[计算机网络] 从URL到页面发展到底发生了什么

前言:
我们不管做后端开发还是前端开发,都离不开使用URL,可是我们对URL到页面整个发展过程了解的并不是很多,这一文,我们将全面解析这一知识点,让大家都弄明白这一个过程。
大家先看一张流程图:
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总体来说分为以下几个过程:
- DNS解析:将域名解析成IP地址
- TCP连接:TCP三次握手
- 发送HTTP请求
- 服务器处理请求并返回HTTP报文
- 浏览器解析渲染页面
- 断开连接:TCP四次挥手

什么是URL?

URL(Uniform Resource Locator) 统一资源定位符,用于定位互联网上的资源,俗称网址。例如:
http://www.w3school.com.cn/html/index.asp。
这个就遵循语法规则,下面就解析一下语法规则是什么?
scheme://host.domain:port/path/filename。
scheme - 定义因特网服务的类型。常见的协议有http、https、ftp、file,其中最常见的类型是http,而https则是进行加密的网络传输。host-定义域主机(http的默认主机是www)
domian - 定义因特网域名,比如w3school.com.cn
port - 定义主机上的端口号(http的默认端口号是80)
path - 定义服务器的路径(如果省略,则文档必须位于网站的根目录中)filename - 定义文档/资源名称

域名解析(DNS)

在浏览器输入网址后,首先要经过域名解析,因为浏览器并不能直接通过域名找到对应的服务器,而是要通过 IP 地址。大家这里或许会有个疑问----计算机既可以被赋予 IP 地址,也可以被赋予主机名和域名。比如 www.hackr.jp。那怎么不一开始就赋予个 IP 地址?这样就可以省去解析麻烦。我们先来了解下什么是 IP 地址

IP地址

IP 地址是指互联网协议地址,是 IP Address 的缩写。IP 地址是 IP 协议提供的一种统一的地址格式,它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址,以此来屏蔽物理地址的差异。IP 地址是一个 32 位的二进制数,比如 127.0.0.1 为本机 IP。域名就相当于 IP 地址乔装打扮的伪装者,带着一副面具。它的作用就是便于记忆和沟通的一组服务器的地址。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。因为与 IP 地址的一组纯数字相比,用字母配合数字的表示形式来指定计算机名更符合人类的记忆习惯。但要让计算机去理解名称,相对而言就变得困难了。因为计算机更擅长处理一长串数字。为了解决上述的问题,DNS 服务应运而生。

域名解析

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。DNS 是一个网络服务器,我们的域名解析简单来说就是在 DNS 上记录一条信息记录。

浏览器如何通过域名去查询 URL 对应的IP呢

  • 浏览器缓存:浏览器会按照一定的频率缓存DNS记录
  • 操作系统缓存:如果浏览器缓存中找不到需要的DNS记录,那就去操作系统中找
  • 路由缓存:路由器也有DNS缓存
  • ISP的DNS服务器:ISP是互联网服务提供商的简称,ISP有专门的DNS服务器应对DNS查询请求。
  • 根服务器:ISP的DNS服务器还找不到的话,他就会向根服务器发出请求,进行递归查询(DNS服务器先问根域名服务器.com 域名服务器的IP地址,然后再问.baidu域名服务器)
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小结

浏览器通过向 DNS 服务器发送域名,DNS 服务器查询到与域名相对应的 IP 地址,然后返回给浏览器,浏览器再将 IP 地址打在协议上,同时请求参数也会在协议搭载,然后一并发送给对应的服务器。接下来介绍向服务器发送 HTTP 请求阶段,HTTP 请求分为三个部分:TCP 三次握手、http 请求响应信息、关闭 TCP 连接。
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三次握手

在客户端发送数据之前会发起 TCP 三次握手用以同步客户端和服务端的序列号和确认号,并交换 TCP 窗口大小信息。
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过程如下

