一、前言

在瀏覽器的地址欄輸入一個(gè) URL 后回車，背后到底發(fā)生了什么才能使得一個(gè)界面完美的展現(xiàn)在我們眼前？

今天講解的這道題目，由于其涉及大量網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以非常直觀的看出諸位小伙伴對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系的整體把握程度，所以自然成為了各大公司的面試常客。

在瀏覽中輸入 URL 并且獲取響應(yīng)的過程，其實(shí)就是瀏覽器和該 URL 對(duì)應(yīng)的服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信過程。比如我們輸入 www.baidu.com，那么會(huì)返回一個(gè)百度搜索的界面，這其實(shí)就是瀏覽器和百度服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)通信過程。瀏覽器就是客戶端，用于發(fā)出請(qǐng)求，而百度的服務(wù)器就是服務(wù)端，用于接收并響應(yīng)請(qǐng)求。

下面我們就來詳細(xì)講解這個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)通信過程。

二、解析 URL

不知道有沒有同學(xué)會(huì)混淆域名和 URL 的概念，可以這樣理解，URL 就是我們輸入的網(wǎng)址，而網(wǎng)址里面含有域名。舉個(gè)例子：www.baidu.com/veal98 是一個(gè)網(wǎng)址，而 www.baidu.com 就是服務(wù)器的域名。

URL 各元素的組成如下（當(dāng)然，下述請(qǐng)求文件的路徑名可以省略）：

這個(gè) URL 請(qǐng)求的目標(biāo)服務(wù)器上的文件路徑就是：

那么首先，瀏覽器做的第一步就是解析 URL 得到里面的參數(shù)，將域名和需要請(qǐng)求的資源分離開來，從而了解需要請(qǐng)求的是哪個(gè)服務(wù)器，請(qǐng)求的是服務(wù)器上什么資源等等。

三、瀏覽器封裝 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文

對(duì) URL 進(jìn)行解析之后，瀏覽器確定了目標(biāo)服務(wù)器和文件名，接下來就需要根據(jù)這些消息封裝成一個(gè) HTTP 請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送出去。舉個(gè) HTTP 請(qǐng)求報(bào)文的例子：

解釋一下封裝，這是一個(gè)貫穿整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念。就是說發(fā)送端在層與層之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，每經(jīng)過一層必定會(huì)被打上一個(gè)該層所屬的首部信息。反之，接收端在層與層之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，每經(jīng)過一層就會(huì)把該層對(duì)應(yīng)的首部信息消去。

四、DNS 域名解析獲取 IP 地址

封裝好 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文后，在正式還有一項(xiàng)準(zhǔn)備工作沒有做，那就是獲取目標(biāo)服務(wù)器的 IP 地址。

雖然解析得到了域名，理論瀏覽器已經(jīng)知道目標(biāo)服務(wù)器是誰(shuí)了。但是實(shí)際上，域名并不是目標(biāo)服務(wù)器真正意義上的地址，互聯(lián)網(wǎng)上每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都被全世界唯一 IP 地址標(biāo)識(shí)著，但是 IP 地址并不方便記憶，所以才設(shè)計(jì)出了域名。

那么就需要解析域名獲取目標(biāo)服務(wù)器的 IP 地址。不然空有一個(gè)方便記憶的域名咋知道這個(gè)請(qǐng)求到底發(fā)送到哪里去呢。由域名轉(zhuǎn)換得到 IP 地址就是 DNS 協(xié)議做的事情，如下：

1）首先搜索瀏覽器的 DNS 緩存，緩存中維護(hù)著一張域名與 IP 地址的對(duì)應(yīng)表；

2）若沒有命中，則繼續(xù)搜索操作系統(tǒng)的 DNS 緩存；

3）若仍然沒有命中，則操作系統(tǒng)將域名發(fā)送至本地域名服務(wù)器，本地域名服務(wù)器查詢自己的 DNS 緩存，查找成功則返回結(jié)果（注意：主機(jī)和本地域名服務(wù)器之間的查詢方式是遞歸查詢）；

