背景
網絡，網絡...
雖然只是一個簡單的名詞，但是她的背后卻掩藏着太多太多的故事以及知識。
窮其編程的一生，或許也只能探索出那冰山一角，嗨...
小時雖知，學海無涯，卻毫不知意。玩乃天性，卻空流時光。憾...
so，矯情之余，我們來探索一下網絡究竟是怎么傳輸的。
概述
探索網絡的范圍，都在上圖有所展示（另存為看大圖）。
正文
一. 生成HTTP請求消息
打開一個網站，都是從瀏覽器中輸入網址開始，我們的探索也是從這里開始。
https: 是協議，告訴瀏覽器我們要訪問的目標，而https: 代表的就是訪問Web服務器，當然也有其他的協議。比如ftp:訪問的就是FTP服務器等。
sexyphoenix.github.io 是Web服務器域名，可以告訴我們在哪里可以找到Web服務器。
about/ 是Web服務器里面的文件路徑名，這里的about是目錄名，全路徑可能是about/index.md，而index.md應該被github掩藏了。
瀏覽器首先要做的就是對URL進行解析，知道我們要訪問的是sexyphoenix.github.io這個Web服務器上文件路徑為about目錄下的默認文件。
知道了要訪問的目標，接下來瀏覽器就要生成HTTP的請求信息，介紹到這，就要聊一聊HTTP協議了。
HTTP協議規定了客戶端和服務器通信的內容和步驟，簡單來說，就是兩個部分“對什么”做“怎樣的操作”。
“對什么”上面已經解析過了，“怎樣的操作”就是HTTP主要的方法：POST、GET、DELETE、PUT等。HTTP格式看下圖。
二、查詢Web服務器的IP地址
生成HTTP信息之后，接下來，我們就要發送信息給Web服務器了。但此時我們突然發現我們只有Web服務器的域名，並不知道服務器究竟在哪里。
那么我們應該如何像現實中送快遞一樣，快速的定位到哪一幢哪一室，講到這里，想必大家都有所意會了，IP。
IP地址
IP地址實際就是4個字節，32比特的數字，每8個比特為1組，具體看下圖十進制表示。
我們發送的信息，就是通過子網的集成器找到最近的路由器，再通過路由器（基於IP設計）找到最優抵達Web服務器的路由器，這樣不斷的查找網絡中的路由器節點，最終抵達Web服務器。
注意，我們的Web服務器的IP是最終的目的地，它是貫穿路由器---N---路由器---Web服務器整個環節的，是判斷整個網絡走向的依據，存在控制信息中。
路由器都有自己的IP，路由器到路由器就是根據Web服務器的IP（走向），通過本身的IP來移動。
到這里，我們也就了解清楚了通過IP，發送的信息最終可以抵達Web服務器。
那么，我們現在的問題就是如何通過Web服務器的域名找到它的IP？ 講到這里，想必大家又都有所意會了，DNS。
域名解析
簡單的來說，DNS服務器維持了一系列關系表，也就是域名和IP對於的關系表。瀏覽器向最近的DNS服務器詢問“sexyphoenix.github.io”的IP地址是多少，DNS服務器會回答Web服務器IP為xxx。這一步也叫域名解析
講到這里，我們就要深究一下，瀏覽器究竟是怎樣向DNS服務器發送查詢的？
首先，我們要清楚一點，瀏覽器等應用程序本身是不能發送信息的，而是委托給操作系統來發送的。
而操作系統有一個超級出名的庫，Socket庫，它是調用網絡功能的程序組件集合。
Socket庫里面有一個函數。
IP信息 = gethostbyname("sexyphoenix.github.io") # 看，應用程序查詢IP很簡單，調用一個函數即可
發送數據有兩種協議，UDP和TCP，域名查詢用的是UDP。數據短速度快。
介紹了域名解析，下面來了解一下DNS服務器的工作。
DNS服務器
在上面已經提到過了，DNS服務器維護了一個關系表，上圖的類型A表示域名對應IP地址，MX表示域名對應的郵箱服務器，不同的類型，返回的信息有所不同。
DNS服務器的工作就是根據域名和類型，查找相關的記錄，並向應用程序返回響應信息。
DNS服務器查找
全球共有13台根域名服務器，根域名用“.”表示，其次才是下面的一級域名“com.”、“net.”等，我們平時訪問的域名“sexyphoenix.github.io.”后面有一個點，平時被省略。
我們用一張圖來看下查找順序，更清楚些。
先找最近的DNS服務器（一般是本機設置的），沒有再從根域找，然后不斷的向下找，直到找到我們Web服務器IP所在的DNS服務器。
三、TCP/IP傳輸數據
通過DNS服務器查詢，我們已經得到的Web服務器的IP，接下來就要開始發送數據了。而這部分也是比較難寫的一部分，因為我們要深入協議棧的內部，去了解它的結構。
我們都知道數據的傳輸，都是由上層委托給下層工作的。應用程序將發送的信息的行為委派給了操作系統，而操作系統內部就是通過協議棧來工作的。
來看下操作系統協議棧圖。
