推《网络是怎样连接的》

    用了一个多周时间看完了《网络是怎样连接的》,感觉写的非常好,推荐一下并来写写书评,准备有时间把户根勤先生的《计算机是怎样跑起来的》和《程序是怎样跑起来的》也读读。
    这本书以一个探索之旅开始,用比较易懂的语言讲述了从在浏览器中输入网址开始,一路追踪到显示出网页内容为止的整个过程,覆盖了网络的全貌。用书中的观点,如果只是讲解TCP/IP、以太网这些单独的技术,读者无法理解网络技术背后的本质意义;而如果无法理解其本质意义,就只能停留在死记硬背的程度,无法做到实际应用。所以该书重点介绍了实际的网络设备和软件是如何工作的。
    接下来我来回顾总结一下这个过程。
    首先从用户在浏览器中输入网址(URL)开始,例如当我们输入http://www.baidu.com,然后按下回车键后,浏览器就会按照一定的规则去分析这个网址的含义,然后根据其含义生成请求消息,但是浏览器并不会亲自负责将数据传送给web服务器,而是会委托操作系统中的网络控制软件将消息发送给服务器。具体来说,浏览器解析用户输入的网址的含义,将生成的HTTP消息转交给Socket库,Socket库将收到的HTTP消息作为数据转交给协议栈。
    到达协议栈后,协议栈会对从浏览器接收到的消息打包,然后加上目的地址等控制信息。接着协议栈将打包好的包交给网卡(负责以太网或无线网络通信的硬件)然后网卡会将包转换为电信号并通过网线发送出去,这样这个包就进入到了网络之中。协议栈中又有TCP(需要连接)、UDP(不需要连接)、IP(传送网路包、确定路由)。具体来说TCP按照网络包的长度对数据进行拆分,在每个包前面加上TCP头部并转交给IP,IP在TCP包前面加上IP头部,然后查询MAC地址,并加上MAC头部,然后将包转交给网卡驱动,网卡驱动收到IP发来的包,将其转交给网卡并发出发送指令,网卡检查以太网的可发送状态,将包转换成电信号通过双绞线发送出去。当然,协议栈还有其他的功能:当发生通信错误时重新发送包,或者调节数据发送的速率。
    假设客户端计算机是连接到家庭或公司的局域网中,然后再通过ADSL和光纤到户(FTTH)等宽带线路接入互联网。在此场景下,网卡发送的包会经过交换机等设备,到达用来接入互联网的路由器。路由器的后面就是互联网,网络运营商会负责将包送到目的地。具体来说,信号通过双绞线到达集线器,集线器将信号广播到所有端口,这样信号便到达交换机,交换机根据收到的包的接收方MAC地址查询自身的地址表找到输出端口,并将包转发到输出端口。
    互联网的入口线路称为接入网,数据从用来入互联网的路由器出发,进入到互联网的内部。在互联网的骨干网中,存在很多运营商和大量的路由器,进入互联网的网络包就在其中经过若干路由器的大接力,最终被发送到目标web服务器。具体来说,互联网接入路由器根据收到的包的接收方IP地址查询自身的路由表找到输出端口,并将包转发到输出端口。经过互联网接入路由后,输出到互联网中的包带有了PPPoE头部和PPP头部,然后ADSL Modem将收到的包拆分成ATM信元并将其转换成电信号后通过电话线发送出去,ADSL Modem发送出去的信号经过电线杆上的电话线到达电话局的DSLAM(局端多路Modem),DSLAM将收到的电信号还原成ATM信元并发送给BAS(宽带接入服务器),BAS将ATM信元还原成网络包并加上L2TP头部,根据接收方IP地址进行转发,网络包通过隧道到达位于隧道出口的隧道路由器,L2TP头部和PPP头部均被丢弃,通过互联网流向web服务器。
    通过了骨干网后,网络包最终到达了web服务器所在的局域网中,接下来它要接受防火墙的检查,通过防火墙的检查后,网络包可能还会遇到缓存服务器和负载均衡器,如果用户请求的页面已经缓存在服务器上,则代替服务器向用户返回页面数据。如果请求的页面没有被缓存,缓存服务器会将请求转发给web服务器。经过这些机制后,网络包才会到达web服务器。
    当网络包到达web服务器后,数据会被解包并还原为原始的请求消息,然后交给web服务器程序。web服务器收到包后,网卡和网卡驱动会接收这个包并转交给协议栈,协议栈依次检查IP头部和TCP头部,如果没有问题则取出HTTP消息的数据块并进行组装。HTTP消息被恢复成原始形态,然后通过Socket库转交给web服务器,web服务器分析HTTP消息的内容,并根据请求内容将读取的数据返回给客户端。响应消息回到客户端的过程就和之前的过程相反了。
    当响应消息到达客户端之后,浏览器会从中读取的网页的数据并在屏幕上显示出来。到此,访问web服务器的一系列操作就全部完成了。整本书就是这样原原本本的把这个过程呈现出来,讲解的过程不乏形象的比喻,整本书也没有太晦涩难懂的语言,是一本非常不错的讲解网络基础知识的书,也值得二刷,强烈安利给大家。

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