Web页面是如何呈现的?

你知道当我们在网页浏览器(Web browser)的地址栏中输入URL时,Web页面是如何呈现的吗?

Web页面当然不能凭空显示出来。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 Transfer Protocol,超文本传输协议[插图])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。而协议是对规则的约定。可以说,Web是建立在HTTP协议上通信的。

在深入学习HTTP之前,我们先来介绍一下HTTP诞生的背景。了解背景的同时也能了解当初制定HTTP的初衷,这样有助于我们更好地理解。

为知识共享而规划Web

1989年3月,互联网还只属于少数人。在这一互联网的黎明期,HTTP诞生了。CERN(欧洲核子研究组织)的蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)博士提出了一种能让远隔两地的研究者们共享知识的设想。最初设想的基本理念是:借助多文档之间相互关联形成的超文本(HyperText),连成可相互参阅的WWW(World Wide Web,万维网)。现在已提出了3项WWW构建技术,分别是:把SGML(Standard GeneralizedMarkup Language,标准通用标记语言)作为页面的文本标记语言的HTML(HyperText Markup Language,超文本标记语言);作为文档传递协议的HTTP;指定文档所在地址的URL(Uniform Resource Locator,统一资源定位符)。WWW这一名称,是Web浏览器当年用来浏览超文本的客户端应用程序时的名称。现在则用来表示这一系列的集合,也可简称为Web。

网络基础TCP/IP

接下来,我们仅介绍理解HTTP所需掌握的TCP/IP协议族的概要。

TCP/IP协议族

计算机与网络设备要想相互通信,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。也有说法认为,TCP/IP是指TCP和IP这两种协议。还有一种说法认为,TCP/IP是在IP协议的通信过程中,使用到的协议族的统称。

TCP/IP的分层管理

TCP/IP协议族里重要的一点就是分层。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。把TCP/IP层次化是有好处的。比如,如果互联网只由一个协议统筹,某个地方需要改变设计时,就必须把所有部分整体替换掉。而分层之后只需把变动的层替换掉即可。把各层之间的接口部分规划好之后,每个层次内部的设计就能够自由改动了。值得一提的是,层次化之后,设计也变得相对简单了。处于应用层上的应用可以只考虑分派给自己的任务,而不需要弄清对方在地球上哪个地方、对方的传输路线是怎样的、是否能确保传输送达等问题。TCP/IP协议族各层的作用如下。

应用层

传输层

网络层(又名网络互连层)

链路层(又名数据链路层,网络接口层)

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。我们用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)。

与HTTP关系密切的协议:IP、TCP和DNS

按层次分,IP(Internet Protocol)网际协议位于网络层。Internet Protocol这个名称可能听起来有点夸张,但事实正是如此,因为几乎所有使用网络的系统都会用到IP协议。TCP/IP协议族中的IP指的就是网际协议,协议名称中占据了一半位置,其重要性可见一斑。可能有人会把“IP”和“IP地址”搞混,“IP”其实是一种协议的名称。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 AccessControl 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(Address Resolution 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。

没有人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),有点像快递公司的送货过程。想要寄快递的人,只要将自己的货物送到集散中心,就可以知道快递公司是否肯收件发货,该快递公司的集散中心检查货物的送达地址,明确下站该送往哪个区域的集散中心。接着,那个区域的集散中心自会判断是否能送到对方的家中。我们是想通过这个比喻说明,无论哪台计算机、哪台网络设备,它们都无法全面掌握互联网中的细节。

确保可靠性的TCP协议

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-wayhandshaking)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。

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