一次完整的HTTP事务是怎样一个过程？

一次完整的HTTP事务是怎样一个过程？

 

声明：本文章中的说法仅是个人理解总结，不一定完全正确，但是可以有助于理解。

关于HTTP协议可以参考以下：

HTTP协议漫谈  http://kb.cnblogs.com/page/140611/

HTTP协议概览  http://www.cnblogs.com/vamei/archive/2013/05/11/3069788.html

了解HTTP Headers的方方面面  http://kb.cnblogs.com/page/55442/

思考？

当我们在浏览器的地址栏输入 www.linux178.com，然后回车，回车这一瞬间到看到页面到底发生了什么呢？

简单分析！

域名解析
发起TCP的3次握手
建立TCP连接后发起http请求
服务器响应http请求，浏览器得到html代码
浏览器解析html代码，并请求html代码中的资源（如js、css、图片等）
浏览器对页面进行渲染呈现给用户

 以下就是上面过程的一一分析，我们就以Chrome浏览器为例：

一、域名解析

首先Chrome浏览器会解析 www.linux178.com 这个域名（准确的叫法应该是主机名）对应的IP地址。怎么解析到对应的IP地址？

 

1 Chrome浏览器 会首先搜索浏览器自身的DNS缓存（缓存时间比较短，大概只有1分钟，且只能容纳1000条缓存），看自身的缓存中是否有www.linux178.com 对应的条目，而且没有过期，
如果有且没有过期则解析到此结束。
     注：我们怎么查看Chrome自身的缓存？可以使用 chrome://net-internals/#dns 来进行查看

2 如果浏览器自身的缓存里面没有找到对应的条目，那么Chrome会搜索操作系统自身的DNS缓存,如果找到且没有过期则停止搜索解析到此结束.
      注：怎么查看操作系统自身的DNS缓存，以Windows系统为例，可以在命令行下使用 ipconfig /displaydns 来进行查看  

3 如果在Windows系统的DNS缓存也没有找到，那么尝试读取hosts文件（位于C:\Windows\System32\drivers\etc），看看这里面有没有该域名对应的IP地址，如果有则解析成功。

4 如果在hosts文件中也没有找到对应的条目，浏览器就会发起一个DNS的系统调用，就会向本地配置的首选DNS服务器（一般是电信运营商提供的，也可以使用像Google提供的DNS服务器）
发起域名解析请求（通过的是UDP协议向DNS的53端口发起请求，这个请求是递归的请求，也就是运营商的DNS服务器必须得提供给我们该域名的IP地址），
运营商的DNS服务器首先查找自身的缓存，找到对应的条目，且没有过期，则解析成功。如果没有找到对应的条目，则有运营商的DNS代我们的浏览器发起迭代DNS解析请求，
它首先是会找根域的DNS的IP地址（这个DNS服务器都内置13台根域的DNS的IP地址），找打根域的DNS地址，就会向其发起请求（请问www.linux178.com这个域名的IP地址是多少啊？），
根域发现这是一个顶级域com域的一个域名，于是就告诉运营商的DNS我不知道这个域名的IP地址，但是我知道com域的IP地址，你去找它去，于是运营商的DNS就得到了com域的IP地址，
又向com域的IP地址发起了请求（请问www.linux178.com这个域名的IP地址是多少?）,com域这台服务器告诉运营商的DNS我不知道www.linux178.com这个域名的IP地址，
但是我知道linux178.com这个域的DNS地址，你去找它去，于是运营商的DNS又向linux178.com这个域名的DNS地址（这个一般就是由域名注册商提供的，像万网，新网等）发起请求
（请问www.linux178.com这个域名的IP地址是多少？），这个时候linux178.com域的DNS服务器一查，诶，果真在我这里，于是就把找到的结果发送给运营商的DNS服务器，
这个时候运营商的DNS服务器就拿到了www.linux178.com这个域名对应的IP地址，并返回给Windows系统内核，内核又把结果返回给浏览器，终于浏览器拿到了www.linux178.com对应的IP地址，
该进行一步的动作了。

注：一般情况下是不会进行以下步骤的

如果经过以上的4个步骤，还没有解析成功，那么会进行如下步骤：

5 操作系统就会查找NetBIOS name Cache（NetBIOS名称缓存，就存在客户端电脑中的），那这个缓存有什么东西呢？凡是最近一段时间内和我成功通讯的计算机的计算机名和Ip地址，
就都会存在这个缓存里面。什么情况下该步能解析成功呢？就是该名称正好是几分钟前和我成功通信过，那么这一步就可以成功解析。

