计算机网络5————应用层（DNS 和 HTTP）

一.应用层概述

应用层位于网络体系的最高层

应用层字协议：

定义了运行在不同端系统上的应用程序进程之间如何传递报文，为某一类应用进程提供了通信服务的规则。

二.DNS

1.概述

DNS产生原因:

IP地址难于记忆，可使用符号地址，比如用www.hh.edu表示210.28.39.92。网络本身是使用IP地址的,因此需要一个完成二者之间相互转化的机制。因此就产生的域名系统DNS。

相关概念：

• 名称空间：定义了所有可能的名称（可为平面或者层次）的集合
• 域名：任何一个Internet上的主机或者路由器，有可有一个唯一的层次结构的名称
• 域：是名称空间中的一个可被管理的划分（域还可以继续划分为子域，如二级域，三级域）
• 域名系统维护着名称到值的映射的集合

2.域名的树状结构

域名的树状结构为：

• 跟
• 在跟下面的顶级域名
• 在某个顶级域名下的二级域名
• 在某个二级域名下的三级域名
• …
• 叶：主机名

域名表示：主机名…三级域名.二级域名.顶级域名

• 完整的域名最长255个字符
• 每部分最长63个字符
• 不区分大小写
  
  顶级域名分为三类：国际顶级域名，通用顶级域名,基础结构域名。
  
  国家顶级域名：
  
  通用顶级域名:
  
  基础结构域名：这种域名只有一个，即arpa，用于反域名解析，因此又称为反向域名。

3.域名服务器

域名服务器有以下四种类型：

• 根域名服务器
• 顶级域名服务器
• 权限域名服务器
• 本地域名服务器

a.本地域名服务器

• 本地域名服务器又称默认域名服务器，当一个主机发出DNS查询请求时，这个查询请求报文就发送给本域名服务器。
• 每一个因特网服务提供者ISP，或者一个大学，甚至一个大学的一个系，都可以拥有一个本地域名服务器
• 当本地域名无法对因特网上的域名五福解析，就首先求助于跟域名服务器。

b.根域名服务器

• 当本地域名服务器无法解析域名时，就会首先求助于根域名服务器。
• 在因特网上共有13个不同IP地址的根域名服务器，他们的名字是用一个英文字母命名，从a一直到m，这样做的目的是为了方便用户，使世界大部分DNS域名服务器都能就近找到一个跟域名服务器
• 每个域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和IP地址。
  

c.顶级域名服务器

• 顶级域名服务器负责管理在其下注册的所有二级域名

d.权限域名服务器

• 权限域名服务器是负责一个区的域名服务器
• 当一个权限域名服务器还不能给出最后的查询答案时，就会告诉发出查询请求的DNS客户，下一步应当找哪一个权限域名服务器

4.域名解析过程

域名解析分为两种查询：迭代查询和递归查询
迭代查询：

递归查询

• 主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询域名的IP地址，那么本地域名服务器就以DNS客户的身份，向其他跟域名服务器继续发出查询请求报文。
• 本地域名服务器向跟域名服务器的查询通常是采用的迭代查询。当跟域名服务器收到本地域名服务器的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地域名服务器：你的下一步应当向哪一个域名服务器进行查询。然后让本地域名服务器进行后续的查询。

三.HTTT概述

关于HTTP的大部分内容（报文格式，请求方法，状态码，各个版本），在我的另一篇博客中，都有比较详细的内容：Android之网络请求1————HTTP协议

在这里我主要，是对上面那篇博文的补充以及我在被头条面试时，问到的两个问题

1.URL

URL是浏览器寻找信息时所需要的资源位置，通过URL，人类和应用程序才能找到，使用并共享因特网上大量的数据资源，URL是人们对HTTP和其他协议的常用访问点：一个人将浏览器指向一个URL，浏览器会使用恰当的协议报文来获取人们所期望的资源。

比如你要获取URL：http://www.joes-hardware.com/seasonal/index-fall.html.
这个URL分为三部分：

• 第一部分（http）是URL方案。方案可以告知web客户端怎样访问资源。在这个例子中，URL使用的HTTP协议
• 第二部分（www.joes-hardware.com）指的是服务的位置。这部分告知web客户端资源位于何处
• 第三部分（/seasonal/index-fall.html）是资源路径。路径说明了请求的是服务器上哪个特定的本地资源

a.URL的语法
大多数URL的语法建立在这个由9部分构成的通用格式上：
< scheme >://< user >:< password >@< host >:< port >/ < path > ; < patrams > ? | < query >#< frag > ]