4）若本地域名服務(wù)器的 DNS 緩存沒有命中，則本地域名服務(wù)器向上級(jí)域名服務(wù)器進(jìn)行查詢，通過以下方式進(jìn)行迭代查詢（注意：本地域名服務(wù)器和其他域名服務(wù)器之間的查詢方式是迭代查詢，防止根域名服務(wù)器壓力過大）：

• 首先本地域名服務(wù)器向根域名服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求，根域名服務(wù)器是最高層次的，它并不會(huì)直接指明這個(gè)域名對(duì)應(yīng)的 IP 地址，而是返回頂級(jí)域名服務(wù)器的地址，也就是說給本地域名服務(wù)器指明一條道路，讓他去這里尋找答案
• 本地域名服務(wù)器拿到這個(gè)頂級(jí)域名服務(wù)器的地址后，就向其發(fā)起請(qǐng)求，獲取權(quán)限域名服務(wù)器的地址
• 本地域名服務(wù)器根據(jù)權(quán)限域名服務(wù)器的地址向其發(fā)起請(qǐng)求，最終得到該域名對(duì)應(yīng)的 IP 地址

4）本地域名服務(wù)器將得到的 IP 地址返回給操作系統(tǒng)，同時(shí)自己將 IP 地址緩存起來

5）操作系統(tǒng)將 IP 地址返回給瀏覽器，同時(shí)自己也將 IP 地址緩存起來

6）至此，瀏覽器就得到了域名對(duì)應(yīng)的 IP 地址，并將 IP 地址緩存起來

配合下圖直觀理解：

需要注意的是，DNS 使用的是 UDP 協(xié)議，也就是說上面各種請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)，都是基于 UDP 這個(gè)無連接協(xié)議的。

五、建立 TCP 連接

獲取到了目標(biāo)服務(wù)器的 IP 地址之后，瀏覽器就知道我等下請(qǐng)求要發(fā)給誰(shuí)了，這個(gè)時(shí)候就可以開始發(fā)送封裝好了的 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文了，那么既然需要發(fā)送請(qǐng)求，必然就需要 TCP 通過三次握手為瀏覽器和服務(wù)器之間建立可靠的連接，保證雙方都具有可靠的接收和發(fā)送能力。

三次握手過程如下圖：

六、瀏覽器發(fā)送請(qǐng)求

TCP 三次握手完成后，瀏覽器與目標(biāo)服務(wù)器之間就建立了一個(gè)可靠的虛擬通道，于是瀏覽器就可以發(fā)送自己的 HTTP 請(qǐng)求了。

需要注意的是，HTTP 請(qǐng)求報(bào)文或者響應(yīng)報(bào)文在 TCP 連接通道上進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，由于這些報(bào)文比較大，為了更容易和準(zhǔn)確可靠的傳輸，TCP 會(huì)將 HTTP 報(bào)文按序號(hào)分割成若干報(bào)文段并加上 TCP 首部，分別進(jìn)行傳輸。接收方在收到這些報(bào)文段后，按照序號(hào)以原來的順序重組 HTTP 報(bào)文。

七、負(fù)責(zé)傳輸?shù)?IP 協(xié)議

實(shí)際上，TCP 在三次握手建立連接、四次握手?jǐn)嚅_連接、以及連接建立過程中的收發(fā)數(shù)據(jù)（TCP 報(bào)文段）等各階段操作時(shí)，都是通過 IP 協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)?，IP 協(xié)議將這些階段的數(shù)據(jù)添加 IP 首部封裝成 IP 數(shù)據(jù)報(bào)再進(jìn)行傳輸。

IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部存有源 IP 地址和 目標(biāo) IP 地址。所謂源 IP 地址 就是發(fā)送方的 IP 地址；目標(biāo) IP 地址就是通過 DNS 域名解析得到的目標(biāo)服務(wù)器的 IP 地址。

事實(shí)上，IP 協(xié)議身處的網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定的是：數(shù)據(jù)報(bào)要通過怎樣的路徑（傳輸路線）才能到達(dá)對(duì)方計(jì)算機(jī)，并傳送給對(duì)方。不理解這句話的詳細(xì)解釋馬上就來，繼續(xù)往下讀。

