计算机网络(五)--从输入URL到页面加载的过程中发生了什么

本文主要对用户从浏览器输入URL到页面加载的这一过程进行了具体分析与叙述。包括:DNS解析发送HTTP请求TCP连接服务器响应浏览器解析渲染页面等。

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总体来说分为以下几个过程:

  • 1.DNS解析
  • 2.TCP连接
  • 3.发送HTTP请求
  • 4.服务器处理请求并返回HTTP报文
  • 5.浏览器解析渲染页面
  • 6.连接结束

1. DNS解析

解析域名,找到主机IP。如百度对应的IP为180.97.33.108 ,浏览器输入IP也可以访问到百度。

(1)浏览器会缓存DNS一段时间,一般2-30分钟不等。如果有缓存,直接返回IP,否则下一步。

(2)缓存中无法找到IP,浏览器会进行一个系统调用,查询hosts文件。如果找到,直接返回IP,否则下一步。(在计算机本地目录etc下有一个hosts文件,hosts文件中保存有域名与IP的对应解析,通常也可以修改hosts科学上网或破解软件。)

(3)进行了(1)(2)本地查询无果,只能借助于网络。路由器一般都会有自己的DNS缓存,ISP服务商DNS缓存,这时一般都能够得到相应的IP。如果还是无果,只能借助于DNS递归解析了。

(4)这时,ISP的DNS服务器就会开始从根域名服务器开始递归搜索,从.com顶级域名服务器,到baidu的域名服务器。

到这里,浏览器就获得了IP。在DNS解析过程中,常常会解析出不同的IP。比如,电信的是一个IP,网通的是另一个IP。这是采取了智能DNS的结果,降低运营商间访问延时,在多个运营商设置主机房,就近访问主机。电信用户返回电信主机IP,网通用户返回网通主机IP。当然,劫持DNS,也可以屏蔽掉一部分网点的访问,某防火长城也加入了这一特性。

2. TCP连接

浏览器与网站建立TCP连接

浏览器利用IP直接与网站主机通信。浏览器发出TCP(SYN标志位为1)连接请求,主机返回TCP(SYN,ACK标志位均为1)应答报文,浏览器收到应答报文发现ACK标志位为1,表示连接请求确认。浏览器返回TCP()确认报文,主机收到确认报文,三次握手,TCP链接建立完成。

3. 发送HTTP请求

浏览器发起HTTP请求

其实这部分又可以称为前端工程师眼中的HTTP,它主要发生在客户端。发送HTTP请求的过程就是构建HTTP请求报文并通过TCP协议中发送到服务器指定端口(HTTP协议80/8080, HTTPS协议443)。HTTP请求报文是由三部分组成: 请求行, 请求报头请求正文

请求行

请求行包括:请求方法,URL , 协议版本

1
2
请求行:请求方法    URL    协议版本
eg: GET index.html HTTP/1.1

请求报头

请求报头允许客户端向服务器传递请求的附加信息和客户端自身的信息。
PS: 客户端不一定特指浏览器,有时候也可使用Linux下的CURL命令以及HTTP客户端测试工具等。
常见的请求报头有: Accept,Accept-Charset,Accept-Encoding,Accept-Language, Content-Type, Authorization, Cookie, User-Agent等。

请求正文

当使用POST, PUT等方法时,通常需要客户端向服务器传递数据。这些数据就储存在请求正文中。在请求包头中有一些与请求正文相关的信息,例如: 现在的Web应用通常采用Rest架构,请求的数据格式一般为json。这时就需要设置Content-Type: application/json

浏览器向主机发起一个HTTP请求。请求中包含访问的URL,也就是http://www.baidu.com/ ,还有User-Agent用户浏览器操作系统信息,编码等。值得一提的是Accep-Encoding和Cookies项。Accept-Encoding一般采用gzip,压缩之后传输html文件。Cookies如果是首次访问,会提示服务器建立用户缓存信息,如果不是,可以利用Cookies对应键值,找到相应缓存,缓存里面存放着用户名,密码和一些用户设置项。

