HTTP、TCP、IP、以太网

当我们在页面上发起一个AJAX请求的时候，阿紫网络协议层面都经历了哪些内容？
使用Wireshark 抓包结果如下：

图中可看到，请求baidu.com 时，首先通过TCP 3次握手建立连接，然后通过HTTP 传输内容，最后通过TCP 4次挥手断开连接。

真实过程更加复杂，我们主要分析以下几点：

1.建立连接阶段

1.1.DNS域名解析

只有在DNS缓存都没有命中的时候才会请求DNS服务器
判断步骤如下：

1. 判断浏览器是否有缓存IP地址
2. 判断本机是否有缓存IP地址，如Host文件
3. 判断本地域名解析服务器是否有缓存IP地址,如：电信，联通等运营商
4. 向DNS根域名解析服务器，解析域名IP地址
5. 向DNS二级域名解析服务器，解析域名IP地址
6. 以此类推，最终获得IP地址

2.建立TCP连接

有IP地址后，客户端和服务端就能建立连接了，首先是建立TCP连接。TCP是一种面向连接的、可靠地、基于字节流的传输层通信协议。

在这一层，我们传输的数据会按照一个个字节装入报文中，当报文的长度达到最大分段（MSS）时，就会发送这个报文。如果传输的报文很长，可能会被拆分成多个TCP报文进行传输。TCP报文头如下：

我们主要看以下几点：

1. 源端口、目的端口
2. 序列号：seq，报文的唯一标识
3. 确认号：ack，报文的确认标识，便于确认seq 是否已经收到
4. TCP标记：SYN、ACK、FIN
5. 窗口：表示发送方可以接收的字节数，及接收窗口大小，用于流量控制。

接下来，我们看一下TCP 是怎样建立连接的？

如图，建立TCP连接需要3个步骤，

三次握手

1. 客户端向服务器发送序列号seq = x 的标识，表示开始建立连接
2. 服务端回发一个ack=x+1 的标识，表示确认收到第一次握手，同时发送自己的标识seq=y
3. 客户端发送ack=y+1的标识，表示确认收到第二次握手

经过3次握手，既保证了客户端和服务端都能正常发送和接收数据，TCP的连接也建立成功了

3.TCP可靠传输原理

停止等待协议ARQ

TCP是可靠地传输，这是因为TCP 内部是用来停止等待协议ARQ，他通过确认和重传机制，实现了信息的可靠传输。

1. 客户端发送数据 M1
2. 服务端确认数据 M1 收到
3. 客户端发送数据 M2
4. 服务端确认数据 M2 收到
5. 以此类推…

在这期间，如果某一次数据很久未得到确认，客户端就会重传这条数据。这样一来，对每一次发送的数据，服务端都得到了确认，即保证了数据的可靠性

虽然ARQ可以满足数据可靠性，但每次只能发送和确认一个请求，效率太低，于是产生了连续ARQ协议

连续ARQ协议

会连续发送一组数据，然后再批量等待这一组数据的确认信息，好比把单线程ARQ变成了多线程，大大提高了资源的利用效率

如：

1. 客户端发送数据 M1、M2、M3、M4
2. 服务端确认数据 M4收到，表示 M4 及之前的数据都收到了

累计确认

在这个流程中，服务端不需要对每一个数据都返回确认信息，而是接收到多个数据时一并确认，这个方式叫做 累计确认

1.根据IP协议找到目标服务器

TCP的每一次握手，是怎么找到目的服务器的？
答：通过IP协议

IP协议的目的是实现网络层的数据转发，他通过路由器不断跳转，最终把数据成功送达目的地。上文中每一次TCP握手及数据交互，都是通过IP协议去出传输的

IP报文头如下：

2.IP寻址算法

我们可以把网络中的所有计算机都看作是一个点，计算机之间的连接看作是一条线，这些点和线就组合成了一个图

通过上图，我们就把复杂的网络转化为数学问题。IP寻址算法，就是图论中的最短路径的算法。

最短路径算法在IP协议中有2种实现：

1. RIP协议：使用距离矢量算法，确保IP路由跳转的次数最小
2. OSPF协议：使用地杰斯特拉算法，确保IP 路由跳转的速度最快

通过以上两个协议，我们就能找到通往目的地的路径了

3.以太网协议

IP 数据是怎样从一个路由器跳到另一个路由器的？
答： 通过以太网协议

IP协议主要是用来寻找最优路径的，具体的传输是由以太网协议来做的

以太网属于数据链路层，他主要负责相邻设备的通信。原理是通过查询交换机 Mac 表，找到通信双方的物理接口，进而开始通信

以太网报文头如下：

我们只用关心以下3个点：

1. 源Mac 地址
2. 目的Mac 地址
3. 校验码 CRC ：校验当前帧是否有效。

4.通过网线向服务器硬件接口传输比特信息

通过以太网协议，我们找到了目标机器的硬件接口，接下来怎么发送信息呢？
答：通过物理层

网线就是物理层的设备之一

2.发送数据阶段

1.建立安全层 SSL

本文的案例是发送一个 HTTPS 的请求，所以在发送数据之前，会创建一个 SSL 安全层，用于数据加密，通常的加密方式有两种：

1. 非对称加密
   1. A有钥匙，B没有钥匙，且他们都有一个公共的锁，B给 A发送数据时，都会先把数据锁起来再发送。
      1. 接收数据时，A 用钥匙解开锁，即可得到数据。除A 以外，其他人没有钥匙，也就获取不到数据
      2. 实现了单向通信加密
2. 对称加密
   1. A、B双方都有一把相同的钥匙和一个公共的锁，每次发送数据时，都把数据放在锁里进行发送
   2. 接收数据时，A、B双方就用各自的钥匙来解锁。其他人没有钥匙，也就获取不到数据
   3. 实现了双向通信加密

到这里为止，所有的准备工作都就绪了，接下来才是发送HTTP 请求。

2.发送HTTP 请求

HTTP 协议其实就是制定了一个通信规则，规定了客户端和服务端直接的通信格式。以请求baidu 首页为例

如上图所示，发起HTTP 请求时，必须遵守以下规则：

1. 请求方法（必填）GET
2. 请求地址（必填）/
3. HTTP 协议版本（必填）1.1
4. 其他HTTP 头部字段（可选） Host、User-Agent、Accept

5. 请求参数，放在空行后面（可选）

   服务器响应请求时，同样遵守了Http 响应规则

6. Http协议版本（必填）1.1

7. 响应状态码（必填）200
8. 状态码描述（必填）OK
9. 其他HTTP头部字段（可选）Date、Server、ETag、Last-Modified等
10. 请求参数，放在空行后面（可选）

只要我们遵守这个规则，就能进行HTTP 通信了