近期看完了《网络是如何连接的》这本书，觉得有收获。但是如果不形成文字的话，印象就不深刻，故有此文，巩固学识的同时，锻炼文笔。此书是日本人所写，旨在展现互联网的全貌，内容详尽，涉及面广，且深入浅出，老少咸宜。。。好吧，这本书确实写得不错，内容涉及软件、硬件，不光解释了how，还解释了why，不难看出作者是个全栈工程师。作者通过“浏览器中输入网址，到屏幕上显示内容”这条线索，逐层解析，透彻讲解各层的功能和作用。下面是我的阅读总结，不当之处，还请斧正。
1，输入网址和敲击enter按键的时候，会有中断事件产生，这里我参考了其他帖子的内容（http://blog.csdn.net/xumingjie1658/article/details/6965176）：
当用户按键时，键盘接口会得到一个代表该按键的键盘扫描码，同时产生一个中断请求。中断服务程序通知键盘中断服务程序区处理，键盘中断服务程序先从键盘接口取得按键的扫描码，然后根据其扫描码判断用户所按的键并作相应的处理，最后通知中断控制器本次中断结束并实现中断返回。
键盘中断的大致过程就是这样，当键盘中断完成之后，也即用户敲击“enter”按键之后，就触发了浏览器的操作了，就是《网络是如何连接的》一书所阐述的内容了。
2，浏览器解析url，生成相应的请求--应用层。比如，浏览器发现时 http请求，解析出 www.baidu.com 这个域名。如果本地的dns解析缓存中有这个域名的解析，那么直接将 http请求委托 tcp 传输层进行传输。如果没有，那么需要向dns服务器发起dns查询，获得域名对应的ip地址。dns查询，有递归查询和迭代查询（也叫循环查询）两种。递归查询，就是 A 向 B查询，B向C查询，C向D查询，D查询到了，将结果返回给C，C返回给B，B再返回给A。这种查询会造成根域名服务器压力过大。迭代查询，就是 A 向B查询，B告诉Ａ去向Ｃ查询，然后Ａ就向Ｃ查询，Ｃ告诉Ａ去向Ｄ查询，然后Ａ就向Ｄ查询，Ｄ查询到了，结果返回给Ａ。dns查询包都是使用 udp 发送的。通过dns查询到域名对应的ip地址之后，将http请求委托tcp/ip协议栈进行传输。
3，应用层委托协议栈进行传输，协议栈的tcp传输层通过套接字进行传输--传输层。浏览器通过 socket库向协议栈发出委托，涉及到socket(),connect(),read(),write(),close()等操作。首先是 调用socket()接口，产生一个 文件描述符，然后调用 connect() 接口，进行tcp的三次握手，成功之后，就可以进行 收发数据了。我们将 http请求调用write()接口发送出去，其实只是发送到底层的发送缓冲区中，tcp自己会根据时机进行发送，或者根据设置的tcp_nodelay立马发送。这些操作都是系统调用，会引发用户态与内核态的切换，所以相对来说比较耗时。如果一个数据包太大，协议栈自己会根据MTU（实际上是根据MSS（MTU-40 = 1500-40=1460B））大小自动分割。TCP通过超时重传、确认机制、滑动窗口等保证可靠性。当服务器收到http请求之后，会将数据返回给浏览器所在的客户端，客户端调用 read() 接口接收数据，然后断开连接，断开连接这里有四次通信。这些 connect(),write(),read(),close()都是委托IP模块封装数据进行发送。套接字是由src_ip,src_port,dst_ip,dst_port这四个字段识别的，一个套接字，对应着源端的应用程序 与 目的端的应用程序之间的通信链路。
4，tcp模块委托IP模块进行传输--网络层，数据链路层。tcp模块会生成tcp头部和数据部分，然后交给IP模块。IP模块会在tcp头部再加上一段 IP头部和MAC头部。IP头部是用在网络间的路由，也即用在互联网上的寻址。如果有多块网卡，根据目的ip地址和本地路由表，从中选择一块合适的网卡进行发送。MAC头部，用于局域网内的寻址。MAC地址可以从arp缓存中获取，如果没有，则需要广播arp请求，获取对应的mac地址（一般是填写网关的mac地址）。IP模块添加完这两个头部之后，就交给网卡处理。
