当我们输入一个url会发生什么?(2)

报文结构

HTTP报文的结构分为请求和响应两种，请求报文封装用户操作产生的动作，告知服务器应采取什么行为，响应报文来告知客户端请求的结果。请求报文格式：

响应报文格式：

报文的起始行表明了报文的开始，请求和响应各自的起始行的格式也不相同。请求报文的起始行说明要做什么，结构为方法 + 请求URL + 协议版本，中间用空格做分隔：

响应报头的起始行说明发生了什么，结构为协议版本 + 状态码 + 描述文本，中间用空格做分隔：

方法与状态码

方法来告诉服务端请求报文要做的事情，状态码来通知客户端服务端依据请求报文完成动作之后的大致结果。常见的HTTP方法如下：

1.| 方法 | 含义 | 有无主体 | | ------- | ---------------------------------------------- | -------- | | GET | 从服务端获取资源 | 无 | | HEAD | 只获取资源头部 | 无 | | POST | 向服务端发送数据 | 有 | | PUT | 将客户端发送的数据存到服务端，应用场景多为修改 | 有 | | OPTIONS | 对服务端进行预检，例如服务端支持哪些方法 | 无 | | DELETE | 从服务端删除资源 | 无 |

2. 请求完成时，响应报文中会有一个状态码，用来表示此次请求的状态，是成功了还是失败了，或者时需要重定向。状态码的范围从100到599， 其中有部分是已经定义的。不同的范围表示的含义也不同：

3. | 范围 | 已定义范围 | 含义 | | ------- | ---------------------------------------------- | ---------- | | 100~199 | 100~101 | 信息提示 | | 200~299 | 200~206 | 成功 | | 300~399 | 300~305 | 重定向 | | 400~499 | 400~415 | 客户端错误 | | 500~599 | 500~505 | 服务端错误 |

首部

首部是请求和响应报文中的一些信息，形式为键值对，每对键值结尾是CRLF换行符，它决定了请求或者响应报文的属性，比如Content-Type表明了请求主体的数据类型，Date说明了请求的创建时间。客户端与服务端通过首部来协商具体行为。可以根据请求、响应、结构等，将首部分为五种。

· 请求首部：是放在请求报文中的首部，它被用来告诉服务端一些信息。

· 响应首部：为客户端提供一些可能用到的信息。

· 通用首部：请求与响应报文都包含的首部，例如Date首部

· 实体首部：对于报文实体主体部分的描述，比如Content-Type，表明其数据类型。

· 扩展首部：开发者自己添加的首部字段，用来满足定制化需求。

实体

实体部分是可选的，它被用来运送请求或者响应的数据，实体由实体首部 + 实体主体组成，实体首部对实体主体做描述。HTTP/1.1定义了以下的基本实体首部字段：

· Content-Type: 实体主体中的数据类型。

· Content-Length: 实体主体的长度或者大小。

· Content-Language: 和传输的数据最匹配的语言。

· Content-Encoding: 来标识服务端编码时所用的编码方式。

· Content-Location: 要返回的数据的地址。

· Content-Range: 如果是部分实体，用来标记它是实体的哪个部分。

· Content-MD5: 实体主体内容的校验和。

· Last-Modified: 所传输内容在服务器上创建或者最后修改的日期时间。

· Expires: 实体数据试下的日期时间。

· Allow: 所请求资源允许的请求方法。

· ETag: 资源的特定版本的标识符。可以让缓存更高效，并节省带宽。

· Cache-Control: 控制缓存机制的指令。

以上是HTTP报文包含的主要结构，当请求报文到达服务器时，服务器会对报文中的内容解析出来，根据方法、资源路径、首部、和主体来处理请求，然后通过对请求资源的访问结果，来构建响应，回送给客户端。

传输层-TCP

HTTP连接是建立在TCP连接的基础之上的，TCP提供可靠的数据连接。当要传输一个HTTP报文时，报文数据会以流的形式通过一条已经打开的TCP连接按顺序传输，TCP会将收到的数据分成小块，每块是一个TCP分组。

由于数据是分成小块发送的，所以完整可靠的数据传输主要体现在：分组是否完整、分组顺序是否正常、分组是否损坏、分组数据是否重复。这些可以通过TCP的检验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理和窗口机制来控制。