6 如果第5步也没有成功，那会查询WINS 服务器（是NETBIOS名称和IP地址对应的服务器）

7 如果第6步也没有查询成功，那么客户端就要进行广播查找

8 如果第7步也没有成功，那么客户端就读取LMHOSTS文件（和HOSTS文件同一个目录下，写法也一样）

如果第八步还没有解析成功，那么就宣告这次解析失败，那就无法跟目标计算机进行通信。只要这八步中有一步可以解析成功，那就可以成功和目标计算机进行通信。

 

 看下图抓包截图：

Linux虚拟机测试，使用命令 wget www.linux178.com 来请求，发现直接使用chrome浏览器请求时，干扰请求比较多，所以就使用wget命令来请求，不过使用wget命令只能把index.html请求回来，并不会对index.html中包含的静态资源（js、css等文件）进行请求。

抓包分析：

1 号包，这个是那台虚拟机在广播，要获取192.168.100.254（也就是网关）的MAC地址，因为局域网的通信靠的是MAC地址，它为什么需要跟网关进行通信是因为我们的DNS服务器IP是外围IP，
　　要出去必须要依靠网关帮我们出去才行。

2 号包，这个是网关收到了虚拟机的广播之后，回应给虚拟机的回应，告诉虚拟机自己的MAC地址，于是客户端找到了路由出口。

3 号包，这个包是wget命令向系统配置的DNS服务器提出域名解析请求（准确的说应该是wget发起了一个DNS解析的系统调用），请求的域名www.linux178.com,
　　期望得到的是IP6的地址（AAAA代表的是IPv6地址）

4 号包，这个DNS服务器给系统的响应，很显然目前使用IPv6的还是极少数，所以得不到AAAA记录的

5 号包，这个还是请求解析IPv6地址，但是www.linux178.com.leo.com这个主机名是不存在的，所以得到结果就是no such name

6 号包，这个才是请求的域名对应的IPv4地址（A记录）

7 号包，DNS服务器不管是从缓存里面，还是进行迭代查询最终得到了域名的IP地址，响应给了系统，系统再给了wget命令，wget于是得到了www.linux178.com的IP地址，
这里也可以看出客户端和本地的DNS服务器是递归的查询（也就是服务器必须给客户端一个结果）这就可以开始下一步了，进行TCP的三次握手。

 

 二、发起TCP的三次请求

拿到域名对应的IP地址之后，User-Agent（一般是指浏览器）会以一个随机端口（1024 < 端口 < 65535）向服务器的WEB程序（常用的有httpd,nginx等）80端口发起TCP的连接请求。这个连接请求（原始的http请求经过TCP/IP4层模型的层层封包）到达服务器端后（这中间通过各种路由设备，局域网内除外），进入到网卡，然后是进入到内核的TCP/IP协议栈（用于识别该连接请求，解封包，一层一层的剥开），还有可能要经过Netfilter防火墙（属于内核的模块）的过滤，最终到达WEB程序（本文就以Nginx为例），最终建立了TCP/IP的连接。如下图：

1） Client首先发送一个连接试探，ACK=0 表示确认号无效，SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文，同时表示这个数据报不能携带数据，
seq = x 表示Client自己的初始序号（seq = 0 就代表这是第0号包），这时候Client进入syn_sent状态，表示客户端等待服务器的回复

2） Server监听到连接请求报文后，如同意建立连接，则向Client发送确认。TCP报文首部中的SYN 和 ACK都置1 ，ack = x + 1表示期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节序号是x+1，
同时表明x为止的所有数据都已正确收到（ack=1其实是ack=0+1,也就是期望客户端的第1个包），seq = y 表示Server 自己的初始序号（seq=0就代表这是服务器这边发出的第0号包）。
这时服务器进入syn_rcvd，表示服务器已经收到Client的连接请求，等待client的确认。

3） Client收到确认后还需再次发送确认，同时携带要发送给Server的数据。ACK 置1 表示确认号ack= y + 1 有效（代表期望收到服务器的第1个包），
Client自己的序号seq= x + 1（表示这就是我的第1个包，相对于第0个包来说的），一旦收到Client的确认之后，这个TCP连接就进入Established状态，就可以发起http请求了。

 看抓包截图：

9 号包 这个就是对应上面的步骤 1）
10 号包 这个对应的上面的步骤 2）
11 号包 这个对应的上面的步骤 3）

 TCP 为什么需要3次握手？

举个例子：

假设一个老外在故宫里面迷路了，看到了小明，于是就有下面的对话：

老外： Excuse me，Can you Speak English?
小明： yes 。
老外： OK,I want ...

