从 URL 输入到页面展现发生了什么

基本概念

URL(Uniform Resource Location)统一资源定位符 : 俗称网页地址, 是因特网上标准的资源地址(Address), 用于定位互联网上的资源。

IP(Internet Protocol) : 网络之间互联的协议, 链接互联网的每一台设备都有且只有一个IP地址,用来标识自己。

DNS(Domain Name System): 因特网上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库,能够使用户更方便的访问互联网,而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。通过主机名,最终得到该主机名对应的IP地址的过程叫做域名解析(或主机名解析)。

从URL输入到页面展示的过程

1、输入地址

当我们开始在浏览器中输入网址的时候,浏览器其实就已经在智能的匹配可能的 URL了,他会从历史记录、书签等地方,找到已经输入的字符串可能对应的 URL,然后给出智能提示,让你可以补全URL地址。对于 chrome 浏览器,他甚至会直接从缓存中把网页展示出来,就是说,你还没有按下 enter,页面就出来了。

2、浏览器查找域名的ip地址

浏览器的第一步是通过访问的域名找出其IP地址,DNS查找过程如下:

  • 查询浏览器本身DNS缓存中是否有域名相关的信息
  • 查询本机的host文件中是否有域名相关的信息
  • 查询离本地最近的路由器中DNS的缓存中是否有域名相关的信息
  • 查询ISP(互联网服务提供商,例如电信,移动)中的DNS服务器中是否有目标域名的信息
  • 查询根域名服务器是否有目标域名的信息,如果没有,则传至子域名服务器进行查询, 以此递推,直到找到了IP地址为止。
3、浏览器向 web 服务器发送一个 HTTP 请求

拿到域名对应的IP地址之后,浏览器会以一个随机端口(1024<端口<65535)向服务器的WEB程序(常用的有httpd,nginx等)80端口发起TCP的连接请求。这个连接请求到达服务器端后(这中间通过各种路由设备,局域网内除外),进入到网卡,然后是进入到内核的TCP/IP协议栈(用于识别该连接请求,解封包,一层一层的剥开),还有可能要经过Netfilter防火墙(属于内核的模块)的过滤,最终到达WEB程序,最终建立了TCP/IP的连接。

建立了TCP连接之后,发起一个http请求。一个典型的 http request header 一般需要包括请求的方法,例如 GET 或者 POST 等,不常用的还有 PUT 和 DELETE 、HEAD、OPTION以及 TRACE 方法,一般的浏览器只能发起 GET 或者 POST 请求。

拓展知识

1)TCP三次握手

第一次握手:客户端将标志位SYN置为1,随机产生一个值为seq=J的数据包到服务器,客户端进入SYN_SENT状态,等待服务端确认;

第二次握手:服务端收到数据包后由标志位SYN=1知道客户端请求建立连接,服务端将标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给客户端以确认连接请求,服务端进入SYN_RCVD状态。

第三次握手:客户端收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给服务端,服务端检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,客户端和服务端进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后客户端与服务端之间可以开始传输数据了。

2)为什需要三次握手?

《计算机网络》第四版中讲“三次握手”的目的是“为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端,因而产生错误”。

书中的例子是这样的,“已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下:client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某个网络结点长时间的滞留了,以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后,就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段,同意建立连接。

假设不采用“三次握手”,那么只要server发出确认,新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求,因此不会理睬server的确认,也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立,并一直等待client发来数据。这样,server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况,client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认,就知道client并没有要求建立连接。”。主要目的防止server端一直等待,浪费资源。

3)TCP四次挥手

第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。

第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

4)为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?

这是因为服务端在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送。

4、服务器的永久重定向响应

服务器给浏览器响应一个301永久重定向响应,这样浏览器就会访问“http://www.facebook.com/” 而非"http://facebook.com/" 。

为什么服务器一定要重定向而不是直接发会用户想看的网页内容呢?

