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从输入url到页面展现发生了什么?

2018-03-05 15:21 375 查看
根据地址栏输入的地址向DNS(Domain Name System)查询IP
通过IP向服务器发起TCP连接
向服务器发起请求
服务器返回请求内容
浏览器开始解析渲染页面并显示
关闭连接



一.DNS

首先我们要知道什么是DNS域名系统(英文:Domain Name System,缩写:DNS)是互联网的一项服务。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。DNS使用TCP和UDP端口53。当前,对于每一级域名长度的限制是63个字符,域名总长度则不能超过253个字符。 --维基百科域名解析的过程是逐级查询的浏览器缓存: 首先会向浏览器的缓存中读取上一次访问的记录,在chrome可以通过地址栏中输入chrome://net-internals/#dns查看缓存的当前状态
操作系统缓存:查找存储在系统运行内存中的缓存。在mac中可以通过下面的命令清除系统中的DNS缓存。
dscacheutil -flushcache
在host文件中查找:如果在缓存中都查找不到的情况下,就会读取系统中预设的host文件中的设置。
路由器缓存:有些路由器也有DNS缓存的功能,访问过的域名会存在路由器上。
ISP DNS缓存:互联网服务提供商(如中国电信)也会提供DNS服务,比如比较著名的 114.114.114.114,在本地查找不到的情况下,就会向ISP进行查询,ISP会在当前服务器的缓存内查找是否有记录,如果有,则返回这个IP,若没有,则会开始向根域名服务器请求查询。
顶级DNS服务器/根DNS服务器:根域名收到请求后,会判别这个域名(.com)是授权给哪台服务器管理,并返回这个顶级DNS服务器的IP。请求者收到这台顶级DNS的服务器IP后,会向该服务器发起查询,如果该服务器无法解析,该服务器就会返回下一级的DNS服务器IP(nicefilm.com),本机继续查找,直到服务器找到(www.nicefilm.com)的主机。
我们可以通过dig命令查看域名解析的记录
dig math.stackexchange.com
我们重点看返回的应答,会看到有四条记录,返回了该网址的四个IP
;; ANSWER SECTION:
math.stackexchange.com.    31    IN    A    151.101.1.69
math.stackexchange.com.    31    IN    A    151.101.129.69
math.stackexchange.com.    31    IN    A    151.101.193.69
math.stackexchange.com.    31    IN    A    151.101.65.69
31是TTL的值,表示该域名的缓存时间,即该时间内不用重新查询。A是该DNS查询的记录类型,表示返回一个IPv4格式的地址。还有其他记录类型诸如 NS(返回查询的服务器地址)、AAAA(返回IPV6格式的地址)、CNAME(域名的别名)等。

二.TCP 连接

拿到了要请求的资源服务器IP后,浏览器通过操作OS的socket与服务器进行TCP连接(一般来说操作系统已经封装好了TCP/IP等协议,提供套接字给应用去使用,该部分涉及到标准网络模型的知识,另外再开篇拓展。)这个连接就是我们所熟知的三次握手
本机主动打开连接第一次,本机将标识位 SYN 置为 1, seq = x(Sequence number)发送给服务端。此时本机状态为SYN-SENT
第二次,服务器收到包之后,将状态切换为SYN-RECEIVED,并将标识位 SYN 和 ACK都置为1, seq = y, ack = x + 1, 并发送给客户端。
第三次,客户端收到包后,将状态切换为ESTABLISHED,并将标识位ACK置为1,seq = x + 1, ack = y + 1, 并发送给服务端。服务端收到包之后,也将状态切换为ESTABLISHED
需要注意的一点是,有一些文章对ACK标识位 和 ack(Acknowledgement Number)的解释比较模糊,有一些画图的时候干脆就写在一起了。虽然这两者有关联,但不是同一个东西,搞清楚这个误区可以更方便去理解。还有一些会把第二次握手描述成两个包(比如某百科……),实际上这也是不正确的标识位ACK置为1 表示我已确认收到seq为x的包,并回复确认序号ack = x + 1
而SYN表示这是我第一次随机生成seq的序列x,此后我每次发送的包都会在上一次发送的基础上增加y(有数据的时候,y是数据的长度,没有的时候y = 1)。所以,当seq已初始化完成之后,没必要再把SYN置为1
理解了这两点,也就不难理解为什么三次握手分别是SYN、ACK/SYN、ACK了。标识位(TCP FLAG)TCP的头部固定有20个字节,其中分配了6bits给TCP FLAG,组合起来用来表示当前包的类型。分别是
URGACKPSHRSTSYNFIN(CWRECE放在保留位,暂不考虑)URG:紧急指针,用于将要发送的包标识为“紧急”,这意味着不必等待前段数据被响应处理完即可发送给接收端。
ACK:确认标识,用于表示对数据包的成功接收。
PSH:推送标识,表示这个数据包应该被立即发送,不需要等待额外的数据。
RST:reset标识,用来异常关闭连接。
SYN:同步标识,表示TCP连接已初始化。
FIN:完成标识,用于拆除上一个SYN标识。一个完整的TCP连接过程一定会有SYN 和 FIN包。
至此我们了解了一个TCP 连接的过程,通道通了,是时候利用这个通道送东西了。
我们从传输层再回到应用层。