在问路之前，老外先问小明是否会说英语，小明回答是的，这时老外才开始问路

2个计算机通信是靠协议（目前流行的TCP/IP协议）来实现,如果2个计算机使用的协议不一样，那是不能进行通信的，所以这个3次握手就相当于试探一下对方是否遵循TCP/IP协议，协商完成后就可以进行通信了，当然这样理解不是那么准确。

为什么HTTP协议要基于TCP来实现？

目前在Internet中所有的传输都是通过TCP/IP进行的，HTTP协议作为TCP/IP模型中应用层的协议也不例外，TCP是一个端到端的可靠的面向连接的协议，所以HTTP基于传输层TCP协议不用担心数据的传输的各种问题。

三、建立Tcp连接后发起Http请求

进过TCP3次握手之后，浏览器发起了http的请求（看第⑫包），使用的http的方法 GET 方法，请求的URL是 / ,协议是HTTP/1.0

以上的报文是HTTP请求报文

那么HTTP请求报文和响应报文会是什么格式呢？

起始行：如 GET / HTTP/1.0 （请求的方法  请求的URL 请求所使用的协议）
头部信息：User-Agent  Host等成对出现的值
主体

不管是请求报文还是响应报文都会遵循以上的格式。

那么起始行中的请求方法有哪些种呢？

GET: 完整请求一个资源 （常用）
HEAD: 仅请求响应首部
POST：提交表单  （常用）
PUT: (webdav) 上传 
DELETE：(webdav) 删除 
OPTIONS：返回请求的资源所支持的方法的方法 
TRACE: 追求一个资源请求中间所经过的代理

 

那什么是URL、URI、URN？

URI  Uniform Resource Identifier 统一资源标识符
URL  Uniform Resource Locator 统一资源定位符 
格式如下：  scheme://[username:password@]HOST:port/path/to/source
           http://www.magedu.com/downloads/nginx-1.5.tar.gz

URN  Uniform Resource Name 统一资源名称

URL和URN 都属于 URI

为了方便就把URL和URI暂时都通指一个东西

 

请求的协议有哪些种？

有以下几种：

http/0.9: stateless
http/1.0: MIME, keep-alive (保持连接), 缓存
http/1.1: 更多的请求方法，更精细的缓存控制，持久连接(persistent connection) 比较常用

常见首部

Accept  就是告诉服务器端，我接受那些MIME类型
Accept-Encoding  这个看起来是接受那些压缩方式的文件
Accept-Lanague   告诉服务器能够发送哪些语言 
Connection       告诉服务器支持keep-alive特性
Cookie           每次请求时都会携带上Cookie以方便服务器端识别是否是同一个客户端
Host             用来标识请求服务器上的那个虚拟主机，比如Nginx里面可以定义很多个虚拟主机
                 那这里就是用来标识要访问那个虚拟主机。
User-Agent       用户代理，一般情况是浏览器，也有其他类型，如：wget curl 搜索引擎的蜘蛛等     

条件请求首部：
If-Modified-Since 是浏览器向服务器端询问某个资源文件如果自从什么时间修改过，那么重新发给我，这样就保证服务器端资源
             文件更新时，浏览器再次去请求，而不是使用缓存中的文件
安全请求首部：
Authorization: 客户端提供给服务器的认证信息；

 

什么是MIME？

MIME（Multipurpose Internet Mail Extesions 多用途互联网邮件扩展）是一个互联网标准，它扩展了电子邮件标准，使其能够支持非ASCII字符、二进制格式附件等多种格式的邮件消息，这个标准被定义在RFC 2045、RFC 2046、RFC 2047、RFC 2048、RFC 2049等RFC中。 由RFC 822转变而来的RFC 2822，规定电子邮件标准并不允许在邮件消息中使用7位ASCII字符集以外的字符。正因如此，一些非英语字符消息和二进制文件，图像，声音等非文字消息都不能在电子邮件中传输。MIME规定了用于表示各种各样的数据类型的符号化方法。 此外，在万维网中使用的HTTP协议中也使用了MIME的框架，标准被扩展为互联网媒体类型。