• 方案（scheme）：访问服务器以获取资源时要使用哪种协议
• 用户（user）：某些方案访问资源时需要的用户名
• 密码（password）：用户名后面可能要包含的密码
• 主机（host）：资源宿主服务器的主机名或者ip地址
• 端口（port）：资源宿主服务器正在监听的端口号。很多方案都有默认的端口号（http：80）
• 路径（path）：服务器上资源的本地名，由一个斜杠将其与前面的URL组件分割开。路径组件的语法是和方案有关的
• 参数（patrams）：某些方案会用这个组件来指定输入参数，参数为名/值对。URL可以包含多个参数字段，他们之间以及路径其余部分用分号分隔
• 查询（query）:某些方案会用这个组件传递参数以激活应用程序。查询组件内容没有通用格式。用字符‘？’将其与其他部分分割出来
• 片段（frag）：一小片或者一部分资源的名字。引用对象是，不会将frag字段传送给服务器，这个字段是在客户端内部使用的。通过字符‘#’将其与URL的其余部分分割开。

对于任意一个URL而言，方案，主机，路径这三个是必不可少的。

b.方案
url除了http之外，有什么其他的方案呢？
常用URL Scheme，这篇博客里介绍了Android大部分常用的方案。

其他常见的方案：

• http:超文本传输协议，与通用的URL格式相符（除了没有用户名和密码之外）。若省略了端口，则默认是80。
• https:与http是一对。区别在于https使用了SSL(SSL为HTTP连接提供了端到端的加密机制)语法和HTTP的相同，默认端口是443
• mailto:URL指向E-mail地址
• ftp:文件传输协议URL可从FTP服务器上下载或上传文件，并获取FTP服务器上的目录结构内容的列表
• rtsp,rtspu: RTSP URL是可以通过实时流传输协议(Real Time Streaming Protocol)解析的音/视频媒体资源的标识符
• file:表示一台主机上可直接访问的文件
• telnet:用于访问交互式业务

2.GET和POST的区别

这个问题当时在面试字节跳动实习岗的时候，被问到这个问题，当时只是简单的回答了一下，回答的很糟。所以在这里系统的整理下

先简单看看两者的作用

GET：通常用于请求服务器发送某个资源。
POST：POST方法起初是用来向服务器输入数据的。但实际上，通常会用它来支持HTML的表单。表单中填好的数据通常会被送给服务器，然后由服务器将其发送给它要去的地方。

两者的差别：

• POST相对来说更安全些（不会作为URL的一部分，不会缓存保存在服务器日志 以及浏览记录中）
• POST发送的数据更大（get有URL长度限制）
• POST能发送更多的数据类型（get只能发送ASCLL字符）
• POST比GET慢
• POST用于修改和写入数据，get一般用于搜索排序和筛选之类的操作（淘宝，支付宝的搜索查询都是get提交），目的是资源的获取，读取数据

POST请求为什么慢

• POST需要在请求的Body部分包含数据，所以会多几个数据描述部分，但这部分微乎其微。
• 最重要的是POST请求过程比GET请求多了一次请求，POST在请求时，会先发送请求头，服务器确认之后，才会发送真正的数据。
• get会将数据缓存起来，所以get请求可以享受到各种缓存机制，而post不会

关于GET请求传参的最大长度限制

• http协议并未规定get和post的长度限制
• get的最大长度限制是因为浏览器和web服务器限制了URL的长度
• 不同的浏览器和web服务器，限制的最大长度不一样
• 要支持IE，则最大长度为2083byte，若支持Chrome，则最大长度8182byte

3.HTTP实现断点续传

a.概述
断点续传：指的是在上传/下载时，将任务（一个文件或压缩包）人为的划分为几个部分，每一个部分采用一个线程进行上传/下载，如果碰到网络故障，可以从已经上传/下载的部分开始继续上传/下载未完成的部分，而没有必要从头开始上传/下载。可以节省时间，提高速度。

b.相关的参数
从http1.1开始后，开始支持获取文件的部分内容，这为并行下载以及断点续传提供了技术支持。它通过在 Header 里两个参数实现的，客户端发请求时对应的是 Range ，服务器端响应时对应的是 Content-Range。