5，IP模块委托网卡进行收发--物理层。网卡收到IP模块交付的数据之后，会在头部加上 报头和起始帧分界符，在尾部加上 帧校验序列（FCS）。报头和帧起始分界符，是用来判断读取时机的。我们想象一下，线路上来了一堆 000011111这样的连续的电信号，我们是没法同步时钟信号的，因为他们是连续的高电平或者低电平，没有电流电压的变化，无法判断应该从哪里去切分一个比特。所以报头就给了 010101 这样的56个比特，让我们有足够的时间去区分比特间的时钟信号。FCS其实就是CRC校验码，用来校验数据的正确性的，因为传输的过程中，会有噪声影响，有误码率。加上报头、帧起始分界符、FCS之后，网卡的MAC模块生产通用信号，由PHY(MAU)模块转换成可在网线中传输的格式（比如，数据信号和时钟信号的叠加信号），通过网线发送出去。通过网线发送数据，又分为全双工（收发线路独立）和半双工（收发线路共用，需进行碰撞检测），现在应该很少有集线器这种半双工的设备了。
6，数据在局域网内被发给网关路由器。数据从浏览器所在的客户端的网卡发出，到达交换机，交换机根据MAC地址表查找目的mac地址的转发端口，如果没查到则广播所有端口。交换机上面的交换电路是网格状的，只要连通一条线路的交换开关，就可以进行转发。所以，只要多条线路之间的路线不交叉，就可以并行传输。交换机将数据转发给网关路由器。
7，网关路由器通过ADSL等方式接入互联网，发给网络运营商（ISP）。
网关路由器向外网转发的时候，会有NAT转换的过程，将内网地址屏蔽。如果网关路由器是转发的目的端口也是局域网，那么网关路由器根据数据的IP头部，路由到相邻路由器，同时去掉MAC头部，换上新的MAC头部，发给相邻路由器，相邻的路由器再根据同样的方法，路由到下一跳，最终到达服务器所在的网络。
一般来说，服务器如果是放在公司内部，才会使用上述的方法路由过去。我们在家庭上网时，网关路由器后面接的是接入网，用于连接互联网。一般家用的接入网方式包括 ADSL、 FTTH、 CATV、 电话线、 ISDN 等， 公司则还可能使用专线。我们以ADSL为例，网关路由器（这里可以称为 互联网接入路由器）会在网络包前面加上 MAC 头部、PPPoE 头部、PPP 头 部 总 共 3 种 头 部， 然 后 发 送 给 ADSL Modem（PPPoE 方式下）。ADSL Modem 将包拆分成信元，并转换成电信号发送给分离器。从分离器出来， 就是插电话线的接口， 信号从这里出来之后， 会通过室内电话线，连到室外电话线，经过架设在电线杆上的电缆，到达电话局，到这里，就将数据发到了ADSL接入服务商。信号到达电话局后，经过DSLAM拆分成ATM信元，到达BAS（带宽接入服务器），BAS 负责将 ATM 信元还原成网络包并转发到互联网内部。BAS和网络运营商之间建立了一条专用隧道（比如L2TP协议），到达互联网内部。到这里，我们发送的数据，才真正的进入了互联网。
在刚才的描述中，从 用户端的 互联网接入路由器 到 运营商的 BAS 之间的线路，如果选用 ADSL的方式，就是 ADSL 接入。如果选用光纤，就是光纤接入，也即FTTH。这里我们需要注意到，网关路由器，也即互联网接入路由器，已经具有公网地址，这是在用户进行了拨号上网设置等操作就完成了的。
8，网络运营商将数据在互联网上面转发，最终到达服务器所在的运营商。然后到达 服务端的 BAS，然后到达服务端所在的接入路由器，服务端可以将自己暴露在公网上，但是这样不安全，ip地址也不够，现在一般不这样做。更多的作法，是在接入路由器后面部署防火墙，保护局域网的安全。这里也可能会有NAT解析。