MIME 遵循以下格式：major/minor 主类型/次类型 例如：

image/jpg
image/gif
text/html
video/quicktime
appliation/x-httpd-php

四、服务器端响应http请求，浏览器得到html代码

看下图 第12号包是http请求包，第32包是http响应包

服务器端WEB程序接收到http请求以后，就开始处理该请求，处理之后就返回给浏览器html文件。

 

第32号包 是服务器返回给客户端http响应包（200 ok 响应的MIME类型是text/html），代表这一次客户端发起的http请求已成功响应。200 代表是的 响应成功的状态码，还有其他的状态码如下：

常见状态码信息

1xx: 信息性状态码
     100, 101
2xx: 成功状态码
     200：OK
3xx: 重定向状态码
     301: 永久重定向, Location响应首部的值仍为当前URL，因此为隐藏重定向;
     302: 临时重定向，显式重定向, Location响应首部的值为新的URL
     304：Not Modified  未修改，比如本地缓存的资源文件和服务器上比较时，发现并没有修改，服务器返回一个304状态码，
                         告诉浏览器，你不用请求该资源，直接使用本地的资源即可。
4xx: 客户端错误状态码
     404: Not Found  请求的URL资源并不存在
5xx: 服务器端错误状态码
     500: Internal Server Error  服务器内部错误
     502: Bad Gateway  前面代理服务器联系不到后端的服务器时出现
     504：Gateway Timeout  这个是代理能联系到后端的服务器，但是后端的服务器在规定的时间内没有给代理服务器响应

 

用Chrome浏览器看到的响应头信息：

Connection            使用keep-alive特性
Content-Encoding      使用gzip方式对资源压缩
Content-type          MIME类型为html类型，字符集是 UTF-8
Date                  响应的日期
Server                使用的WEB服务器
Transfer-Encoding:chunked   分块传输编码 是http中的一种数据传输机制，允许HTTP由网页服务器发送给客户端应用（通常是网页浏览器）的数据可以分成多个部分，
　　　　　　　　　　　　　　分块传输编码只在HTTP协议1.1版本（HTTP/1.1）中提供
Vary  这个可以参考（http://blog.csdn.net/tenfyguo/article/details/5939000）

 

那到底服务器端接收到http请求后是怎么样生成html文件？

假设服务器端使用nginx+php(fastcgi)架构提供服务

1 nginx读取配置文件

我们在浏览器的地址栏里面输入的是 http://www.linux178.com （http://可以不用输入，浏览器会自动帮我们添加），其实完整的应该是http://www.linux178.com./ 后面还有个点（这个点代表就是根域，一般情况下我们不用输入，也不显示）,后面的/也是不用添加，浏览器会自动帮我们添加（且看第3部那个图里面的URL），那么实际请求的URL是http://www.linux178.com/，那么好了Nginx在收到 浏览器 GET / 请求时，会读取http请求里面的头部信息，根据Host来匹配 自己的所有的虚拟主机的配置文件的server_name,看看有没有匹配的，有匹配那么就读取该虚拟主机的配置，发现如下配置：

root /web/echo

 

通过这个就知道所有网页文件的就在这个目录下 这个目录就是/ 当我们http://www.linux178.com/时就是访问这个目录下面的文件，例如访问http://www.linux178.com/index.html,那么代表/web/echo下面有个文件叫index.html

index index.html index.htm index.php

通过这个就能得知网站的首页文件是那个文件，也就是我们在入http://www.linux178.com/ ，nginx就会自动帮我们把index.html（假设首页是index.php 当然是会尝试的去找到该文件，如果没有找到该文件就依次往下找，如果这3个文件都没有找到，那么就抛出一个404错误）加到后面，那么添加之后的URL是/index.php,然后根据后面的配置进行处理

location ~ .*\.php(\/.*)*$ {
   root /web/echo;
   fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
   fastcgi_index  index.php;
   astcgi_param  SCRIPT_FILENAME  $document_root$fastcgi_script_name;
   include        fastcgi_params;
}

这一段配置指明凡是请求的URL中匹配（这里是启用了正则表达式进行匹配） *.php后缀的（后面跟的参数）都交给后端的fastcgi进程进行处理。

2 把php文件交给fastcgi进程去处理

于是nginx把/index.php这个URL交给了后端的fastcgi进程处理，等待fastcgi处理完成后（结合数据库查询出数据，填充模板生成html文件）返回给nginx一个index.html文档，Nginx再把这个index.html返回给浏览器，于是乎浏览器就拿到了首页的html代码，同时nginx写一条访问日志到日志文件中去。