其中一个原因跟搜索引擎排名有 关。你看,如果一个页面有两个地址,就像"http://www.igoro.com/" 和"http://igoro.com/", 搜索引擎会认为它们是两个网站,结果造成每一个的搜索链接都减少从而降低排名。而搜索引擎知道301永久重定向是 什么意思,这样就会把访问带www的和不带www的地址归到同一个网站排名下。

还有一个是用不同的地址会造成缓存友好性变差。当一个页面有好几个名字时,它可能会在缓存里出现好几次。

5、浏览器跟踪重定向地址

现在,浏览器知道了“http://www.facebook.com/” 才是要访问的正确地址,所以它会发送另一个获取请求。

6、服务器处理请求

web server接受用户的请求,并返回代码。web server 担任管控的角色,对于不同用户发送的请求,会结合配置文件,把不同请求委托给服务器上处理对应请求的程序进行处理(例如CGI脚本,JSP脚本,servlets,ASP脚本,服务器端JavaScript,或者一些其它的服务器端技术等)。

7、服务器返回一个 HTTP 响应

经过前面6个步骤,服务器收到了我们的请求,也处理了我们的请求,到这一步,它会把它的处理结果返回,也就是返回一个HTTP响应。

8、浏览器显示 HTML

在浏览器没有完整接受全部HTML文档时,它就已经开始显示页面了,浏览器是如何把页面呈现在屏幕上的呢?就是浏览器解析的一个过程,
对应就是html页面加载、解析、渲染的工作。

  1. 加载
    浏览器对一个html页面的加载顺序是从上而下的,并在加载过程并行进行解析渲染处理。在这个过程中遇到link标签、image标签、script标签时,浏览器会再次向服务器发送请求获取css文件、图片资源、js文件,并执行js代码,同步进行加载解析。
  2. 解析、渲染
    解析的过程,其实就是生成解析树,即dom树。dom树是由dom元素及属性节点组成,加上css解析的样式对象和js解析后的动作实现。而渲染,就是将DOM树进行可视化表示。
  3. 绘制网页
    浏览器通过上面步骤计算得到渲染树,是DOM树的可视化表示,构建渲染树使页面以正确的顺序绘制出来,遵循一定的渲染规则,经过一系列的渲染工作,实现网站页面的绘制,由此最终完成了页面展示。
9、浏览器发送请求获取嵌入在 HTML 中的资源(如图片、音频、视频、CSS、JS等等)

其实这个步骤可以并列在步骤8中,在浏览器显示HTML时,它会注意到需要获取其他地址内容的标签。这时,浏览器会发送一个获取请求来重新获得这些文件。比如我要获取外图片,CSS,JS文件等,类似于下面的链接:

图片:http://static.ak.fbcdn.net/rsrc.php/z12E0/hash/8q2anwu7.gif
CSS式样表:http://static.ak.fbcdn.net/rsrc.php/z448Z/hash/2plh8s4n.css
JavaScript 文件:http://static.ak.fbcdn.net/rsrc.php/zEMOA/hash/c8yzb6ub.js

这些地址都要经历一个和HTML读取类似的过程。所以浏览器会在DNS中查找这些域名,发送请求,重定向等等...

不像动态页面,静态文件会允许浏览器对其进行缓存。有的文件可能会不需要与服务器通讯,而从缓存中直接读取。服务器的响应中包含了静态文件保存的期限 信息,所以浏览器知道要把它们缓存多长时间。还有,每个响应都可能包含像版本号一样工作的ETag头(被请求变量的实体值),如果浏览器观察到文件的版本 ETag信息已经存在,就马上停止这个文件的传输。

参考资料

http://www.cnblogs.com/xianyulaodi/p/6547807.html
http://blog.csdn.net/wdzxl198/article/details/11265475
http://www.cnblogs.com/wenanry/archive/2010/02/25/1673368.html
http://www.cnblogs.com/zhaobw/p/6580241.html

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