OSI 模型
我们上面讨论的计算网络协议模型不是唯一的 协议栈,ISO(国际标准化组织)提出来计算机网络应该按照7层来组织,那么7层网络协议栈与5层的区别在哪里?
从图中可以一眼看出,OSI 要比上面的网络模型多了 表示层 和 会话层,其他层基本一致。表示层主要包括数据压缩和数据加密以及数据描述,数据描述使得应用程序不必担心计算机内部存储格式的问题,而会话层提供了数据交换的定界和同步功能,包括建立检查点和恢复方案。
浏览器
就如同各大邮箱使用电子邮件传送协议 SMTP 一样,浏览器是使用 HTTP 协议的主要载体,说到浏览器,你能想起来几种?是的,随着网景大战结束后,浏览器迅速发展,至今已经出现过的浏览器主要有
浏览器正式的名字叫做 Web Broser,顾名思义,就是检索、查看互联网上网页资源的应用程序,名字里的 Web,实际上指的就是 World Wide Web,也就是万维网。
我们在地址栏输入URL(即网址),浏览器会向DNS(域名服务器,后面会说)提供网址,由它来完成 URL 到 IP 地址的映射。然后将请求你的请求提交给具体的服务器,在由服务器返回我们要的结果(以HTML编码格式返回给浏览器),浏览器执行HTML编码,将结果显示在浏览器的正文。这就是一个浏览器发起请求和接受响应的过程。
Web 服务器
Web 服务器的正式名称叫做 Web Server,Web 服务器一般指的是网站服务器,上面说到浏览器是 HTTP 请求的发起方,那么 Web 服务器就是 HTTP 请求的应答方,Web 服务器可以向浏览器等 Web 客户端提供文档,也可以放置网站文件,让全世界浏览;可以放置数据文件,让全世界下载。目前最主流的三个Web服务器是Apache、 Nginx 、IIS。
CDN
CDN的全称是Content Delivery Network,即内容分发网络,它应用了 HTTP 协议里的缓存和代理技术,代替源站响应客户端的请求。CDN 是构建在现有网络基础之上的网络,它依靠部署在各地的边缘服务器,通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块,使用户就近获取所需内容,降低网络拥塞,提高用户访问响应速度和命中率。CDN的关键技术主要有内容存储和分发技术。
打比方说你要去亚马逊上买书,之前你只能通过购物网站购买后从美国发货过海关等重重关卡送到你的家里,现在在中国建立一个亚马逊分基地,你就不用通过美国进行邮寄,从中国就能把书尽快给你送到。
WAF
WAF 是一种 Web 应用程序防护系统(Web Application Firewall,简称 WAF),它是一种通过执行一系列针对HTTP / HTTPS的安全策略来专门为Web应用提供保护的一款产品,它是应用层面的防火墙,专门检测 HTTP 流量,是防护 Web 应用的安全技术。
WAF 通常位于 Web 服务器之前,可以阻止如 SQL 注入、跨站脚本等攻击,目前应用较多的一个开源项目是 ModSecurity,它能够完全集成进 Apache 或 Nginx。
WebService
WebService 是一种 Web 应用程序,WebService是一种跨编程语言和跨操作系统平台的远程调用技术。
Web Service 是一种由 W3C 定义的应用服务开发规范,使用 client-server 主从架构,通常使用 WSDL 定义服务接口,使用 HTTP 协议传输 XML 或 SOAP 消息,它是一个基于 Web(HTTP)的服务架构技术,既可以运行在内网,也可以在适当保护后运行在外网。
HTML
HTML 称为超文本标记语言,是一种标识性的语言。它包括一系列标签.通过这些标签可以将网络上的文档格式统一,使分散的 Internet 资源连接为一个逻辑整体。HTML 文本是由 HTML 命令组成的描述性文本,HTML 命令可以说明文字,图形、动画、声音、表格、链接等。
Web 页面构成
Web 页面(Web page)也叫做文档,是由一个个对象组成的。一个对象(Objecy) 只是一个文件,比如一个 HTML 文件、一个 JPEG 图形、一个 Java 小程序或一个视频片段,它们在网络中可以通过 URL 地址寻址。多数的 Web 页面含有一个 HTML 基本文件 以及几个引用对象。
举个例子,如果一个 Web 页面包含 HTML 文件和5个 JPEG 图形,那么这个 Web 页面就有6个对象:一个 HTML 文件和5个 JPEG 图形。HTML 基本文件通过 URL 地址引用页面中的其他对象。
与 HTTP 有关的协议
在互联网中,任何协议都不会单独的完成信息交换,HTTP 也一样。虽然 HTTP 属于应用层的协议,但是它仍然需要其他层次协议的配合完成信息的交换,那么在完成一次 HTTP 请求和响应的过程中,需要哪些协议的配合呢?一起来看一下
TCP/IP
TCP/IP 协议你一定听过,TCP/IP 我们一般称之为协议簇,什么意思呢?就是 TCP/IP 协议簇中不仅仅只有 TCP 协议和 IP 协议,它是一系列网络通信协议的统称。而其中最核心的两个协议就是 TCP / IP 协议,其他的还有 UDP、ICMP、ARP 等等,共同构成了一个复杂但有层次的协议栈。
TCP 协议的全称是 Transmission Control Protocol 的缩写,意思是传输控制协议,HTTP 使用 TCP 作为通信协议,这是因为 TCP 是一种可靠的协议,而可靠能保证数据不丢失。
IP 协议的全称是 Internet Protocol 的缩写,它主要解决的是通信双方寻址的问题。IP 协议使用 IP 地址 来标识互联网上的每一台计算机,可以把 IP 地址想象成为你手机的电话号码,你要与他人通话必须先要知道他人的手机号码,计算机网络中信息交换必须先要知道对方的 IP 地址。(关于 TCP 和 IP 更多的讨论我们会在后面详解)
DNS