Range

用于请求头中，指定第一个字节的位置和最后一个字节的位置，一般格式：Range:(unit=first byte pos)-[last byte pos]
Range: bytes=0-499 表示第 0-499 字节范围的内容
Range: bytes=500-999 表示第 500-999 字节范围的内容
Range: bytes=-500 表示最后 500 字节的内容
Range: bytes=500- 表示从第 500 字节开始到文件结束部分的内容
Range: bytes=0-0,-1 表示第一个和最后一个字节
Range: bytes=500-600,601-999 同时指定几个范围

Content-Range

用于响应头中，在发出带 Range 的请求后，服务器会在 Content-Range 头部返回当前接受的范围和文件总大小。一般格式：Content-Range: bytes (unit first byte pos) - [last byte pos]/[entity legth]
Content-Range: bytes 0-499/22400
0－499 是指当前发送的数据的范围，而 22400 则是文件的总大小。

而在响应完成后，返回的响应头内容也不同：
HTTP/1.1 200 Ok（不使用断点续传方式）
HTTP/1.1 206 Partial Content（使用断点续传方式）

c.增强校验
在实际场景中，会出现一种情况，即在终端发起续传请求时，URL 对应的文件内容在服务器端已经发生变化，此时续传的数据肯定是错误的。如何解决这个问题了？显然此时需要有一个标识文件唯一性的方法。

在 RFC2616 中也有相应的定义，比如实现 Last-Modified 来标识文件的最后修改时间，这样即可判断出续传文件时是否已经发生过改动。同时 FC2616 中还定义有一个 ETag 的头，可以使用 ETag 头来放置文件的唯一标识。

Last-Modified

If-Modified-Since，和 Last-Modified 一样都是用于记录页面最后修改时间的 HTTP 头信息，只是 Last-Modified 是由服务器往客户端发送的 HTTP 头，而 If-Modified-Since 则是由客户端往服务器发送的头，可以看到，再次请求本地存在的 cache 页面时，客户端会通过 If-Modified-Since 头将先前服务器端发过来的 Last-Modified 最后修改时间戳发送回去，这是为了让服务器端进行验证，通过这个时间戳判断客户端的页面是否是最新的，如果不是最新的，则返回新的内容，如果是最新的，则返回 304 告诉客户端其本地 cache 的页面是最新的，于是客户端就可以直接从本地加载页面了，这样在网络上传输的数据就会大大减少，同时也减轻了服务器的负担。

Etag

主要为了解决 Last-Modified 无法解决的一些问题。
1.一些文件也许会周期性的更改，但是内容并不改变（仅改变修改时间），这时候我们并不希望客户端认为这个文件被修改了，而重新 GET。
2.某些文件修改非常频繁，例如：在秒以下的时间内进行修改（1s 内修改了 N 次），If-Modified-Since 能检查到的粒度是 s 级的，这种修改无法判断（或者说 UNIX 记录 MTIME 只能精确到秒）。
3.某些服务器不能精确的得到文件的最后修改时间。
Etag 仅仅是一个和文件相关的标记，可以是一个版本标记，

If-Range

用于判断实体是否发生改变，如果实体未改变，服务器发送客户端丢失的部分，否则发送整个实体
一般格式：If-Range: Etag | HTTP-Date
If-Range 必须与 Range 配套使用。如果请求报文中没有 Range，那么 If-Range 就会被忽略。如果服务器不支持 If-Range，那么 Range 也会被忽略。

d.工作原理
Etag 由服务器端生成，客户端通过 If-Range 条件判断请求来验证资源是否修改。请求一个文件的流程如下：

第一次请求：

• 客户端发起 HTTP GET 请求一个文件。
• 服务器处理请求，返回文件内容以及相应的 Header，其中包括 Etag（例如：627-4d648041f6b80）（假设服务器支持 Etag 生成并已开启了 Etag）状态码为 200。

第二次请求（断点续传）：

• 客户端发起 HTTP GET 请求一个文件，同时发送 If-Range（该头的内容就是第一次请求时服务器返回的 Etag：627-4d648041f6b80）。
• 服务器判断接收到的 Etag 和计算出来的 Etag 是否匹配，如果匹配，那么响应的状态码为 206；否则，状态码为 200。

