《网络是怎么连接的》读书笔记
我们每天都在上网，在浏览器中输入url到结果返回页面呈现，只有秒级的时间。那么问题来了，url发往何处，信息又从何处获取？了解这个我们首先要了解下网络是怎么连接的？其中HTTP协议在其中又发挥什么作用呢？
网络是怎么连接的
总的来言，网络连接过程主要包含下面六个步骤，我们对每个步骤进行详细分析。
浏览器生成消息
用户输入url时，浏览器会生成消息主要通过下面4个步骤。
（1）浏览器解析url
web服务器的url都满足下图所示的规则，当浏览器解析url时，会按照下图的格式将各个元素拆分出来。
举个例子，对于http://hackr.jp/这个url，解析后可以明确，是用http协议访问服务器名为hackr.jp的文件，这里缺省数据源（文件）的路径名，是默认文件名，比如index.html。根据服务器的配置确定的，这个设置根据服务器不同而不同。
（2）生成HTTP请求消息
对URL进行解析之后，浏览器确定了Web服务器和文件名，接下来就是根据这些信息来生成HTTP请求消息了。HTTP请求消息主要有请求行、消息头、消息体三部分组成，在HTTP消息会详细介绍。
（3）向DNS服务器查询Web服务器的IP地址
ip地址是计算机“识别”用的，服务器名是人类来“识别记忆”用的。DNS服务器会返回web服务器对应的ip地址，便于后续的网络连接。
和浏览器一样，解析器本身也不具备使用网络收发数据的功能。解析器调用协议栈后，控制流程会再次转移，协议栈会执行发送消息的操作，然后通过网卡将消息发送给DNS服务器。向DNS服务器发送消息时，我们当然也需要知道DNS服务器的IP地址。只不过这个IP地址是作为TCP/IP的一个设置项目事先设置好的，不需要再去查询了。
（4）委托协议栈发送消息
浏览器可以将消息委托给操作系统以发送给Web服务器，这就涉及到下一小节传输协议和信号传输等。
电信号传输数据
数据收发操作是从应用程序调用write将要发送的数据交给协议栈开始的，协议栈收到数据后执行发送操作。
TCP模块给数据加上TCP头部生成TCP包，发送给IP模块委托其进行发送，IP模块给TCP包加上IP头部和MAC头部，生成网络数据包。IP模块将网络数据包发送给网卡设备，传递给网卡的网络包是由一连串0和1组成的数字信息，网卡会将这些数字信息转换为电信号或光信号，并通过网线（或光纤）发送出去，然后这些信号就会到达集线器、路由器等转发设备，再由转发设备一步一步地送达接收方。
信号在网线和集线器中的传输
所有的包在传输到目的地的过程中都是独立的，相互之间没有任何关联。
网络包从客户端计算机发出之后，要经过集线器、交换机和路由器最终进入互联网。
（1）基线器（ Hub ）
它可以视作多端口的中继器。主要发挥：信号放大，广播分发的作用。
（2）交换机（Switch）
交换机是一种基于MAC(网卡的硬件地址)识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。
（3）路由器（Router）
路由器是连接因特网中各局域网、广域网的设备。在路由器中记录着路由表，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。
值得注意的是，我们家里用的路由器已经集成了集线器和交换机的功能。但是，如果把这种“不纯粹”的路由器拆分成“纯粹”的路由器和“纯粹”的交换机，则它们各自都适用上面的内容。
接入互联网
（1）ADSL入网
早期家庭接入网都是ADSL的方式，通过复用电话线的方式接入网。信号从电话线传入，分离器将电话的语音信号和ADSL的信号进行分离，语音信号传入电话机完成电话的通讯工作，另外的ADSL信号等传入ADSL MOdem（即经常说的“猫”）。“猫”将电信号转化为数字信号，然后接入网络设备。
（2）光纤入网
随着时代的发展，号称“速度更快”的光纤入网慢慢普及开来。这种方式用光纤作为主要的传输媒质，从运营商拉入进户线之后，“光猫”将光信号转化为数字信号，然后接入无线路由器。网络设备接入无线网络就可以正常上网。
那么，问题来了，为什么光纤上网比ADSL快？
有种常见的误解说因为“光速快”，事实当然不是如此，如果还记得起初中物理的话，光是电磁波的一种，电传输也是电磁波，所以本质上传输速度应该一致。
差别在于对于大容量数据传输来看, 一般网线支持带宽最大到1G(近似1000M)，而光纤本身支持带宽则为数G甚至数十上百G。所以，如果所传输数据非常庞大,则光纤有很大优势，能在较短时间内，传输完较大数据(数据超过1G情况)。
服务器预处理
网络包从互联网到达服务器，根据服务器部署地点的不同而不同。最简单的部署方式是，服务器直接部署在公司网络上，并且可以从互联网直接访问。但是这种方式需要为公司网络中的所有设备都分配各自的公有地址，会导致ip地址不足；另一方面，从互联网传来的网络包会无节制地进入服务器，服务器在攻击者看来处于“裸奔”状态，会导致安全问题，所以网络包进入公司内网之前，都会做预处理，比如部署防火墙等。
（1）防火墙
防火墙的作用类似于海关，它只允许发往指定服务器的指定应用程序的网络包通过，从而屏蔽其他不允许通过的包。目前最普及的方式是包过滤方式，包过滤方式的防火墙可根据接收方的IP地址、发送方IP地址、接收方端口号、发送方端口号、控制位等信息来判断是否允许某个包通过。
（2）负载均衡器
当服务器的访问量上升时，增加服务器线路的带宽是有效的，但并不是网络变快就可以解决问题，高速线路传输大量网络包，会导致服务器的性能跟不上。这种情况下，使用多台服务器来分担负载的方法更有效，而负载均衡器就是这样的一种方式。
使用负载均衡器时，首先要用负载均衡器的IP地址代替Web服务器的实际地址注册到DNS服务器上。客户端认为负载均衡器就是一台Web服务器，并向其发送请求，然后由负载均衡器来判断将请求转发给哪台Web服务器。
如何判断将请求转发给哪台Web服务器？
主要是通过操作是否跨多个页面、Web服务器负载状况来确定的。
（3）缓存服务器
除了使用多台功能相同的Web服务器分担负载外，还有另外一种方法，就是将整个系统按功能分成不同的服务器，如Web服务器、数据库服务器、缓存服务器等。缓存服务器就是一种按功能来分担负载的方法。
缓存服务器是一台通过代理机制对数据进行缓存的服务器。当进行中转时，它可以将Web服务器返回的数据保存在磁盘中，并可以代替Web服务器将磁盘中的数据返回给客户端。
服务器响应
服务器的接收操作和客户端发送过程相对应，是发送倒序的过程。
（1）网卡的MAC 模块将网络包从信号还原为数字 信息，校验FCS并存入缓冲区。
网卡驱动会根据MAC头部判断协议类型，并将 包交给相应的协议栈。
（2）协议栈的IP模块会检查IP头部，判断是不是发给自己的;判断网络包是否经过分片;
将包转交给TCP模块或UDP模块。
（3）TCP执行对应的收发连接时对应的操作。
（4）Web服务器程序解释请求消息并做出响应：
将请求的URL并转换为实际的文件名或者调用接口返回信息
参考文献
《图解Http》
《网络是怎样链接的？》