上部分是TCP協議和UDP協議，都是負責數據的收發部分，區別在於TCP是面向連接的，是一種可靠的協議，而UDP只負責發送，不保證准確到達。
下部分是IP協議，負責發送網絡包，其中還包括ICMP協議（檢查發送過程是否存在錯誤）和ARP協議（查詢MAC地址）。
數據收發
在查詢IP地址的時候，我們用到了Socket庫，這里同樣也需要用到它。
不過我們這里需要調用多個組件，才能實現數據的收發，從功能上可以分為四個部分。
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創建套接字 （new Socket）
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連接服務器的套接字 （connection）
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收發數據 （write、read）
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刪除套接字 （close）
在講之前，我們先了解下套接字。
套接字在數據收發中是相當重要的，它是一塊內存空間，里面存放着很重要的的控制信息。
這些控制信息存放着通信對象的IP地址、端口、連接狀態、響應時間、數據收發情況等等，只有這些存在，才能知道數據發送到哪里，又發送了多少，有沒有錯誤等等。
創建套接字
創建套接字還是非常簡單的，直接調用Socket庫中的socket組件即可，創建完成之后會返回一個標識符，標識符的主要作用就是為了區別不同的套接字。
連接服務器的套接字
連接服務器用到的是connect組件，參數有標識符、服務器的IP、端口等，相當於和服務器之間連接了一條數據管道，后期數據在其中流通。
同時在這里也會發生著名的“三次握手”。
在剛發生連接階段，管道里面是沒有數據的，但是會有控制信息，這些控制信息包括TCP頭部，以太網頭部、IP頭部。
控制信息
根據層級來，我們會先生成TCP頭部，TCP頭部格式有很多字段，其中重要的就是雙方的端口，序號，ACK號，控制位，窗口等。稍微了解一下這些字段的作用。
端口
端口和IP是一同存在的，在互聯網早期的時候，公司聯網都是直接用公網IP的，但隨着互聯網的發展，公網IP越來越少，於是就出現了公網和內網的區別。
內網IP范圍
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10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
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172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
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192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
每個公司的內部都使用這些內網IP，再通過唯一的一個公網IP訪問互聯網，這樣就可以節省大量的公網IP。
那么公司的這些設置內網IP的電腦是如何通過唯一的公網IP訪問互聯網呢？ 互聯網返回的信息又是怎么通過唯一的公網IP，定位到公司的某一台電腦上的？
地址轉換（NAT），這個技術就解決了上面的問題，它的原理就是在轉發網絡包時對IP頭部地址和端口進行改寫。
而端口在其中的作用至關重要，它可以讓路由器（公網IP）知道是那一台內網的電腦與互聯網通信，具體看下圖。
公司IP為192.168.23.183的電腦，通過49158端口向互聯網發送連接，當到達公司的公網路由器的時候，路由器的IP模塊會對控制信息進行改寫，最后變成IP為121.225.19.59，端口為1001和通信對象通信。
同時將這條記錄保存在路由器上，當通信對象返回信息時，會通過表格中的信息找到對應的內網電腦IP。
序號
發送方告訴接收方該網絡包在所有發送的數據的第幾個字節，序號的初始值是在連接階段隨機生成的（防止攻擊者猜到），在下面的收發數據階段，就是以這個序號為基數。
ACK號
接收方告訴發送發已經收到所有數據的第幾個字節，相當於序號+發送的數據長度。
控制位
每一個比特代表不同的控制信息，看下圖。
圖中解釋了比較重要的控制位。
窗口
接收方告訴發送方的窗口大小，如果接收方接受的速度比較慢，一起傳送的數據量就會變小相當於控制了我們傳送數據的快慢。
介紹了TCP頭部的關鍵字段，接下來我們開始進入連接。
首先，我們會將客戶端的控制位的SYN（1）、生成隨機序號M、窗口大小等，再通過其他層，到達服務器端（第一次握手）。
