DNS 解析，TCP 连接 和 HTTPS 大乱炖

Estrella16
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输入 URL 到页面渲染

当你在浏览器地址栏输入一个网址并按下回车键时，你可能并没有意识到这背后发生了多么复杂的一系列操作。从输入 URL 到最终呈现页面，涉及到网络层、传输层、应用层等多个层面的技术细节。本文将带你一步步了解这个过程。

一、输入 URL

一切从输入 URL 开始。URL 是用于标识互联网上的资源位置的。例如，https://www.baidu.com 是百度网站的 URL。

二、DNS 解析

1. DNS 解析

当浏览器获取到 URL 后，首先需要解析 URL 中的域名，以找到对应的 IP 地址。这是因为互联网通信的基础是 IP 地址，而不是我们习惯使用的域名。

DNS 解析流程
  1. 本地缓存查找：浏览器首先会在本地缓存中查找该域名对应的 IP 地址。
  2. 操作系统缓存查找：如果没有找到，浏览器会向操作系统请求查找系统缓存。
  3. ISP 缓存查找：如果前两步没有找到，浏览器会询问 Internet 服务提供商（ISP）的缓存服务器。
  4. 根域名服务器查找：如果仍未找到，查询将被转发给根域名服务器。
  5. 顶级域名服务器查找：根域名服务器会将请求转发给对应的顶级域名服务器（如 .com 服务器）。
  6. 权威域名服务器查找：顶级域名服务器再将请求转发给具体的权威域名服务器（如 baidu.com 的服务器）。
  7. 返回 IP 地址：最后，权威域名服务器将域名解析成 IP 地址，并将其返回给浏览器。

当然可以！为了展示 DNS 解析和 TCP 连接的过程，我们可以使用 Python 编写一些简单的代码。Python 提供了 socket 模块，可以方便地进行网络编程。

1. DNS 解析

我们可以使用 socket 模块中的 gethostbyname 方法来实现 DNS 解析。

import socket

def dns_resolution(domain):
    try:
        ip_address = socket.gethostbyname(domain)
        print(f"Domain: {domain} -> IP Address: {ip_address}")
    except socket.gaierror as e:
        print(f"DNS resolution failed: {e}")

# 示例：解析 www.example.com 的 IP 地址
dns_resolution("www.example.com")

这段代码不用过于理解，只是举个例子展示一下（我也是找来的例子）

2. DNS 缓存

为了提高效率，DNS 解析的结果会被缓存在多个级别上，这样对于后续的请求，就可以直接使用缓存的结果而无需重复解析。

三、TCP 连接

1. TCP 连接

一旦获得了目标服务器的 IP 地址，浏览器就需要与服务器建立 TCP 连接。TCP 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP 连接建立

TCP 使用三次握手来建立连接：

  1. 客户端发送 SYN 包：客户端发送一个 SYN 包（同步包）到服务器，客户端进入 SYN_SENT 状态。
  2. 服务器应答 SYN 包：服务器收到 SYN 包后发送一个 ACK/SYN 包（确认包+同步包）作为应答，服务器进入 SYN_RCVD 状态。
  3. 客户端发送 ACK 包：客户端收到 ACK/SYN 包后向服务端发送一个 ACK 包作为确认，客户端和服务器都进入 ESTABLISHED 状态，连接建立完成。
为何需要三次握手？两次不行吗？

如果是两次握手就可能会导致服务器资源浪费，当客户端向服务端发送建立连接 -- 请求A时，但如果因为 网络问题导致请求A超时，TCP 的超时重传机制会重新发送一个新的连接 -- 请求B，当请求B被应答后， 数据通讯也完成了，就会释放连接，双方会进入 close 状态。此时，一旦请求A又再次出现， 那么服务端会认为又有客户端要和它建立连接，从而应答并进入 SYN_RECEIVED 状态，等待 客户端的数据传输，从而造成服务端资源浪费。

2. TCP 断开连接

当数据传输完成后，客户端和服务端需要断开 TCP 连接。

TCP 断开连接通常使用四次挥手来实现：

  1. 客户端发送 FIN 包：客户端发送一个 FIN 包（终止包）到服务器，请求释放连接，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。
  2. 服务器应答 FIN 包：服务器收到 FIN 包（释放连接请求）后发送一个 ACK 包（同意释放连接的应答）作为应答，服务器进入 CLOSE_WAIT 状态。
  3. 服务器发送 FIN 包：服务器发送一个 FIN 包（未发送完的数据）到客户端，服务器进入 LAST_ACK 状态。
  4. 客户端应答 FIN 包：客户端收到 FIN 包（接收到同意的应答）后发送一个 ACK 包（确认接受应答）作为应答，客户端和服务器都进入 CLOSED 状态。

TCP 和 UDP 的区别

TCP (传输控制协议)

  • 面向连接：在数据传输前需建立连接。
  • 可靠性：通过流量控制和拥塞控制机制保证数据的可靠传输。
  • 有序性：保证数据按发送顺序到达。

UDP (用户数据报协议)

  • 无连接：发送数据前无需建立连接。
  • 不可靠：不提供流量控制和拥塞控制机制。
  • 高效性：适用于实时性要求高的场景，如直播和视频通话。

上篇文章补充内容

HTTPS

HTTPS 是 HTTP 协议的安全版本，它通过使用 SSL/TLS 协议来加密 HTTP 通信内容，以保护数据的安全性和完整性。HTTPS 的主要目的是确保客户端与服务器之间的数据传输安全，防止数据被窃听、篡改或伪造。

HTTPS 工作原理

HTTPS 的工作原理主要包括以下几个步骤：

  1. 握手阶段：

    • 客户端发起 HTTPS 请求到服务器。
    • 服务器将公钥发送给客户端。
    • 客户端验证公钥的真实性。
    • 客户端生成一个随机的会话密钥，并使用服务器的公钥对其进行加密后发送给服务器。

  2. 加密通信：

    • 服务器解密并得到会话密钥。
    • 所有的后续通信都使用这个会话密钥进行加密和解密。

  3. 数据交换：

    • 加密后的数据通过网络传输。
    • 接收方使用相同的会话密钥解密数据。
HTTPS 组成部分

HTTPS 包括以下几个关键组件：

  1. SSL/TLS：SSL 是早期的加密协议，现在已经被 TLS 所取代。TLS 是一种更安全、更现代的协议。
  2. 证书：用于验证服务器的身份，通常由可信的第三方证书颁发机构（CA）签发。
  3. 公钥/私钥对：服务器有一对公钥和私钥。公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。
HTTPS 的优点
  • 安全性：数据传输过程中会被加密，防止被窃听。
  • 认证：确保客户端连接的是正确的服务器，防止中间人攻击。
  • 完整性：确保数据在传输过程中没有被篡改。
HTTPS 的发展趋势

随着互联网安全意识的增强，越来越多的网站转向 HTTPS。许多浏览器和服务提供商也鼓励或强制要求使用 HTTPS，比如 Google 在其搜索引擎排名算法中给予 HTTPS 网站更高的优先级。

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