可以在家学会的网络技术（二）：从网页到TCP/IP

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本篇我们会探索以下知识：
URL\DNS\TCP\IP\Port
认识“网址”
我们先来研究一下我们在浏览器输入栏填写的“网址”：
https://www.lua.org/
技术上来说，这串字符被称为 URL：统一资源定位符（Uniform Resource Locator）。 上面这个 URL，我们可以分为几段：
https，这部分被字符 :// 与其他部分隔开。这部分叫做 Scheme，表示浏览器使用什么方法和服务器通信（也就是协议）。除了 https，浏览器支持的还有 http/ftp/mailto。
www.lua.org，这部分被字符 / 与其他部分隔开。这部分叫做 Domain Name，中文称为“域名”，它代表了服务器的地址，浏览器通过这个地址去互联网上找到对应的服务器。这部分也是随后我们需要进一步探索的部分。
/ 后面的部分，虽然啥都没有，也是个一个部分。这部分称为 Path To File，就是要访问的文件路径。作为网站首页，一般不写的话，会默认为访问 /index.html，不过这个配置是网站服务器控制的。
我们做的第一个实验，是玩一下 URL：请把 mailto://2740168@qq.com 输入到 Chrome 浏览器的地址栏中，看看会发生什么？

弹出了让你打开邮件客户端，如果你有配置好一个电子邮件账号，就可以直接给 2740168@qq.com 发邮件了。以前好多网站，会把“联系我们”的链接，就写成这种 mailto://xxxx@xxxx.com 的形式，让用户点击之后直接给预设的邮箱地址发邮件。不过现在电子邮件已经很少人用了，所以现在比较少见这样的链接了。

URL 的定义除了我们上面说的三个部分，实际上还有更丰富的含义：

域名部分，有些浏览器还支持直接在 URL 中填入用户名和密码，用来快速进入一个有账号控制的地址，类似：https://username:password@www.xxxxxx.com/。
端口 Port 部分（上图写的是 80），是服务器上一个特定的通信参数，这个数字范围 0-65535 的。这个参数控制了浏览器建立 TCP 连接的时候，使用的端口参数，这也是我们下一步要谈论到的一个知识：TCP 协议的通信地址。
路径 Path to the file 部分，一般看起来好像一个文件路径，常用的 Web 服务器软件也会依次作为下载路径的一部分，在设置好的文件路径下开始寻找。如果找不到，就会返回常见的 404 页面。
Parameters 部分，也有叫 Query String 的，这个部分是以问号 ? 开头，用 = 号和 & 号组成的一组字符串。这个往往被一些 Web 应用程序用来作为“动态参数”输入，以前有些在网页上填写的输入框都是以这个方式传到服务上的。
Anchor锚部分，这个部分可以在长长的网页上定位一个位置，让浏览器快速的跳转到那个页面上，大家如果写 html 的话，就可以加入这种“锚点”的标签，让用户点一下跳过去。常见于网页的“回到开头”的链接上。
以上的部分，如果要做个实验来具体的体验，都是可以的，但是有点偏离本文的学习路径，咱们暂时跳过，如果有兴趣的读者可以给我留言，我后面贴一下这些实验的做法也可以。
 
URL 作为一种广泛应用的互联网资源描述方式，除了用于浏览器以外，很多别的软件也会用，譬如版本管理软件 SVN，我们就能看到类似这样的地址：svn://xxxx.xxxx.xxxx/path/
认识 IP 和 DNS
下面我们专注于“域名”部分。我们今天所使用的互联网，所使用的技术被称为“TCP/IP”网络，而每个网站的域名，都必须要至少对应上 TCP/IP 网络上的一个通信地址。这种通信地址，被称为“IP 地址”（Internet Protocol Address）。我们可以通过一个小工具来看看，刚刚访问的网站，它的 IP 地址是啥。
首先，我们需要调出一个命令行窗口 cmd.exe，我们可以在 windows 下按快捷键 Win+S，打开"开始菜单"的搜索栏，输入 cmd.exe，并且启动这个程序。