服務器收到SYN為1的信息，知道客戶端要和我連接，生成ACK號（M+1）、服務器隨機序號N（通信是雙向的，這時的服務器也相當於發送方）、控制位SYN（1）、窗口等發送（第二次握手）。
客戶端收到服務器端的信息，得到ACK號，知道連接正常，發送ACK號（N+1，服務器端的序號）、控制位SYN（1），告訴服務器已建立連接（第三次握手）。
收發數據
管道連接建立成功后，就進入了數據收發階段。
我們發送的信息一般都是比較大的，不可能一次性發送完畢，所以在TCP模塊，就會將應用數據切分成數據塊，切分的每個數據塊（MSS，最大數據長度）加上TCP頭部，IP頭部不能超過MTU大小（MTU，最大傳輸單元）。
接下來，交給IP模塊，生成IP頭部和MAC頭部信息，再通過網卡驅動，網卡設備將數字信息轉變成電信號，傳輸到接收方。接收方收到信息，會返回ACK號，重復以上步驟，直到接收方收到所有數據。
接收方收到全部數據后，同樣會向發送方發送數據，下面的步驟都和上面差不多了，這里不再贅述。
刪除套接字
和接收方通信完成之后，套接字不會再使用，這時就可以刪除套接字了。
套接字刪除可以由任何一方發起，這里假設服務器端發起，下面就來講講著名的“四次揮手”。
接收方收到全部數據后，等待一會就會刪除套接字。
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服務器生成斷開信息，即將TCP的頭部控制位的FIN設置為1，發送給客戶端。
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客戶端返回ACK號，表示發送的信息無誤。
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客戶端所有數據處理完成后，向服務器發送FIN為1的斷開信息。
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服務器返回ACK號，表示發送的信息無誤，等待一會，客戶端和服務器端都刪除套接字。
講到這里，數據收發的絕大數內容就講完了，接下來我們聊一聊IP模塊。
IP模塊
前面提到過，在IP模塊會生成IP頭部和以太網頭部。那么這兩個頭部究竟有什么作用？
為了便於理解，我們這里就講的簡單一些。
發送的數據到達子網的集線器或者交換機，通過MAC表，找到下一個轉發設備的MAC地址，以“以太網協議”傳輸到下一個轉發設備。
轉發設備根據目標地址的IP和“IP協議”判斷下一個轉發設備的IP，再通過MAC地址，傳輸到下一個轉發設備。
就這樣，經過多個轉發設備的接力后，網絡包最終到達接收方的網絡設備。
總結：IP協議根據目標地址判斷下一個IP轉發設備的位置，再通過以太網協議將網絡包輸出到下一個轉發設備。
四、到達Web服務器
其實在到達Web服務器之前，我們也應該講講數字信號是如何轉化為電子信號的？ 數據又是如何通過運營商到達Web服務器的？
只是這部分實在過於復雜，也多數跟硬件以及運維方向有關，這里就不講了。
首先，我們來講一講Web服務器的部署。
Web服務器的部署有三種方式
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直接部署在公司的內網。
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公司的內網和Web服務器分開部署。在接入網之后，部署統一防火牆，再分別進去內網和服務器。
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web服務器部署在運營商的數據中心。
三種方式自上而下，性能和安全上會越來越好，只是管理上可能會麻煩些。
為了安全和分擔負載，Web服務器前面會部署防火牆，可能還會有負載均衡器、緩存服務器、內容分發等等。
數據在經過層層過濾后，最終到達Web服務器，服務器的程序和上面創建連接的步驟稍有不同。
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首先是創建套接字（socket）。
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綁定套接字和端口號（bind）。
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等待連接（listen）。
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接受連接（accept）。
服務器的程序會一直等待客戶端的連接。
在接收到客戶端的請求后，Web服務器根據URI轉換為實際的文件名，並作出響應。格式如下。
到這里，我們所有的內容就到這里了。
最后，祝大家每天身體健康，開心編程，看的開心。嘿...