  • 客户端发送一个带 SYN=1,Seq=X 的数据包到服务器端口(第一次握手,由浏览器发起,告诉服务器我要发送请求了)
  • 服务器发回一个带 SYN=1, ACK=X+1, Seq=Y 的响应包以示传达确认信息(第二次握手,由服务器发起,告诉浏览器我准备接受了,你赶紧发送吧)
  • 客户端再回传一个带 ACK=Y+1, Seq=Z 的数据包,代表“握手结束”(第三次握手,由浏览器发送,告诉服务器,我马上就发了,准备接受吧)

为什么需要三次握手

为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端,因而产生错误。

发送HTTP请求

TCP 三次握手结束后,开始发送 HTTP 请求报文。请求报文由请求行(request line)、请求头(header)、请求体四个部分组成,如下图所示:
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请求行包含请求方法、URL、协议版本

  • 请求方法包含8种:GET、POST、PUT、DELETE、PATCH、HEAD、OPTIONS、TRACE。
  • URL及请求地址:由 <协议>://<主机>:<端口>/<路径>?<参数> 组成
  • 协议版本即 http 版本号
    举例:
POST  /chapter17/user.html HTTP/1.1

以上代码中“POST”代表请求方法,“/chapter17/user.html”表示 URL,“HTTP/1.1”代表协议和协议的版本。现在比较流行的是 Http1.1 版本

请求头包含请求的附加信息,由关键字/值对组成,每行一对,关键字和值用英文冒号“:”分隔。

请求头部通知服务器有关于客户端请求的信息。它包含许多有关的客户端环境和请求正文的有用信息。其中比如:Host,表示主机名,虚拟主机;Connection,HTTP/1.1 增加的,使用 keepalive,即持久连接,一个连接可以发多个请求;User-Agent,请求发出者,兼容性以及定制化需求。

请求体,可以承载多个请求参数的数据,包含回车符、换行符和请求数据,并不是所有请求都具有请求数据。

name=tom&password=1234&realName=tomson

承载着 name、password、realName 三个请求参数。】

服务器处理请求并返回 HTTP 报文

服务器

服务器是网络环境中的高性能计算机,它侦听网络上的其他计算机(客户机)提交的服务请求,并提供相应的服务,比如网页服务、文件下载服务、邮件服务、视频服务。而客户端主要的功能是浏览网页、看视频、听音乐等等,两者截然不同。每台服务器上都会安装处理请求的应用——web server。常见的 web server 产品有 apache、nginx、IIS 或 Lighttpd 等。web server 担任管控的角色,对于不同用户发送的请求,会结合配置文件,把不同请求委托给服务器上处理相应请求的程序进行处理(例如 CGI 脚本,JSP 脚本,servlets,ASP 脚本,服务器端 JavaScript,或者一些其它的服务器端技术等),然后返回后台程序处理产生的结果作为响应

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MVC 后台处理阶段

后台开发现在有很多框架,但大部分都还是按照 MVC 设计模式进行搭建的。MVC 是一个设计模式,将应用程序分成三个核心部件:模型(model)-- 视图(view)–控制器(controller),它们各自处理自己的任务,实现输入、处理和输出的分离。
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  • 视图:是提供给用户的操作界面,是程序的外壳。
  • 模型:model:模型主要负责数据交互;在MVC的三个部件,模型拥有最多的处理任务,一个模型能为多个视图提供数据。
  • 控制器:它负责根据用户从"视图层"输入的指令,选取"模型层"中的数据,然后对其进行相应的操作,产生最终结果。控制器属于管理者角色,从视图接收请求并决定调用哪个模型构件去处理请求,然后再确定用哪个视图来显示模型处理返回的数据。这三层是紧密联系在一起的,但又是互相独立的,每一层内部的变化不影响其他层。每一层都对外提供接口(Interface),供上面一层调用。至于这一阶段发生什么?简而言之,首先浏览器发送过来的请求先经过控制器,控制器进行逻辑处理和请求分发,接着会调用模型,这一阶段模型会获取 redis db 以及 MySQL 的数据,获取数据后将渲染好的页面,响应信息会以响应报文的形式返回给客户端,最后浏览器通过渲染引擎将网页呈现在用户面前。