八、使用 ARP 協(xié)議憑借 MAC 地址通信

上面說了，IP 協(xié)議的作用是把各種數(shù)據(jù)包傳送給對(duì)方，而要保證確實(shí)傳送到對(duì)方那里，則需要滿足各類條件，其中必要的兩個(gè)就是 IP 地址 和 MAC 地址。

MAC 地址也是用來唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)接入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備的，可能不禁有小伙伴要問，既然網(wǎng)絡(luò)層已經(jīng)有了唯一標(biāo)識(shí)的 IP 地址，為啥還需要 MAC 地址？

看下面這幅圖，在網(wǎng)絡(luò)上，通信的雙方在同一局域網(wǎng)內(nèi)的情況是很少見的，通常是需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的中轉(zhuǎn)才能連接到對(duì)方。而在進(jìn)行中轉(zhuǎn)時(shí)，就需要利用下一站中轉(zhuǎn)設(shè)備的 MAC 地址來搜索下一個(gè)中轉(zhuǎn)目標(biāo)。

• 網(wǎng)絡(luò)層指定了從哪個(gè)主機(jī)（「源 IP 地址」）發(fā)送到哪個(gè)主機(jī)（「目的 IP 地址」）。源 IP 地址和目標(biāo) IP 地址在傳輸過程中是不會(huì)變化的
• 而數(shù)據(jù)鏈路層則是根據(jù) MAC 地址在一個(gè)接一個(gè)的區(qū)間中進(jìn)行傳輸?shù)?，每個(gè)區(qū)間內(nèi)的出發(fā)地址即「源 MAC 地址」，每個(gè)區(qū)間內(nèi)的目的地址即「目的 MAC 地址」。顯然，隨著數(shù)據(jù)的傳輸，源 MAC 地址和目的 MAC 地址會(huì)不斷的發(fā)生變化

比如上圖，網(wǎng)絡(luò)層告知了 1-2-3 路線，也就是說指明了這幾個(gè)路由器的 IP 地址。那么數(shù)據(jù)鏈路層就會(huì)根據(jù)這幾個(gè) IP 地址對(duì)應(yīng)的 MAC 地址依次找到 1、2、3，并在他們之間傳輸數(shù)據(jù)。

這么說吧，舉個(gè)形象點(diǎn)的例子：我們把數(shù)據(jù)鏈路層當(dāng)成乘坐高鐵從蘇州到南京，再在南京轉(zhuǎn)乘到北京，再在北京轉(zhuǎn)乘到西藏的旅客，那么網(wǎng)絡(luò)層就相當(dāng)于每個(gè)車站的工作人員，在數(shù)據(jù)鏈路層每次轉(zhuǎn)乘時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層為其購(gòu)買了一張標(biāo)有下一個(gè) MAC 地址的車票。因此，即使旅客（數(shù)據(jù)鏈路層）不知道其最終目的地也沒有關(guān)系，工作人員（網(wǎng)絡(luò)層）會(huì)給你做出指引。

實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)層做出指引的過程，我們將其稱為路由控制，其中又涉及到了路由協(xié)議比如 OSPF 等

那么，將 IP 地址轉(zhuǎn)化為 MAC 地址，從而在數(shù)據(jù)鏈路層精確的傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議就是 ARP 協(xié)議。

ARP 是借助 ARP 請(qǐng)求與 ARP 響應(yīng)兩種類型的包確定 MAC 地址的。并且每個(gè)主機(jī)都有一個(gè) ARP 高速緩存，里面有本局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的 IP 地址到 MAC 地址的映射表。

如下圖所示，假定主機(jī) A 向同一鏈路上的主機(jī) B 發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)，已知主機(jī) A 和主機(jī) B 的 IP 地址，它們互不知道對(duì)方的 MAC 地址：

1）首先，主機(jī) A 為了獲得主機(jī) B 的 MAC 地址，它會(huì)先去查詢自己的 ARP 高速緩存中有沒有主機(jī) B 的相關(guān)記錄；