然后我们可以在那个黑黑的窗口中输入我们的命令行工具，来探索网络了。首先，我们输入命令：ping www.lua.org，把上面浏览器实验中的网站域名 www.lua.org 作为 ping 命令的参数输入进去，然后按回车。

ping 这个工具，是用来检测 TCP/IP 网络上，某个特定服务器是否能访问的一个小工具。当我们输入了域名或者 IP 地址作为参数，这个工具就会尝试向所指定的互联网地址服务器，发出一些网络数据包。如果目标服务器支持 ping 功能的响应，会原封不动返回 ping 工具发来的数据包，这个时候 ping 软件就能统计这一来一回的时间，并且打印出来。这样我们就能直到，访问目标服务器的延迟时间大概是多少了。上面的例子中，延迟是 162 毫秒（网速还行）。
我们可以发现，在输出的文字中，出现了一串特别的字符：46.175.8.47，这就是 IP 地址。那么，ping 这个软件，是如何知道 www.lua.org 这个域名要转换成 46.175.8.47 这个 IP 地址的呢？——这是通过操作系统（windows）来实现的：操作系统会把 www.lua.org 这个字符串，发到配置好的某个互联网服务器上，查询到对应的 IP 地址。这个过程称为“域名解析”，而提供这个解析的服务，称为 DNS （Domain Name System）。
我们可以通过一些方法，来看一下，我们的 DNS 服务器的 IP 地址是什么。我们找到 windows 的设置面板，然后找到“网络和 Internet”，在“状态”这一栏，找到你上网功能的“属性”部分。

在窗口中一直往下滚动，你就可以看到 DNS 的部分了。

这里显示的 DNS 服务器是： 10.93.128.1 这个地址。实际上，你也可以自己手动去设置不同的 DNS 地址，现在网上也有很多“公益”“开源”的 DNS 服务供大家免费使用，譬如：8.8.8.8，或者中国电信位于广州的 DNS 服务：202.96.128.86。手工设置的截图我也贴一下，不过，如果大家能正常上网玩耍，一般不需要手工修改这个配置。
现在我们上网的路由器一般都提供了自动配置这个参数的功能，避免用户自己去填这个地址填错，导致无法正常上网。
 
我不厌其烦的贴出上面的截图。是因为后续我们可能需要频繁的打开 windows 操作系统的“网络设置”界面，来做一些有意思的测试。所以先热身一下。
手搓一个 Web 服务器
现在我们知道网站域名实际上会被转换成一个 IP 地址，而浏览器本身也是支持直接输入 IP 地址进行访问的，所以我们可以尝试自己做一个简单的 web 服务器，来验证一下上面我们的 HTTP 知识是否正确。
网络服务器除了需要有一个 IP 地址以外，还需要一个程序，使用所谓 TCP(Transmission Control Protocol)协议，来提供网络服务。TCP 协议的能力，我们的 windows 操作系统已经具备了，程序员可以写个程序来使用这个能力。所以我们在开始之前，也需要一个工具，来帮我们做个简单的 TCP 服务。至于什么是 TCP 协议，我们可以在实验中慢慢体会，现在先下载这个叫 NetAssist 的软件，可以从下面的网盘下载，或者网上搜索一下（注意别下载到木马软件了）。
https://pan.baidu.com/s/15m-dzhuRVM3K9qlob8JmEw?pwd=tzmc
这个软件不需要安装，直接双击就可以运行了。然后在软件左上角的“网络设置”中如下填写：
协议类型：TCP Server
本地主机地址：127.0.0.1
本地主机端口：8899
然后点击下面的按钮“打开”。点击之后，可能 windows 会弹出一个你见过的提示窗口，说是有程序要获得什么网络权限之类的，你的“允许”就好了。
以前你可能不知道，为啥有的程序运行的时候会弹出这个窗口，现在可以告诉你，如果有个程序试图启动一个网络服务，也就是监听某个网络端口，windows 出于安全考虑，会用这种方式告诉你。
 
