP地址可以和MAC地址进行配对。IP地址可变换,但MAC地址基本上不会更改。

使用ARP协议凭借MAC地址进行通信

IP间的通信依赖MAC地址。在网络上,通信的双方在同一局域网(LAN)内的情况是很少的,通常是经过多台计算机和网络设备中转才能连接到对方。而在进行中转时,会利用下一站中转设备的MAC地址来搜索下一个中转目标。这时,会采用ARP协议(AddressResolution Protocol)。ARP是一种用以解析地址的协议,根据通信方的IP地址就可以反查出对应的MAC地址。

局部不能够全面掌握互联网中的传输状况

在到达通信目标前的中转过程中,那些计算机和路由器等网络设备只能获悉很粗略的传输路线。这种机制称为路由选择(routing)。

3.2 确保可靠性的TCP协议

TCP位于传输层,提供可靠的字节流服务。字节流服务(Byte Stream Service)是指,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。而可靠的传输服务是指,能够把数据准确可靠地传给对方。一言以蔽之,TCP协议为了更容易传送大数据才把数据分割,而且TCP协议能够确认数据最终是否送达到对方。

确保数据能到达目标

为了准确无误地将数据送达目标处,TCP协议采用了三次握手(three-way handshaking)策略。用TCP协议把数据包送出去后,TCP不会对传送后的情况置之不理,它一定会向对方确认是否成功送达。握手过程中使用了TCP的标志(flag)——SYN(synchronize)和ACK(acknowledgement)。

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。

4 负责域名解析的DNS服务

DNS(Domain Name System)服务是和HTTP协议一样位于应用层的协议。它提供域名到IP地址之间的解析服务。计算机既可以被赋予IP地址,也可以被赋予主机名和域名。用户通常使用主机名或域名来访问对方的计算机,而不是直接通过IP地址访问。DNS协议提供通过域名查找IP地址,或逆向从IP地址反查域名的服务。

5 各种协议与HTTP协议的关系

6 URI和URL

通用资源标志符URI(Uniform Resource Identifier)是由某个协议方案表示的资源的定位标识符。协议方案是指访问资源所使用的协议类型名称。采用HTTP协议时,协议方案就是http。除此之外,还有ftp、mailto、telnet、file等。

统一资源定位符URL(Uniform ResourceLocator)是使用Web浏览器等访问Web页面时需要输入的网页地址。

URI用字符串标识某一互联网资源,而URL表示资源的地点(互联网上所处的位置)。可见URL是URI的子集。

6.1 URI格式

表示指定的URI,要使用涵盖全部必要信息的绝对URI、绝对URL以及相对URL。

使用http:或https:等协议方案名获取访问资源时要指定协议类型。

登录信息(认证)指定用户名和密码作为从服务器端获取资源时必要的登录信息(身份认证)。此项是可选项。

使用绝对URI必须指定待访问的服务器地址

服务器端口号指定服务器连接的网络端口号。此项也是可选项,若用户省略则自动使用默认端口号。

带层次的文件路径指定服务器上的文件路径来定位特指的资源。

查询字符串针对已指定的文件路径内的资源,可以使用查询字符串传入任意参数。此项可选。

片段标识符使用片段标识符通常可标记出已获取资源中的子资源(文档内的某个位置)。但在RFC中并没有明确规定其使用方法。该项也为可选项。

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