4. 服务器响应

服务器对请求做出响应并返回HTTP响应报文。自然而然这部分对应的就是后端工程师眼中的HTTP。后端从在固定的端口接收到TCP报文开始,这一部分对应于编程语言中的socket。它会对TCP连接进行处理,对HTTP协议进行解析,并按照报文格式进一步封装成HTTP Request对象,供上层使用。这一部分工作一般是由Web服务器去进行,例如Tomcat。

HTTP响应报文也是由三部分组成: 响应行, 响应报头响应报文

响应行

响应行包括:协议版本 状态码 状态码描述

1
2
响应行包括:协议版本   状态码 状态码描述
eg: HTTP/1.1 200 OK

响应报头

常见的响应报头字段有: Server, Connection…。

响应报文

服务器返回给浏览器的文本信息,通常HTML, CSS, JS, 图片等文件就放在这一部分。

5. 浏览器解析渲染页面

返回状态码200 OK,表示服务器可以相应请求,返回报文,由于在报头中Content-type:“text/html”,浏览器以HTML形式呈现,而不是下载文件。

浏览器在收到HTML,CSS,JS文件后,它是如何把页面呈现到屏幕上的?

浏览器是一个边解析边渲染的过程。首先浏览器解析HTML文件构建DOM树,然后解析CSS文件构建渲染树,等到渲染树构建完成后,浏览器开始布局渲染树并将其绘制到屏幕上。这个过程比较复杂,涉及到两个概念: reflow(回流)和repain(重绘)。DOM节点中的各个元素都是以盒模型的形式存在,这些都需要浏览器去计算其位置和大小等,这个过程称为relow;当盒模型的位置,大小以及其他属性,如颜色,字体,等确定下来之后,浏览器便开始绘制内容,这个过程称为repain。页面在首次加载时必然会经历reflow和repain。reflow和repain过程是非常消耗性能的,尤其是在移动设备上,它会破坏用户体验,有时会造成页面卡顿。所以我们应该尽可能少的减少reflow和repain。

重定向 负载均衡

但是,对于大型网站存在多个主机站点,往往不会直接返回请求页面,而是重定向。返回的状态码就不是200 OK,而是301,302以3开头的重定向码,浏览器在获取了重定向响应后,在响应报文中Location项找到重定向地址,浏览器重新第一步访问即可。

补充一点的就是,重定向是为了负载均衡或者导入流量,提高SEO排名。利用一个前端服务器接受请求,然后负载到不同的主机上,可以大大提高站点的业务并发处理能力;重定向也可将多个域名的访问,集中到一个站点;由于lixueduan.comwww.lixueduan.com会被搜索引擎认为是两个网站,照成每个的链接数都会减少从而降低排名,永久重定向会将两个地址关联起来,搜索引擎会认为是同一个网站,从而提高排名。

6. 连接结束

在HTTP/1.0中默认使用短连接。也就是说,客户端和服务器每进行一次HTTP操作,就建立一次连接,任务结束就中断连接。当客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的Web页中包含有其他的Web资源(如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等),每遇到这样一个Web资源,浏览器就会重新建立一个HTTP会话。

而从HTTP/1.1起,默认使用长连接,用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议,会在响应头加入这行代码:

1
Connection:keep-alive

在使用长连接的情况下,当一个网页打开完成后,客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭,客户端再次访问这个服务器时,会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接,它有一个保持时间,可以在不同的服务器软件(如Apache)中设定这个时间。实现长连接需要客户端和服务端都支持长连接。

7. 计算机网络常见问题

看完系列文章,下面这些问题应该也不是问题了。

  • 1.TCP三次握手和四次挥手
  • 2.在浏览器中输入url地址->>显示主页的过程
  • 3.HTTP和HTTPS的区别
  • 4.TCP、UDP协议的区别
  • 5.常见的状态码。

8. 参考

https://segmentfault.com/a/1190000006879700

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