你有没有想过为什么你可以通过键入 www.google.com 就能够获取你想要的网站?我们上面说到,计算机网络中的每个端系统都有一个 IP 地址存在,而把 IP 地址转换为便于人类记忆的协议就是 DNS 协议。
DNS 的全称是域名系统(Domain Name System,缩写:DNS),它作为将域名和 IP 地址相互映射的一个分布式数据库,能够使人更方便地访问互联网。
URI / URL
我们上面提到,你可以通过输入 www.google.com 地址来访问谷歌的官网,那么这个地址有什么规定吗?我怎么输都可以?AAA.BBB.CCC 是不是也行?当然不是的,你输入的地址格式必须要满足 URI 的规范。
URI的全称是(Uniform Resource Identifier),中文名称是统一资源标识符,使用它就能够唯一地标记互联网上资源。
URL的全称是(Uniform Resource Locator),中文名称是统一资源定位符,也就是我们俗称的网址,它实际上是 URI 的一个子集。
URI 不仅包括 URL,还包括 URN(统一资源名称),它们之间的关系如下
HTTPS
HTTP 一般是明文传输,很容易被攻击者窃取重要信息,鉴于此,HTTPS 应运而生。HTTPS 的全称为 (Hyper Text Transfer Protocol over SecureSocket Layer),全称有点长,HTTPS 和 HTTP 有很大的不同在于 HTTPS 是以安全为目标的 HTTP 通道,在 HTTP 的基础上通过传输加密和身份认证保证了传输过程的安全性。HTTPS 在 HTTP 的基础上增加了 SSL 层,也就是说 HTTPS = HTTP SSL。(这块我们后面也会详谈 HTTPS)
HTTP 请求响应过程
你是不是很好奇,当你在浏览器中输入网址后,到底发生了什么事情?你想要的内容是如何展现出来的?让我们通过一个例子来探讨一下,我们假设访问的 URL 地址为 http://www.someSchool.edu/someDepartment/home.index,当我们输入网址并点击回车时,浏览器内部会进行如下操作
- DNS服务器会首先进行域名的映射,找到访问www.someSchool.edu所在的地址,然后HTTP 客户端进程在 80 端口发起一个到服务器 www.someSchool.edu 的 TCP 连接(80 端口是 HTTP 的默认端口)。在客户和服务器进程中都会有一个套接字与其相连。
- HTTP 客户端通过它的套接字向服务器发送一个 HTTP 请求报文。该报文中包含了路径 someDepartment/home.index 的资源,我们后面会详细讨论 HTTP 请求报文。
- HTTP 服务器通过它的套接字接受该报文,进行请求的解析工作,并从其存储器(RAM 或磁盘)中检索出对象 www.someSchool.edu/someDepartment/home.index,然后把检索出来的对象进行封装,封装到 HTTP 响应报文中,并通过套接字向客户进行发送。
- HTTP 服务器随即通知 TCP 断开 TCP 连接,实际上是需要等到客户接受完响应报文后才会断开 TCP 连接。
- HTTP 客户端接受完响应报文后,TCP 连接会关闭。HTTP 客户端从响应中提取出报文中是一个 HTML 响应文件,并检查该 HTML 文件,然后循环检查报文中其他内部对象。
- 检查完成后,HTTP 客户端会把对应的资源通过显示器呈现给用户。
至此,键入网址再按下回车的全过程就结束了。上述过程描述的是一种简单的请求-响应全过程,真实的请求-响应情况可能要比上面描述的过程复杂很多。
HTTP 请求特征
从上面整个过程中我们可以总结出 HTTP 进行分组传输是具有以下特征
- 支持客户-服务器模式
- 简单快速:客户向服务器请求服务时,只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有 GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于 HTTP 协议简单,使得 HTTP 服务器的程序规模小,因而通信速度很快。
- 灵活:HTTP 允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由 Content-Type 加以标记。
- 无连接:无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求,并收到客户的应答后,即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。
- 无状态:HTTP 协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息,则它必须重传,这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面,在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。
详解 HTTP 报文
我们上面描述了一下 HTTP 的请求响应过程,流程比较简单,但是凡事就怕认真,你这一认真,就能拓展出很多东西,比如 HTTP 报文是什么样的,它的组成格式是什么? 下面就来探讨一下
HTTP 协议主要由三大部分组成:
- 起始行(start line):描述请求或响应的基本信息;
- 头部字段(header):使用 key-value 形式更详细地说明报文;
- 消息正文(entity):实际传输的数据,它不一定是纯文本,可以是图片、视频等二进制数据。
其中起始行和头部字段并成为 请求头 或者 响应头,统称为 Header;消息正文也叫做实体,称为 body。HTTP 协议规定每次发送的报文必须要有 Header,但是可以没有 body,也就是说头信息是必须的,实体信息可以没有。而且在 header 和 body 之间必须要有一个空行(CRLF),如果用一幅图来表示一下的话,我觉得应该是下面这样