 

1）：nginx是怎么找index.php文件的？

当nginx发现需要/web/echo/index.php文件时，就会向内核发起IO系统调用(因为要跟硬件打交道，这里的硬件是指硬盘，通常需要靠内核来操作，
而内核提供的这些功能是通过系统调用来实现的)，告诉内核，我需要这个文件,内核从/开始找到web目录，再在web目录下找到echo目录，最后在echo目录下找到index.php文件，
于是把这个index.php从硬盘上读取到内核自身的内存空间，然后再把这个文件复制到nginx进程所在的内存空间，于是乎nginx就得到了自己想要的文件了。

2）：寻找文件在文件系统层面是怎么操作的？

比如nginx需要得到/web/echo/index.php这个文件

每个分区（像ext3 ext3等文件系统，block块是文件存储的最小单元 默认是4096字节）都是包含元数据区和数据区，每一个文件在元数据区都有元数据条目（一般是128字节大小），
每一个条目都有一个编号，我们称之为inode（index node 索引节点），这个inode里面包含 文件类型、权限、连接次数、属主和数组的ID、时间戳、
这个文件占据了那些磁盘块也就是块的编号（block，每个文件可以占用多个block,并且block不一定是连续的，每个block是有编号的），
如下图所示：

还有一个要点：目录其实也普通是文件，也需要占用磁盘块，目录不是一个容器。你看默认创建的目录就是4096字节，也就说只需要占用一个磁盘块，但这是不确定的。
所以要找到目录也是需要到元数据区里面找到对应的条目，只有找到对应的inode就可找到目录所占用的磁盘块。

那到底目录里面存放着什么，难道不是文件或者其他目录吗？

其实目录存着这么一张表（姑且这么理解），里面放着 目录或者文件的名称和对应的inode号（暂时称之为映射表）,如下图：

假设

/           在数据区占据 1、2号block ，/其实也是一个目录 里面有3个目录  web 111
web         占据 5号block  是目录 里面有2个目录 echo data
echo        占据 11号 block  是目录  里面有1个文件 index.php
index.php   占据 15 16号 block  是文件

 

其在文件系统中分布如下图所示

那么内核究竟是怎么找到index.php这个文件的呢？

内核拿到nginx的IO系统调用要获取/web/echo/index.php这个文件请求之后

1 内核读取元数据区 / 的inode，从inode里面读取/所对应的数据块的编号，然后在数据区找到其对应的块（1 2号块），读取1号块上的映射表找到web这个名称在元数据区对应的inode号

2 内核读取web对应的inode（3号），从中得知web在数据区对应的块是5号块，于是到数据区找到5号块，从中读取映射表，知道echo对应的inode是5号，于是到元数据区找到5号inode

3 内核读取5号inode，得到echo在数据区对应的是11号块，于是到数据区读取11号块得到映射表，得到index.php对应的inode是9号

4 内核到元数据区读取9号inode，得到index.php对应的是15和16号数据块，于是就到数据区域找到15 16号块，读取其中的内容，得到index.php的完整内容

 

五. 浏览器解析html代码，并请求html代码中的资源

浏览器拿到index.html文件后，就开始解析其中的html代码，遇到js/css/image等静态资源时，就向服务器端去请求下载（会使用多线程下载，每个浏览器的线程数不一样），这个时候就用上keep-alive特性了，建立一次HTTP连接，可以请求多个资源，下载资源的顺序就是按照代码里的顺序，但是由于每个资源大小不一样，而浏览器又多线程请求请求资源，所以从下图看出，这里显示的顺序并不一定是代码里面的顺序。

浏览器在请求静态资源时（在未过期的情况下），向服务器端发起一个http请求（询问自从上一次修改时间到现在有没有对资源进行修改），如果服务器端返回304状态码（告诉浏览器服务器端没有修改），那么浏览器会直接读取本地的该资源的缓存文件。

详细的浏览器工作原理请看：http://kb.cnblogs.com/page/129756/

六.浏览器对页面进行渲染呈现给用户

最后，浏览器利用自己内部的工作机制，把请求到的静态资源和html代码进行渲染，渲染之后呈现给用户。

自此一次完整的HTTP事务宣告完成.

 

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