接收端--服务器详细阐述

本章是‘网络是怎么连接的--读后感’第六章（该系列完）

前言

　　本章是系列博客的第五章；第一章讲数据发送的场景；第二章主要讲叙消息是如何发送出去的；第三章主要阐述数据包在客户端局域网中的传输；第四章详细阐述数据在互联网中是如何传输的；第五章讲接入端局域网中的通信；最后一章主要介绍服务器。

实现需求

本章介绍服务器；介绍服务器的整体结构；包接收操作；请求消息的应答操作；最后对浏览器接收到响应消息后的显示进行说明。

服务器概述
服务器的接收操作
服务器收到消息后对请求消息进行解释并作出响应
浏览器接收响应消息并显示内容

正文

一、服务器概述

　　服务器在硬件构成上和终端电脑类似，使用的协议,库等也和客户端高度统一；这是由于互联网早期是没有客户端和服务器区分的，两者的最大区别是在功能上：“客户端发起连接，服务器等待连接”,服务器等待连接的过程如下：

服务器在进行初始化的时候会通过操作系统Socket库的socket方法来创建一个套接字；
随后会调用bind方法将端口号写入套接字（注意服务器的端口号根据服务器应用程序的种类按规则确定如web服务器默认80端口）；
上一步设定了端口号，在客户端端口号也是这样设定的（因此套接字就和通信的硬件端口实现了关联，通过端口就能确定套接字）；
再通过listen方法调用套接字的描叙符，将套接字状态变为等待连接状态（套接字创建之后后面的方法都是通过描叙符调用套接字的，后面说明原因）
然后当客户端的包过来后，就返回响应包并开始接受连接操作；此时协议栈调用accept复制一个等待连接的套接字副本，并将连接对象等控制信息写入该套接字（发送端和接收端ip端口，序列号，tcp窗口信息等，记住连接就是双方交换套接字信息过程，最后两端的套接字都会有所有控制信息）；
最后将客户端的套接字和这个新套接字连接起来；（以上步骤都是在服务器的等待连接模块在实现的）
后面服务器会创建新的任务或进程，并将连接了客户端的这个套接字传给该通信模块；（操作系统创建应用程序原理有关，可以理解为程序是复制出来的，通过查看pid,ppid等可以确定，所有程序的来源都是最初的一个初始化程序）；
此时最初在等待连接模块中创建的套接字仍保持着等待连接状态；
如果有新的客户端通信，则重复上诉操作；
说明：也有些服务器会首先创建好多个通信模块，客户端的请求过来，就无需在创建应用程序了，因此响应会更快；

补充下：在创建新套接字环节时，端口也是关键点；由于端口是用来识别套接字的，理论上一个套接字应该对应一个端口；实际不是这样的，实际上套接字是由：“接收方IP和端口，发送方IP和端口”四个要素来共同确认的，因此在服务器中不同的程序可能有相同的端口。

示例图如下：

二、服务器的接收操作

　　通过前面的知识可以了解到到达服务器的包一般是以光信号/电信号过来的；通过转化设备能将光信号转换成电信号传给服务器；服务器的网卡接收到电信号后在内部的PHY模块将电信号转为通用电信号传给MAC模块；MAC模块在将电信号转换为数字信号（含时钟信号的），同时分离时钟信号，根据时钟信号同步还原出原始请求的数字信号；然后在根据末尾的FCS来进行效验错误，超出范围说明异常则丢弃包（发送端就会重发）；没有错误则检查MAC头部确认接收方MAC地址，如果是发给自己的则将数据保存到网卡的缓冲区，否则丢弃；至此在网卡中的工作就完成了；（到这包的mac头和其他被验证的头都会被丢弃）

　　到达网卡缓冲区后；网卡通过中断使得CPU切换到网卡任务，cpu启动网卡驱动程序将数据包网卡缓冲区的包取出来，并根据以太包头部（mac头部）的以太类型来判断协议种类，这里使用的是ip协议；因此会调用tcp/ip协议栈将包转发给他。

　　至此包就转发给协议栈了；在tcp/ip协议栈中IP模块会先工作，检查包的IP头，确认接收方IP是否是自己，如果是在根据IP头的信息判断包是否有切片；如果有则将包存在内存中等所有被切片的包到达后在拼接在一起；（如果包不是发给自己的，如果服务器开了路由功能，则会和路由器一样将包转发）；

　　然后IP模块会检查IP头部的协议号字段，并据此将包发送给对应的模块（协议号是6就发TCP,11就发UDP）；

　　假设上方IP模块将包发送给了TCP模块；第一个包一般是控制连接的包（也就是SYN参数为1），然后根据端口就能确认连接的套接字（这在本章第一节讲了不在重复），同时会协议栈控制操作系统分配发送缓冲区和接收缓冲区；然后生成代表确认的ACK号，结合套接字的其他控制信息生成TCP头部委托IP模块讲包发送给客户端（不在重复讲）；这个包到达客户端后，客户端会响应ACK确认机制。（数据在tcp中还有组合机制，根据序号可将切割的包组合起来）；最后处理完的数据包存在接收缓存区中，然后被cpu调用read方法转交到应用程序的内存中；

　　tcp断开操作；前面有不重复讲。

三、服务器收到消息后对请求消息进行解释并作出响应

　　上节已经讲到数据传递给应用程序了，在服务器中TCP过来的数据包也能通过read方法获取包内的http消息并转给应用程序；然后根据http协议解析消息的内容，一般能获取请求方法，请求的地址，及参数；如果请求的是html，图片等静态文件，直接根据请求的地址找到资源所在的路径，直接返回即可；还有一种url指定的请求对象是cgi程序，这样的话就会讲http消息中的数据作为参数传递给cgi程序，程序处理后讲数据返回给web服务器，然后web服务器的应用程序在根据write方法将响应消息传给协议栈（写给tcp）；协议栈在根据套接字的描叙符确定通信目标，然后经过一系列操作将包发送出去。

　　注意，由于web服务器出于安全考虑，请求的资源地址一般是虚拟地址并不是服务器中资源的实际目录，因此当请求到服务器后会讲请求的虚拟目录转化为实际目录；

补充：web服务器具有访问控制机制（权限管控，限定资源的访问对象）；控制规则主要有三种：