2）如果主機(jī) A 的 ARP 高速緩存中沒有主機(jī) B 的 IP 地址到 MAC 地址的映射，主機(jī) A 就會(huì)通過廣播的方式發(fā)送 ARP 請(qǐng)求包（該包攜帶自己的 IP 地址 和 MAC 地址 以及 目標(biāo)主機(jī)的 IP 地址），表明自己想要獲得主機(jī) B 的 MAC 地址；

2） 由于廣播請(qǐng)求可以被同一個(gè)鏈路上的所有主機(jī)或路由器接收，因此如果這條鏈路上某個(gè)主機(jī)或路由的 IP 地址與這個(gè) ARP 請(qǐng)求包中包含的目標(biāo)主機(jī)的 IP 地址相同，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)就將自己的 MAC 地址塞入 ARP 響應(yīng)包中返回給主機(jī) A；

當(dāng)然，ARP 響應(yīng)包是以單播的形式進(jìn)行發(fā)送的，畢竟 ARP 請(qǐng)求包中已經(jīng)包含了主機(jī) A 的 IP 地址，所以主機(jī) B 非常清楚這個(gè)響應(yīng)包應(yīng)該發(fā)送給誰(shuí)。

大部分網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在設(shè)計(jì)的時(shí)候，都是保持極度克制的，不需要的交互就砍掉，能合并的信息就合并，能不用廣播就用單播，以此讓帶寬變得更多讓網(wǎng)絡(luò)變得更快。

3）主機(jī) A 在收到主機(jī) B 發(fā)過來的 ARP 響應(yīng)包后，向其 ARP 高速緩存中寫入主機(jī) B 的 IP 地址到 MAC 地址的映射。

當(dāng)然，緩存是有一定期限的，超過這個(gè)期限，緩存的內(nèi)容將被清空。這也使得即使 MAC 地址和 IP 地址的映射關(guān)系發(fā)生了變化，也依然能夠正確的將數(shù)據(jù)包發(fā)送給目標(biāo)地址。

九、服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求

瀏覽器的 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文通過 TCP 三次握手建立的連接通道被切分成若干報(bào)文段分別發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器在收到這些報(bào)文段后，按照序號(hào)以原來的順序重組 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文。然后處理并返回一個(gè) HTTP 響應(yīng)。當(dāng)然，HTTP 響應(yīng)報(bào)文也要經(jīng)過和 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文一樣的過程。

看下方這個(gè)圖回顧一下（圖片來源《圖解 HTTP》）：

十、斷開 TCP 連接

瀏覽器和服務(wù)器都不再需要發(fā)送數(shù)據(jù)后，四次揮手?jǐn)嚅_ TCP 連接

十一、瀏覽器顯示界面

瀏覽器接收到服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)包，根據(jù)瀏覽器的渲染機(jī)制對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染

十二、總結(jié)

屏蔽掉底層細(xì)節(jié)，籠統(tǒng)的總結(jié)一下上述過程：

應(yīng)用層：

• 瀏覽器封裝 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文
• DNS 解析域名獲得目標(biāo)服務(wù)器地址

傳輸層：

• 建立連接
• 把應(yīng)用層傳過來的 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文進(jìn)行分割，并在各個(gè)報(bào)文上打上標(biāo)記序號(hào)及端口號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層：

• 利用 ARP 協(xié)議根據(jù) IP 地址獲取作為通信目的地的 MAC 地址后轉(zhuǎn)發(fā)給鏈路層

服務(wù)端在鏈路層收到數(shù)據(jù)，按序往上層發(fā)送，一直到應(yīng)用層接收到瀏覽器發(fā)送來的 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文，然后處理該請(qǐng)求并返回 HTTP 響應(yīng)報(bào)文，瀏覽器接收到響應(yīng)報(bào)文之后解析渲染界面。最后 TCP 斷開連接。

以上就是解析在瀏覽器地址欄輸入一個(gè)URL后發(fā)生了什么的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于在瀏覽器地址欄輸入一個(gè)URL的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！