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系列文章目录

什么是计算机网络？
什么是网络协议？
计算机网络的结构
数据交换之电路交换
数据交换之报文交换和分组交换
分组交换 vs 电路交换
计算机网络性能（1）——速率、带宽、延迟
计算机网络性能（2）——时延带宽积、丢包率、吞吐量/率
计算机网络体系结构概念
OSI参考模型基本概念
OSI参考模型中非端-端层（物理层、数据链路层、网络层）功能介绍
OSI参考模型中端-端层（传输层、会话层、表示层、应用层）功能介绍
TCP/IP参考模型基本概念，包括五层参考模型
网络应用的体系结构
网络应用进程通信
网络应用对传输服务的需求

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什么是Web

Web：World Wide Web（即我们常见的www），也叫万维网。由Tim Berners-Lee这位伟大的科学家发明。

Web最基本的构成要素是网页，网页之间互相链接就形成了庞大的信息网络、服务网络等等。

网页(Web Page)包含多个对象(objects）。

• 对象：HTML文件、JPEG图片、视频文件、动态脚本等
• 每个网页包含基本HTML文件，这个文件又包含对其他对象引用的链接。

互联网上有那么多的网页，那就又遇到了寻址的问题。这里就是web对象的寻址。用URL(Uniform Resoure Locator)统一资源定位器标识web对象（在RFC1738中有详细描述）。基本格式为：Scheme://host:port/path。如下所示，这里省略了协议名称，默认是http协议。

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HTTP协议概述

Web应用遵循的协议就是HTTP协议（HyperText Transfer Protocol）。

• 即超文本传输协议。
• 这个协议采用C/S结构。
  • 客户—Browser：请求、接收、展示Web 对象
  • 服务器—Web Server：响应客户的请求 ，发送对象。Apache web server是现在是一个标准。

HTTP应用层协议使用的传输层协议就是TCP协议。

• 服务器在80端口等待客户的请求
• 浏览器发起到服务器的TCP连接(创建套接字Socket)
• 服务器接受来自浏览器的TCP连接
• 浏览器(HTTP客户端)与Web服务器(HTTP服务器)交换HTTP消息
• 关闭TCP连接

HTTP应用协议是一个无状态(stateless)协议。通俗地讲就是服务器不维护任何有关客户端过去所发请求的信息。比如两分钟之前请求了百度的页面，两分钟后再次请求，服务器端对这两次请求是不区分的。服务器就是无记忆的。

一般来说，大家更喜欢使用无状态的协议，因为有状态的协议往往更复杂。因为需要维护状态(历史信息)，此外，如果客户或服务器失效，会产生状态的不一致，解决这种不一 致代价高。

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HTTP连接

我们已经知道，web应用所遵循的应用层协议是HTTP协议，HTTP底下依靠的是TCP传输层协议建立连接。

那在对TCP的使用上是有两种不同的方法的，我们称为HTTP连接的两种类型。

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非持久性连接(Nonpersistent HTTP)

• 每个TCP连接最多允许传输一个 对象
• HTTP 1.0版本使用非持久性连接

大致工作过程：

大家可能遇到过这种情况：网速较慢的情况下，我们打开一个网页，文字都出来了，但是那些图片一张一张地慢慢才出来，这从一定程度上反映了上面的工作过程。

我们怎么来计算这个过程的时间？下面进行响应时间分析与建模。

• RTT(Round Trip Time)：从客户端发送一个很小的数据包到服务器 并返回所经历的时间。

• 响应时间(Response time)：

  • 发起、建立TCP连接：1个RTT
  • 发送HTTP请求消息到HTTP响应消息的前几个字节到达：1个RTT
  • 响应消息中所含的文件/对象传输时间…

• Total=2RTT +文件发送时间。

非持久性连接的问题：

• 每个对象需要2个RTT以上的时间才能获得。
• 操作系统需要为每个TCP连接开销资源(overhead)。
• 浏览器打开多个并行的TCP连接以获取网页所需对象，这个时候给服务器端带来很大的负担。

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持久性连接(Persistent HTTP)

• 每个TCP连接允许传输多个对象
• HTTP 1.1版本默认使用持久性连接

建立TCP资源是有代价的，也就是说TCP连接资源是宝贵的。那我们就尽可能多利用这次连接。

对比非持久性连接，持久性连接：发送响应后，服务器保持TCP连接的打开，后续的HTTP消息可以通过这个连接发送。

细分的话就有两种类型：

• 无流水(pipelining)的持久性连接：

  • 客户端只有收到前一个响应后才发送新的请求。
  • 每个被引用的对象耗时1个RTT（对比2RTT，减少了建立连接的一个RTT时间开销）。

• 带有流水机制的持久性连接：

  • HTTP 1.1的默认选项。
  • 客户端只要遇到一个引用对象就尽快发出请求。就不用等前面那个响应来。
  • 理想情况下，收到所有的引用对象只需耗时约1个RTT。

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HTTP消息格式

HTTP协议有两类消息：

• 请求消息(request)
• 响应消息(response)

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HTTP请求消息

请求消息是用ASCII码写的，所以只要有计算机基础的人就可以读懂。

• 第一行是请求行。包括请求命令（GET、POST…）、URL、http版本

• 接着几行是头部行。包括主机名称Host、浏览器类型和版本、连接状态、接受的语言。

• 接着是一个空行。

• 空行下面是消息体。

什么时候请求会有消息体呢？想想我们平时登录一个网站，是不是要填写一些基本信息和密码，浏览器就会把这些数据传给服务器。那把这些用户输入信息传给服务器有哪些方法？

主要有下面这些方法：

• POST方法。使用POST方法，可以把网页中的表格里的数据放到请求消息的消息体里传给服务器，服务器再从消息体里提出这些数据。

• GET方法。也叫URL方法。输入的信息比较少的话，可以把输入信息通过请求行的URL字段上传。这样URL就会有变。比如：

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HTTP响应消息

HTTP响应消息同样是由ASCII码写的，所以我们也是可以直接读的。

• 第一行是状态行。包括http版本和状态码以及状态码的解释。
• 接着几行是头部行。包含的内容和请求消息的头部行差不多。注意Date字段是Web服务器生成这个响应消息的时间；Server是服务器端所使用的软件。
• 接着是一个空行。
• 接着是响应的HTML文件数据。

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HTTP方法的类型

• HTTP/1.0：

  • GET
  • POST
  • HEAD。要求服务器（server）不要将所请求的对象放入响应消息中。这个往往是做测试用。

• HTTP/1.1：

  • GET、
  • PUT。将消息体中的文件上传到URL字段所指定的路径。
  • DELETE 。 删除URL字段所指定的文件