三.HTTP请求与响应

超文本传输协议(英文:HyperText Transfer Protocol,缩写:HTTP)是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议[1]。HTTP是万维网的数据通信的基础。设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。通过HTTP或者HTTPS协议请求的资源由统一资源标识符(Uniform Resource Identifiers,URI)来标识。 --wiki我们用 https://www.segmentfault.com 举例子。
在应用层,浏览器会分析这个url,并设置好请求报文发出。请求报文中包括请求行、请求头、空行、请求主体。https默认请求端口443, http默认80。请求行:请求行中包括请求的方法,路径和协议版本。
请求头:请求头中包含了请求的一些附加的信息,一般是以键值的形式成对存在,比如设置请求文件的类型accept-type,以及服务器对缓存的设置。
空行:协议中规定请求头和请求主体间必须用一个空行隔开
请求主体:对于post请求,所需要的参数都不会放在url中,这时候就需要一个载体了,这个载体就是请求主题。
服务端收到请求之后,会根据url匹配到的路径做相应的处理,最后返回浏览器需要的页面资源。浏览器会收到一个响应报文,而所需要的资源就就在报文主体上。与请求报文相同,响应报文也有与之对应的起始行、首部、空行、报文主体,不同的地方在于包含的东西不一样。响应行:响应报文的起始行同样包含了协议版本,与请求的起始行不同的是其包含的还有状态码和状态码的原因短语。
响应头:对应请求报文中的请求头,格式一致,但是各自有不同的首部。也有一起用的通用首部。
空行
报文主体:请求所需要的资源。
http缓存请求是浏览器的一个优化点,我们可以通过缓存来减少不必要的请求,进而加快页面的呈现。通过简单地设置http头部可以使用缓存的功能。一般来说有三种设置的方式Last-Modify(响应头) + If-Modified-Since(请求头)服务器在返回资源的时候设置Last-Modify当前资源最后一次修改的时间,浏览器会把这个时间保存下来,在下次请求的时候,请求头部If-Modified-Since 会包含这个时间,服务端收到请求后,会比对资源最后更新的时间是否在If-Modified-Since设置的时间之后,如果不是,返回304状态码,浏览器将从缓存中获取资源。反之返回200和资源内容ETag(响应头) + If-None-Match(请求头)根据资源标识符来确定文件是否存在修改,服务器每一次返回资源,都会在Etag中存放资源的标识符,浏览器收到这个标识符,在下一次请求的时候将标识符放在If-None-Match中,服务端将判断是否匹配,如果不匹配,返回200以及新的资源,反之返回304,浏览器从缓存中获取资源Cache-Control/Expires(响应头)首先这不是一种方法,而是协议更替中的一种演化。
在http 1.0的时代,我们基于Pragma 和 Expires 控制缓存的生命周期。我们可以通过设置Pragma为no-cache关闭缓存功能,同样也可以在Expires中设置一个缓存失效的时间。需要注意的是,这个失效的时间是相对于服务器的实践而言的,如果人为地改变了客户端的时间,是会导致缓存失效的。所以,为了解决这个问题,HTTP1.1的协议加入了Cache-Control,通过设置Cache-Control的max-age可以控制缓存的周期。在这个周期内,资源是新鲜的,浏览器再一次需要使用资源的时候,就不会发出请求了。

四.页面呈现

至此浏览器已经拿到了一个HTML文档,并为了呈现文档而开始解析。呈现引擎开始工作,基本流程如下(以webkit为例)通过HTML解析器解析HTML文档,构建一个DOM Tree,同时通过CSS解析器解析HTML中存在的CSS,构建Style Rules,两者结合形成一个Attachment。
通过Attachment构造出一个呈现树(Render Tree)
Render Tree构建完毕,进入到布局阶段(layout/reflow),将会为每个阶段分配一个应出现在屏幕上的确切坐标。
最后将全部的节点遍历绘制出来后,一个页面就展现出来了。
从构建DOM树到呈现的过程如下Parsing HTML to construct the DOM treeRender Tree constructionLayout of the Render TreePainting the Render Tree需要注意的是,这是一个渐进的过程,呈现引擎为了力求显示的及时,会在文档请求不完全的情况下就开始渲染页面,同时,如果在解析的过程中遇到script的时候,文档的解析将会停止下来,立即解析执行脚本,如果脚本是外部的,则会等待请求完成并解析执行。所以,为了不阻塞页面地呈现,一般会把script脚本放在文档的最后。在最新的HTML4和HTML5规范中,也可以将脚本标注为defer,这样就不会停止文档解析,而是等到解析结束后才执行。HTML5 增加了一个选项,可将脚本标记为async,以便由其他线程解析和执行。

五. 连接关闭

现在的页面为了优化请求的耗时,默认都会开启持久连接(keep-alive),那么一个TCP连接确切关闭的时机,是这个tab标签页关闭的时候。这个关闭的过程就是著名的四次挥手。关闭是一个全双工的过程,发包的顺序的不一定的。一般来说是客户端主动发起的关闭,过程如下。假如最后一次客户端发出的数据seq = x, ack = y;客户端发送一个FIN置为1的包,ack = y, seq = x + 1,此时客户端的状态为 FIN_WAIT_1
服务端收到包后,状态切换为CLOSE_WAIT发送一个ACK为1的包, ack = x + 2。客户端收到包之后状态切换为FNI_WAIT_2
服务端处理完任务后,向客户端发送一个 FIN包,seq = y; 同时将自己的状态置为LAST_ACK
客户端收到包后状态切换为TIME_WAIT,并向服务端发送ACK包,ack = y + 1,等待2MSL后关闭连接。
为什么客户端等待2MSL?MSL: 全程Maximum Segment Lifetime,中文可以翻译为报文最大生存时间。
等待是为了保证连接的可靠性,确保服务端收到ACK包,如果服务端没有收到这个ACK包,将会重发FIN包给客户端,而这个时间刚好是服务端等待超时重发的时间 + FIN的传输时间。文章来源:北大青鸟学校
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