http报文

响应报文由响应行(request line)、响应头部(header)、响应主体三个部分组成。如下图所示:
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1 . 响应行包含:协议版本,状态码,状态码描述
状态码规则如下:1xx:指示信息–表示请求已接收,继续处理。2xx:成功–表示请求已被成功接收、理解、接受。3xx:重定向–要完成请求必须进行更进一步的操作。4xx:客户端错误–请求有语法错误或请求无法实现。5xx:服务器端错误–服务器未能实现合法的请求。
2. 响应头部包含响应报文的附加信息,由 名/值 对组成
3. 响应主体包含回车符、换行符和响应返回数据,并不是所有响应报文都有响应数据

浏览器解析渲染页面

分为5个步骤:

  • 根据 HTML 解析出 DOM 树
  • 根据 CSS 解析生成 CSS 规则树
  • 结合 DOM 树和 CSS 规则树,生成渲染树
  • 根据渲染树计算每一个节点的信息
  • 根据计算好的信息绘制页面

根据 HTML 解析 DOM 树

  • 根据 HTML 的内容,将标签按照结构解析成为 DOM 树,DOM 树解析的过程是一个深度优先遍历。即先构建当前节点的所有子节点,再构建下一个兄弟节点。
  • 在读取 HTML 文档,构建 DOM 树的过程中,若遇到 script 标签,则 DOM 树的构建会暂停,直至脚本执行完毕。

根据 CSS 解析生成 CSS 规则树

  • 解析 CSS 规则树时 js 执行将暂停,直至 CSS 规则树就绪。
  • 浏览器在 CSS 规则树生成之前不会进行渲染。

结合 DOM 树和 CSS 规则树,生成渲染树

  • DOM 树和 CSS 规则树全部准备好了以后,浏览器才会开始构建渲染树。
  • 精简 CSS 并可以加快 CSS 规则树的构建,从而加快页面相应速度。

根据渲染树计算每一个节点的信息(布局)

  • 布局:通过渲染树中渲染对象的信息,计算出每一个渲染对象的位置和尺寸
  • 回流:在布局完成后,发现了某个部分发生了变化影响了布局,那就需要倒回去重新渲染

根据计算好的信息绘制页面

  • 绘制阶段,系统会遍历呈现树,并调用呈现器的“paint”方法,将呈现器的内容显示在屏幕上。
  • 重绘:某个元素的背景颜色,文字颜色等,不影响元素周围或内部布局的属性,将只会引起浏览器的重绘。
  • 回流:某个元素的尺寸发生了变化,则需重新计算渲染树,重新渲染。

断开连接

当数据传送完毕,需要断开 tcp 连接,此时发起 tcp 四次挥手。

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  • 发起方向被动方发送报文,Fin、Ack、Seq,表示已经没有数据传输了。并进入 FINWAIT1 状态。(第一次挥手:由浏览器发起的,发送给服务器,我请求报文发送完了,你准备关闭吧)
  • 被动方发送报文,Ack、Seq,表示同意关闭请求。此时主机发起方进入 FINWAIT2 状态。(第二次挥手:由服务器发起的,告诉浏览器,我请求报文接受完了,我准备关闭了,你也准备吧)
  • 被动方向发起方发送报文段,Fin、Ack、Seq,请求关闭连接。并进入 LAST_ACK 状态。(第三次挥手:由服务器发起,告诉浏览器,我响应报文发送完了,你准备关闭吧)
  • 发起方向被动方发送报文段,Ack、Seq。然后进入等待 TIME_WAIT 状态。被动方收到发起方的报文段以后关闭连接。发起方等待一定时间未收到回复,则正常关闭。(第四次挥手:由浏览器发起,告诉服务器,我响应报文接受完了,我准备关闭了,你也准备吧)
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