如果客户端请求量过大，服务器处理不过来，需要分担负载。办法有：A，在DNS上面做负载均衡；B，用 nginx 反向代理做负载均衡；C，在客户端设置缓存；D，用缓存服务器分担负载（当真实的服务器有内容变化时，去更新缓存服务器），缓存服务器可以设置客户端所在的网络（缺点，不利于真实服务器的管理和控制），也可以设置在真实服务器所在的网络（缺点，无法减少互联网中的流量）,也可以设置在主流运营商内部（这就是CDN，Content Delivery Network）。
9，数据到达服务器之后，同样经过网卡-IP模块-tcp模块-应用层获取数据，并进行回复。服务端的处理，与客户端略有不同，服务端会事先调用 listen()监听端口，然后调用 accetp() 允许一个客户端的连接，然后使用多路复用技术(select,poll,epoll等)管理多个客户端的连接。我们假设此时服务端调用read()接口收到客户端发来的http请求，然后解析请求消息，比如，将url中的地址，转化为主机头对应的虚拟路径，进行相关的处理，然后调用 write()接口进行回复。回复的信息会经过tcp/ip协议栈，到达网卡，发送出去。
10，回复数据可能会原路返回到 客户端所在地运营商，也可能通过其他路由器到达 客户端所在的运营商。然后运营商通过专用隧道，到达客户端所在的电话局的BAS，然后BAS通过ADSL或者 FTTH 等线路，到达客户端所在的网关路由器，或者说 互联网接入路由器。经过路由器的NAT转换，发给客户端。
11，客户端的网卡从网线中接收信号，并转化为数字信号，放到缓冲区，校验FCS，判断是否是发给自己的（目的MAC地址是自己的MAC地址），如果不是自己的，则丢弃，否则，放入网卡缓冲区中，并产生中断，通知计算机收到数据。中断处理程序让网卡驱动去处理这个数据，网卡驱动将数据取出来之后交给tcp/ip协议栈处理：IP模块检查IP头部，接收合法包并进行分片重组（若有必要），然后tcp模块根据IP头部中的ip地址和tcp头部中的端口号，找到对应套接字，回复确认包，将数据放入接收缓冲区，等待应用程序读取。
14，浏览器调用 read()操作，陷入内核，读取服务端返回的数据，然后返回用户态，进行相关的处理，经过页面渲染，展示页面文字、图片、音视频等信息。
总结一下，简要流程是：
1，敲击enter按键，产生中断，键盘中断服务程序解析这个按键，触发了浏览器的解析操作（浏览器如何捕获enter事件，我还不太清楚）。
2，浏览器解析url中的域名，希望能知道 域名对应的ip地址。先看本地的dns缓存，如果没有，则发送dns查询包进行查询。
3，浏览器封装http请求， 调用 connect() 与服务器进行tcp的三次握手，然后调用 write() 发送http请求。该请求经过 传输层，网络层，数据链路层，物理层，从数字信号变成电信号，经由网线发送出去。
4，数据经过交换机转发，到达网关路由器。我们假设网关路由器使用 ADSL线路并使用 PPPOE 协议接入互联网，那么网关路由器会丢掉收到的数据的 MAC头部，添加PPP，PPPOE头部，重新组装一个MAC头部，发给 电话局的BAS，再经由专用隧道，接入到运营商，进入互联网。
5，互联网上各运营商之间路由转发，最终到达服务器所在的运营商，经过专用隧道，到达 BAS，然后到达网关路由器。
6，网关路由器经过NAT解析，可能还有ngnix反向代理，经过防火墙，将数据发给服务器。
7，服务器网卡接收数据，逐层传递到IP层，传输层，应用层。
8，服务器应用层进行处理并回复，逐层委托 传输层、IP层、数据链路层、物理层，发给网关路由器。
9，网关路由器发给BAS，经隧道发给运营商，进入互联网。
10，互联网内路由转发，达到客户端所在的运营商，经隧道到达BAS，然后到达客户端的网关路由器。
11，网关路由器经过NAT解析，发给客户端。
12，客户端的网卡接收数据，逐层传递到IP层，传输层，应用层（也即浏览器）。浏览器获取数据之后，进行渲染，展示页面。后续，http协议还会断开tcp连接。
至此，过程结束。