TCP是传输控制协议，传输控制主要依赖首部包含的6个标志，它们控制报文的传输状态，以及发送端和接收端应对数据采取的动作。当它们的值为1时，标志对应的各自功能才允许被执行，比如当URG为1时，报文首部的紧急指针部分才有效。

· URG 紧急指针

· ACK 确认序号有效

· PSH 接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。

· RST 重建连接

· SYN 同步序号用来发起一个连接

· FIN 发端完成发送任务

源端口和目的端口：标识发送方和接收方的端口号，一个TCP连接通过4个值确认：源IP、源端口、目的IP、目的端口，其中源IP和目的IP包含在IP分组内。

首部长度：表示TCP首部的字节长度，也能标记出从多少个字节开始，才是需要传输的数据。

TCP段序号：本段报文发送的数据第一个字节的序号，每段报文中的数据的每个字节都有序号，第一个字节的序号从0开始，依次加1，加到2的32次方减1后再次从0开始。

TCP段确认序号：当首部标志ACK为1时，确认序号有效。TCP段被接收端接收后，会回送给发送端一个确认号，为上次接受的最后一个字节序号加1。

检验和：由发送端计算，接收端验证，如果接收方检测到检验和不正确，表明该TCP段可能有损坏，会被丢弃，同时接收端向回送一个重复的确认号（与最近的一次正确的报文传输的确认号重复），表明接收到的TCP段是错误的，并告知自己希望收到的序号。这时发送端需要立即重传出错的TCP段。

紧急指针：当首部标志URG为1时，紧急指针有效，表示发送端向接收端要发送紧急数据。紧急指针是一个正偏移量，它和TCP段序号相加，计算出紧急数据的最后一个字节的序号。比如接收方接收到数据，从序号为1000的字节开始读取，紧急指针为1000，那么紧急数据就是序号从1000到2000之间的字节。这些数据由接收方决定如何处理。

窗口尺寸：决定了TCP一次成块数据流的吞吐量。需要注意的是，它表示的是发送一方的允许对方发送的数据量，比如发送方首部中的窗口大小为1000，就表示发送方最多可以接受对方发来的1000个字节的数据量。这与发送方的数据缓存空间有关，会影响TCP的性能。

首部标志PSH：如果需要告诉接收方将数据立即全部提交给接收进程，发送方需要将PSH置为1，这里的数据是和PSH一起传送的数据以及之前接收到的全部数据。如果接收方收到了PSH为1的标志，需要立即将数据提交给接收进程，不用再等待有没有其他数据进来。

复位标志RST：当RST为1时，表示连接出现了异常情况，接收方将终止连接，通知应用层重新建立连接。

同步序号SYN：用来建立连接，涉及到TCP的三次握手。

1. 开始建立连接时，客户端向服务器发送一个TCP分组，分组首部的SYN为1，并携带一个初始序号，表明这是一个连接请求。

2. 如果服务器接受了连接，会向客户端发送一个TCP分组，分组中会包含SYN和ACK，都为1，同时包含一个确认序号，值为来自客户端的初始序号 + 1，表示连接已经被接受。

3. 客户端收到上一步发来的分组后，会再向服务器发送一段确认报文分组，ACK为1，会再次携带确认序号，值是第二步来自客户端的确认序号+ 1。服务端收到确认信息后，进入已经连接的状态。

在第三步的确认分组中，是可以携带要发送的数据的。

连接终止标志FIN：用来关闭连接，当一端完成数据发送任务后会发送一个FIN标志来终止连接，但因为TCP在两个方向（C-S,S-C）上会有数据传递，每个方向有各自的发送FIN & 确认关闭流程，所以会有四次交互，也称为四次挥手。

1. 如果客户端应用层的数据发送完毕，会导致客户端的TCP报文发送一个FIN，告知服务器准备关闭数据传送。

2. 服务器接收到这个标志后，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1，同时TCP还要向应用程序发一个文件结束符。

3. 此时服务器关闭这个方向的连接，导致它的TCP也会发送一个FIN。

4. 客户端接收到之后发回一个确认ACK，序号为收到的序号 + 1，连接完全关闭。

TCP段序号与确认序号保证了数据的顺序，检验和确保数据的完整性，紧急指针保证紧急数据可被及时处理。另外，TCP还有一些超时重传、 拥塞避免、慢启动的机制，都可以保证分组数据按照顺序完整的传到目标端。

