在上一讲中,我介绍了与HTTP相关的浏览器、服务器、CDN、网络爬虫等应用技术。

今天要讲的则是比较偏向于理论的各种HTTP相关协议,重点是TCP/IP、DNS、URI、HTTPS等,希望能够帮你理清楚它们与HTTP的关系。

同样的,我还是画了一张详细的思维导图,你可以点击后仔细查看。

TCP/IP

TCP/IP协议是目前网络世界“事实上”的标准通信协议,即使你没有用过也一定听说过,因为它太著名了。

TCP/IP协议实际上是一系列网络通信协议的统称,其中最核心的两个协议是TCPIP,其他的还有UDP、ICMP、ARP等等,共同构成了一个复杂但有层次的协议栈。

这个协议栈有四层,最上层是“应用层”,最下层是“链接层”,TCP和IP则在中间:TCP属于“传输层”,IP属于“网际层”。协议的层级关系模型非常重要,我会在下一讲中再专门讲解,这里先暂时放一放。

IP协议是“Internet Protocol”的缩写,主要目的是解决寻址和路由问题,以及如何在两点间传送数据包。IP协议使用“IP地址”的概念来定位互联网上的每一台计算机。可以对比一下现实中的电话系统,你拿着的手机相当于互联网上的计算机,而要打电话就必须接入电话网,由通信公司给你分配一个号码,这个号码就相当于IP地址。

现在我们使用的IP协议大多数是v4版,地址是四个用“.”分隔的数字,例如“192.168.0.1”,总共有2^32,大约42亿个可以分配的地址。看上去好像很多,但互联网的快速发展让地址的分配管理很快就“捉襟见肘”。所以,就又出现了v6版,使用8组“:”分隔的数字作为地址,容量扩大了很多,有2^128个,在未来的几十年里应该是足够用了。

TCP协议是“Transmission Control Protocol”的缩写,意思是“传输控制协议”,它位于IP协议之上,基于IP协议提供可靠的、字节流形式的通信,是HTTP协议得以实现的基础。

“可靠”是指保证数据不丢失,“字节流”是指保证数据完整,所以在TCP协议的两端可以如同操作文件一样访问传输的数据,就像是读写在一个密闭的管道里“流动”的字节。

第2讲时我曾经说过,HTTP是一个"传输协议",但它不关心寻址、路由、数据完整性等传输细节,而要求这些工作都由下层来处理。因为互联网上最流行的是TCP/IP协议,而它刚好满足HTTP的要求,所以互联网上的HTTP协议就运行在了TCP/IP上,HTTP也就可以更准确地称为“HTTP over TCP/IP”。

DNS

在TCP/IP协议中使用IP地址来标识计算机,数字形式的地址对于计算机来说是方便了,但对于人类来说却既难以记忆又难以输入。

于是“域名系统”(Domain Name System)出现了,用有意义的名字来作为IP地址的等价替代。设想一下,你是愿意记“95.211.80.227”这样枯燥的数字,还是“nginx.org”这样的词组呢?

在DNS中,“域名”(Domain Name)又称为“主机名”(Host),为了更好地标记不同国家或组织的主机,让名字更好记,所以被设计成了一个有层次的结构。

域名用“.”分隔成多个单词,级别从左到右逐级升高,最右边的被称为“顶级域名”。对于顶级域名,可能你随口就能说出几个,例如表示商业公司的“com”、表示教育机构的“edu”,表示国家的“cn”“uk”等,买火车票时的域名还记得吗?是“www.12306.cn”。

unpreview

但想要使用TCP/IP协议来通信仍然要使用IP地址,所以需要把域名做一个转换,“映射”到它的真实IP,这就是所谓的“域名解析”。

继续用刚才的打电话做个比喻,你想要打电话给小明,但不知道电话号码,就得在手机里的号码簿里一项一项地找,直到找到小明那一条记录,然后才能查到号码。这里的“小明”就相当于域名,而“电话号码”就相当于IP地址,这个查找的过程就是域名解析。

域名解析的实际操作要比刚才的例子复杂很多,因为互联网上的电脑实在是太多了。目前全世界有13组根DNS服务器,下面再有许多的顶级DNS、权威DNS和更小的本地DNS,逐层递归地实现域名查询。

HTTP协议中并没有明确要求必须使用DNS,但实际上为了方便访问互联网上的Web服务器,通常都会使用DNS来定位或标记主机名,间接地把DNS与HTTP绑在了一起。

URI/URL

有了TCP/IP和DNS,是不是我们就可以任意访问网络上的资源了呢?

还不行,DNS和IP地址只是标记了互联网上的主机,但主机上有那么多文本、图片、页面,到底要找哪一个呢?就像小明管理了一大堆文档,你怎么告诉他是哪个呢?