至此，你就已经启动了一个网络服务。这个网络服务程序就是 NetAssist 这个软件，它使用了 windows 操作系统的网络功能，在 IP 地址 127.0.0.1 上，监听了 8899 端口。
这里的 IP 地址 127.0.0.1 是一个特殊的网络地址，你就算没上网，这个地址也是可以用，而且不需要你配置的，这个地址就是表示当前本地主机，也就是中文的“自己”，或者英文的“me”的意思。你可能发现还可以选择 0.0.0.0 或者另外的一些 IP 地址，这些我们后面会提到都是些啥，现在我们可以先简单的用 127.0.0.1 这个地址。
这里的 8899 端口，是操作系统为了让一台电脑上，多个程序都能使用网络，而编出来的一个号码。任何程序，在使用 TCP/IP 网络功能的时候，都要向操作系统申请一个这样的号码，称为“端口号”。一旦申请成功后，操作系统会检查收到的每个 TCP/IP 协议网络包，通过端口号来确定，把这个网络信息包发给申请的程序。一个程序可以申请一个端口号，也可以申请多个；但一般情况下，不可以多个程序共用一个端口号。端口号的可用范围为 0-65535 我们这里填写的 8899，因为这个数字没其他程序使用，所以操作系统很爽快的让我们申请成功了。——因此 NetAssist 程序，就可以在 127.0.0.1 这个 IP 上，监听所有发往 8899 端口的 TCP 数据了。
下面，我们来准备一段文本数据，作为我们的手搓 WEB 服务器的返回内容。内容就是上面我们分析的 HTTP 协议的报文：
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html
Content-Length: 59

<body>hello <a href="http://www.gcores.com/">fun</a></body>
这个报文构造了一个简单的网页，上面显示了hello fun这样一行字，并且fun这个词还是个链接，点击会跳去一个有意思的网站。注意这个上面的 Content-Length: 59 是经过计算的，刚好是下面网页内容的长度，如果你修改了下面网页的内容，需要数一下多少个字符，然后修改这个59为你真正的内容长度。
接下来，我们打开一个浏览器，譬如 Chrome，在地址栏上输入：http://127.0.0.1:8899，然后你会看到浏览器并没返回什么内容，标签页有个转圈的动画，好像正在载入的样子。这个时候，请麻利的拷贝上面我们准备的那段 HTTP 报文，然后麻利的切换到 NetAssist 软件，在右下角“数据发送”窗口，把内容粘贴过去，然后点“发送”。
此时，你就会看到浏览器窗口中，出现了一行字 hello fun，至此，我们手搓的 Web 服务器实验成功了。你可以在 NetAssist 的窗口中，看到之前我们讨论的 HTTP 请求报文（Headers）。

我们这里使用了 IP+Port 的方式填写 URL 地址，浏览器也是支持。一般情况下，很多网站并不需要填写 Port 端口数据，如果你不填写，在地址以 http 作为 scheme 的情况下，浏览器默认会访问 80 这个端口，如果是 https 作为 scheme，浏览器则会访问 443 端口。至于 https 和 http 的差别，也是一个很有意思的知识，以后有机会聊。
总之，我们现在知道了，所谓网页浏览，基本的过程就是：
有一个软件程序，在连接了 TCP/IP 网络的电脑上运行，监听了某个 IP 和 某个端口
另外一个软件，通过网络，和上面这个软件所运行的 IP 和端口，建立了一个“连接”
发起连接请求的软件（称为客户端，一般是浏览器），向“网络连接”发送了一堆 HTTP 的请求报文信息。
接收到请求的软件（称为服务器端，著名的有 IIS、nginx、apache 等），查看了客户端发来的信息，然后把对应的数据，以 HTTP 响应报文的方式，回写到当前的“网络连接”里面。
我们上面提到的，HTTP 协议里面的各种 Header 所对应的功能，都是客户端和服务器端，互相之间通过建立的 TCP/IP 连接，进行数据传输行为的一些约定。譬如客户端会要求 GET 某个路径（PATH）的文件，服务器就通过传过来的 GET 的文件路径信息，在服务器磁盘的某个地方查找这个文件，然后把文件内容发给客户端。而我们手搓的服务器，不管你要求什么路径的文件，都是返回同样的内容，大家可以尝试修改浏览器的地址栏信息，加上一些如 http://127.0.0.1:8899/aaa/bbb.html 这样的内容进行测试，返回的还是同样的页面内容。
至此，我们大体的体会了一下 TCP/IP 网络功能，和网页功能之间的关系。但是 TCP/IP 并不仅仅可以用于网页浏览服务，我们玩的网络游戏、微信等等很多网络功能，都是使用 TCP/IP 功能的。这些都是通过一些应用程序，使用操作系统的 TCP/IP 功能来实现的。
在刚刚的例子当中，有一个重要的问题没有被讨论：为什么我们知道了 IP 地址，就可以把数据通过网络发到对应的电脑上？所以我们下一篇，通过操作系统的 TCP/IP 设置，来看看它具体是如何运作的。