网络层-IP

如果说TCP分组是包装货物的集装箱，那么IP就是运送集装箱的卡车。IP协议提供了两个节点之间的连接，保证将TCP数据尽可能快地从源端送到终端，但却不能保证传输的可靠性。

IP层会将上层传过来的TCP分组封装，带上自己的首部，再进行选路、是否分片以及重组的工作，最终到达目的地，这个过程中，IP首部起了重要的作用，下面让我们看一下首部的结构。

IP

版本：表示当前IP协议的版本，目前版本号是4，还有一种是6，也就是IPV4和IPV6，如果发送和接收这两端的版本不一致，那么当前IP数据报会被丢弃。

首部长度：整个首部的长度，最长为60字节。

服务类型（TOS）：用来区分服务的类型，但其实IP层在工作的时候一直没有实际使用过，现有的TOS只有4bit的子字段，和1bit的未用位。未用位必须置为0。TOS的4个bit中只能将一个置成1，用来表示当前服务类型。4bit对应的4个服务类型分别为：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。

路由选择

因为IP首部只包含了目的IP地址，并不体现完整的路径，当向外发送数据时，IP层会根据目的IP在本机路由表中的查询结果来做出选路决策，数据报会逐跳地被运送到目的地，这里的每一跳，就是一次路由选择。

IP层既可配置成路由器，也可以配置成主机。当配置成路由功能时，可以对数据报进行转发，配置成主机时，如果目的IP不是本机IP，数据报会被丢弃。

具有路由功能的IP层在当目标IP不是本机地址的时候是根据什么判断转发到哪一站呢？要理解这个问题，需要先明白路由表的结构，以下是IP层维护的路由表，（windows系统可以在控制台输入netstat -r来查看路由表）

| Destination | Gateway | Flags| Refcnt| Use | Interface| | ------------------ | --------------- | -----|------ |---- | ---------| | 140.252.13.65 | 140.252.13.35 | UGH | 0 | 0 | emd0 | | 127.0.0.1 | 127.0.0.1 | UH | 1 | 0 | lo0 | | default | 140.252.13.33 | UG | 0 | 0 | emd0 | | 140.252.13.32 | 140.252.13.34 | U | 4 |25043| emd0 |

（路由表数据来源于《TCP/IP详解卷一：协议》）

· Destination（目的IP）：表示IP数据报最终要到达或者经过的网络地址或者主机地址。

· Gateway（下一跳地址）：当前维护路由表设备的相邻路由器的地址

· Flags（标志）：表示当前这一条路由记录的属性，具体用五个不同的标志来表示：

U：该路由可以使用

G：如果有这个标志，表示是下一跳是一个网关，如果没有，表示下一跳是和当前设备在一个网段，也就是可以直接把数据报发过去

H: 下一跳是一个主机还是一个网络，有这个标志，表示主机，没有，则表示下一跳的路由是一个网络

D：该路由是由重定向报文创建的

M：该路由已被重定向报文修改

Interface：当前路由项的物理端口

每收到一个数据报时候，IP层就会根据目的IP在路由表里查询，根据查询状态会导向三种结果：

1. 找到了与目的IP完全匹配的路由项，将报文发给该路由项的下一站路由（Gateway）或者网络接口（Interface）

2.找到了与目的IP的网络号匹配的路由项，将报文发给该路由项的下一站路由（Gateway）或者网络接口（Interface）

3. 前两者都没有找到，就看路由表里有没有默认路由项（default），有的话发给它指定的下一站路由（Gateway）

要是上边三个都没有结果，那么数据报就不能被发送。IP数据报就是这样一跳一跳地被送往目的主机的，但数据报有固有的长度，一旦超出了目的主机的MTU，就会被分片。

最后

一个网络请求从源端一层层封装，再到终端一层层拆分，最后的所有过程基本梳理清楚，文章只是简单梳理了一下大概流程，并且只以HTTP报文通过TCP协议经过IP传送这一过程为例，实际还有很多概念没有覆盖，比如链路层的尾部封装、 IP的动态选路、逆地址解析协议RARP、UDP协议相关的概念，建议大家可以阅读下面列出的参考资料，相信会有更多收获。