所以就出现了URI(Uniform Resource Identifier),中文名称是 统一资源标识符,使用它就能够唯一地标记互联网上资源。

URI另一个更常用的表现形式是URL(Uniform Resource Locator), 统一资源定位符,也就是我们俗称的“网址”,它实际上是URI的一个子集,不过因为这两者几乎是相同的,差异不大,所以通常不会做严格的区分。

我就拿Nginx网站来举例,看一下URI是什么样子的。

http://nginx.org/en/download.html

你可以看到,URI主要有三个基本的部分构成:

  1. 协议名:即访问该资源应当使用的协议,在这里是“http”;
  2. 主机名:即互联网上主机的标记,可以是域名或IP地址,在这里是“nginx.org”;
  3. 路径:即资源在主机上的位置,使用“/”分隔多级目录,在这里是“/en/download.html”。

还是用打电话来做比喻,你通过电话簿找到了小明,让他把昨天做好的宣传文案快递过来。那么这个过程中你就完成了一次URI资源访问,“小明”就是“主机名”,“昨天做好的宣传文案”就是“路径”,而“快递”,就是你要访问这个资源的“协议名”。

HTTPS

在TCP/IP、DNS和URI的“加持”之下,HTTP协议终于可以自由地穿梭在互联网世界里,顺利地访问任意的网页了,真的是“好生快活”。

但且慢,互联网上不仅有“美女”,还有很多的“野兽”。

假设你打电话找小明要一份广告创意,很不幸,电话被商业间谍给窃听了,他立刻动用种种手段偷窃了你的快递,就在你还在等包裹的时候,他抢先发布了这份广告,给你的公司造成了无形或有形的损失。

有没有什么办法能够防止这种情况的发生呢?确实有。你可以使用“加密”的方法,比如这样打电话:

你:“喂,小明啊,接下来我们改用火星文通话吧。”
小明:“好啊好啊,就用火星文吧。”
你:“巴拉巴拉巴拉巴拉……”
小明:“巴拉巴拉巴拉巴拉……”

如果你和小明说的火星文只有你们两个才懂,那么即使窃听到了这段谈话,他也不会知道你们到底在说什么,也就无从破坏你们的通话过程。

HTTPS就相当于这个比喻中的“火星文”,它的全称是“HTTP over SSL/TLS”,也就是运行在SSL/TLS协议上的HTTP。

注意它的名字,这里是SSL/TLS,而不是TCP/IP,它是一个负责加密通信的安全协议,建立在TCP/IP之上,所以也是个可靠的传输协议,可以被用作HTTP的下层。

因为HTTPS相当于“HTTP+SSL/TLS+TCP/IP”,其中的“HTTP”和“TCP/IP”我们都已经明白了,只要再了解一下SSL/TLS,HTTPS也就能够轻松掌握。

SSL的全称是“Secure Socket Layer”,由网景公司发明,当发展到3.0时被标准化,改名为TLS,即“Transport Layer Security”,但由于历史的原因还是有很多人称之为SSL/TLS,或者直接简称为SSL。

SSL使用了许多密码学最先进的研究成果,综合了对称加密、非对称加密、摘要算法、数字签名、数字证书等技术,能够在不安全的环境中为通信的双方创建出一个秘密的、安全的传输通道,为HTTP套上一副坚固的盔甲。

你可以在今后上网时留心看一下浏览器地址栏,如果有一个小锁头标志,那就表明网站启用了安全的HTTPS协议,而URI里的协议名,也从“http”变成了“https”。

代理

代理(Proxy)是HTTP协议中请求方和应答方中间的一个环节,作为“中转站”,既可以转发客户端的请求,也可以转发服务器的应答。

代理有很多的种类,常见的有:

  1. 匿名代理:完全“隐匿”了被代理的机器,外界看到的只是代理服务器;
  2. 透明代理:顾名思义,它在传输过程中是“透明开放”的,外界既知道代理,也知道客户端;
  3. 正向代理:靠近客户端,代表客户端向服务器发送请求;
  4. 反向代理:靠近服务器端,代表服务器响应客户端的请求;

上一讲提到的CDN,实际上就是一种代理,它代替源站服务器响应客户端的请求,通常扮演着透明代理和反向代理的角色。

由于代理在传输过程中插入了一个“中间层”,所以可以在这个环节做很多有意思的事情,比如:

  1. 负载均衡:把访问请求均匀分散到多台机器,实现访问集群化;
  2. 内容缓存:暂存上下行的数据,减轻后端的压力;
  3. 安全防护:隐匿IP,使用WAF等工具抵御网络攻击,保护被代理的机器;
  4. 数据处理:提供压缩、加密等额外的功能。

关于HTTP的代理还有一个特殊的“代理协议”(proxy protocol),它由知名的代理软件HAProxy制订,但并不是RFC标准,我也会在之后的课程里专门讲解。

小结

这次我介绍了与HTTP相关的各种协议,在这里简单小结一下今天的内容。

  1. TCP/IP是网络世界最常用的协议,HTTP通常运行在TCP/IP提供的可靠传输基础上;
  2. DNS域名是IP地址的等价替代,需要用域名解析实现到IP地址的映射;
  3. URI是用来标记互联网上资源的一个名字,由“协议名+主机名+路径”构成,俗称URL;
  4. HTTPS相当于“HTTP+SSL/TLS+TCP/IP”,为HTTP套了一个安全的外壳;
  5. 代理是HTTP传输过程中的“中转站”,可以实现缓存加速、负载均衡等功能。

经过这两讲的学习,相信你应该对HTTP有了一个比较全面的了解,虽然还不是很深入,但已经为后续的学习扫清了障碍。

课下作业

  1. DNS与URI有什么关系?
  2. 在讲代理时我特意没有举例说明,你能够用引入一个“小强”的角色,通过打电话来比喻一下吗?

欢迎你通过留言分享答案,与我和其他同学一起讨论。如果你觉得有所收获,欢迎你把文章分享给你的朋友。

unpreview

评论