四.一个完整的网络请求过程

在之前的几篇文章里，我们详细完整的介绍了，传输层，网络层，数据链路层。最后我想用一个完整的网络请求为例，将前面的知识串起来。

问题：从输入网址到获得页面的网络请求的过程。

简答：

1. 解析Web页面的URL，得到Web服务器的域名。
2. 浏览器向DNS请求解析www.nowcoder.com地址，获得web服务器的ip地址。
3. 浏览器与服务器建立TCP连接。
4. 浏览器发起HTTP请求，向Web服务器获得URL指定的文档。
5. web服务器响应请求，并将请求的文档发给浏览器
6. 浏览器解析html代码并请求html中的js/css/图片等资源
7. 浏览器进行页面渲染呈现给用户

下面主要以2.3.4为重点展开接收

1.DNS域名解析

以Chrome浏览器为例，Chrome会解析域名对应的IP地址。

（1）Chrome浏览器会首先搜索浏览器自身的DNS缓存（可以使用 chrome://net-internals/#dns 来进行查看），浏览器自身的DNS缓存有效期比较短，且容纳有限，大概是1000条。如果自身的缓存中存在blog.csdn.net 对应的IP地址并且没有过期，则解析成功。

（2）如果（1）中未找到，那么Chrome会搜索操作系统自身的DNS缓存（可以在命令行下使用 ipconfig /displaydns 查看）。如果找到且没有过期则成功。

（3）如果（2）中未找到，那么尝试读取位于C:WindowsSystem32driversetc下的hosts文件，如果找到对应的IP地址则解析成功。

（4）如果（3）中未找到，浏览器首先会找TCP/IP参数中设置的本地DNS服务器，如果要查询的域名包含在本地配置的区域资源中，则完成域名解析，否则根据本地DNS服务器会请求根DNS服务器。后面就是迭代或者递归查询的过程。

2.TCP连接

下图就是TCP的三次握手的过程
更详细的内容可以看我上一篇的博客 计算机网络4————运输层

3.HTTP传输数据

当连接建立好之后，就可以进行数据的传输。一般而言会以GET或者POST的方式进行传输通信，以GET请求为例

下面是一个GET请求报文格式

客户端将这个报文经过因特网发送给服务器

服务器收到这个报文之后，处理之后，给客户端返回一个响应
即HTTP响应，响应报文格式如下:

4.如何通过因特网传输数据

上面只是简单的说，通过因特网进行传输，那么他究竟如何通过因特网传输的？

就是如上面所示，根据TCP/IP的协议。

• 先添加TCP头部，这一块负责流量控制，拥塞控制，以及负责连接的建立和断开。详细内容见计算机网络4————运输层
• 在添加IP头部，这一块是负责寻址，用IP地址，经过路由器中路由表的分组转发，最终到达服务器。而路由表的生成，有静态路由和动态路由之分。动态路由有RIP（距离向量），OSPF（链路选择），BGP协议来生成对应的路由表，详细内容见计算机网络3————网络层
• 在添加MAC协议头部，在数据链路层使用的以太网协议，这一块是负责，根据mac地址，在局域网内寻找目标，进行转发。比如主机寻找另一个主机，或者路由器。路由器寻找主机或者另一个路由器。网络层之间的路由间的转发，实际上就是靠mac地址来完成的。mac地址是通过arp协议将ip转换为mac地址。详细内容见计算机网络2————数据链路层
• 最后就是物理层，将完整的数据包（http报文+TCP头部+IP头部+MAC头部）转换为二进制，在转为为对于的物理信号，通过光缆或者电缆将这些数据进行传输。

五.参考资料

《计算机网络：原理和实践》
《HTTP权威指南》
字节跳动面试题：从输入网址到获得页面的网络请求的过程，请详细说一下
http GET 和 POST 请求的优缺点和误区 --前端优化

最后

以上就是自觉金针菇为你收集整理的计算机网络5————应用层（DNS 和 HTTP）计算机网络5————应用层（DNS 和 HTTP）的全部内容，希望文章能够帮你解决计算机网络5————应用层（DNS 和 HTTP）计算机网络5————应用层（DNS 和 HTTP）所遇到的程序开发问题。

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