从浏览器中输入URL到页面加载发生了什么 – Part 2 TCP/IP

因为文章太长，所以将它分为三部分，本文是第一部分。

第一部分：从浏览器中输入URL到页面加载发生了什么 – Part 1

第二部分：从浏览器中输入URL到页面加载发生了什么 – Part 2

第三部分：从浏览器中输入URL到页面加载发生了什么 – Part 3

DNS解析返回域名的IP之后，接下来就是浏览器要和该IP建立TCP连接了。为什么是TCP而不是UDP？那是因为HTTP是基于TCP上的。这里涉及到另外一个话题：TCP/IP 模型。

TCP/IP模型

TCP/IP模型一般分为4层。

在这里不得不说OSI七层参考模型，它和TCP/IP模型的区别和联系，见下图：

不多解释，OSI的7/6/5层和TCP/TP的应用层对应，2/1层和链路层对应。在实际的应用中，主要还是TCP/IP概念模型，后面的内容主要讲它。

这些都是课本上的，也许忘了（毕竟不是天天用到这些嘛），没关系，我们以最简单的方式来讲解。为了便于理解每层的含义和作用，先看每层有哪些协议，看看有没有自己熟悉的协议。

应用层

我们可以看到，有常用的HTTP/HTTPS/IMAP/SSH/Telnet等都在应用层上（题外话，这一层你用的协议越多，说明你知识越开阔）。相信每个人都用过HTTP/HTTPS，所以我上面说HTTP/HTTP是基于TCP上的。

传输层

没错，最常见的TCP和UDP就在这里，TCP三次握手也在这里。

IP层

IP层非常重要，可能这么说还不太懂，看看其他协议。大家知道ICMP吗？估计很多人还是说不上来ICMP是什么东西。大家肯定用过ping命令吧，它就是用的ICMP。说到这里，应该有感性的认识了吧。

链路层

这个非常底层了，ARP，NDP，Ethernet都很常见，如果认真看过HTTP抓包，熟悉LVS，Ngnix等提供的负载均衡，应该对ARP不陌生，是的ARP用来查找设备的MAC地址，在LVS做负载均衡时会用到，因为进来的stream的包MAC地址要和出去的Stream包的MAC地址保持一致，因为做负载均衡，有可能会变化，如何解决这个问题，则不在本文的讨论范围内，如有兴趣可以参看LVS的文档。

TCP/IP抓包分析

看了前面的内容，还是觉得抽象吗？如果是，不要紧，也在预期内。让我们抓个包，分析认识一下就清楚了。

先访问www.qq.com 这个主页，抓到的包如下：

• HTTP，即应用层，正在访问js.aq.qq.com.
• TCP层，src port是62957， dst port是80端口，因为js.aq.qq.com的端口是80。
• IP层，用的是IPV4，我的计算机IP地址是192.168.1.2，目标IP是180.153.105.248.
• 链路层， 我使用的是Apple电脑，我的MAC地址我隐藏了，对端是ZTE设备。

TCP三次握手与四次挥手

TCP三次握手

所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立 TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换 TCP 窗口大小信息。在 socket 编程中，客户端执行 connect() 时。将触发三次握手。

第一次握手(SYN=1, seq=x)

客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位置1的包，指明客户端打算连接的服务器的端口，以及初始序号 X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。
发送完毕后，客户端进入 SYN_SEND 状态。

第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1)

服务器发回确认包(ACK)应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为1。服务器端选择自己 ISN 序列号，放到 Seq 域里，同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的 ISN 加1，即X+1。 发送完毕后，服务器端进入 SYN_RCVD 状态。

第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)

客户端再次发送确认包(ACK)，SYN 标志位为0，ACK 标志位为1，并且把服务器发来 ACK 的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方，并且在数据段放写ISN的+1
发送完毕后，客户端进入 ESTABLISHED 状态，当服务器端接收到这个包时，也进入 ESTABLISHED状态，TCP 握手结束。

TCP四次挥手

TCP 连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(Four-way handshake)，也叫做改进的三次握手。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在 socket 编程中，任何一方执行 close() 操作即可产生挥手操作。

第一次挥手(FIN=1，seq=x)

假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个 FIN 标志位置为1的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是仍然可以接受数据。

发送完毕后，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

第二次挥手(ACK=1，ACKnum=x+1)

服务器端确认客户端的 FIN 包，发送一个确认包，表明自己接受到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。

发送完毕后，服务器端进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端接收到这个确认包之后，进入 FIN_WAIT_2 状态，等待服务器端关闭连接。

第三次挥手(FIN=1，seq=y)

服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN 置为1。

发送完毕后，服务器端进入 LAST_ACK 状态，等待来自客户端的最后一个ACK。

第四次挥手(ACK=1，ACKnum=y+1)

客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入 TIME_WAIT状态，等待可能出现的要求重传的 ACK 包。

服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。

客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的 ACK ，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入 CLOSED 状态。

HTTPS证书

越来越多的网站开始使用HTTPS（Apple要求App都须用HTTPS）。对于HTTPS，需要有一个SSL/TLS的鉴权/认证，才能建立TCP链接。

下图描述了HTTP和HTTPS的区别。

TCP/IP 10问

以下几个问题大部分都可以找到答案。

1. TCP/IP的4层模型了解吗？每层有哪些常见协议？
2. TCP/IP的三次握手了解吗？四次挥手是什么，了解多少？
3. HTTP和HTTPS在TCP握手上有什么不同？SSL/TLS握手流程了解吗？
4. SSL/TLS的版本有哪些？当前浏览器支持哪些版本？
5. SNI了解多少？如果SNI没有，该如何校验证书？
6. TCP与UDP区别在哪里？
7. 为什么TCP经常会组装包？如何保证包的完整性？
8. TCP滑动窗口原理是什么？TCP有哪些状态？
9. MAC地址的是如何定义的？（这个问题太Edge了）
10. SSL/TLS证书和端口有关系吗？为什么？

今天把TCP/IP， SSL/TLS介绍完了，下一部分是最后一部份了，左右介绍HTTP和Broswer的机制。