HTTP 最最最本质的拆解
HTTP 最最最本质的拆解
开发中每天都用的 HTTP 协议, 本质装了什么, 怎么一步步拆分的? 你每天都使用, 有没有好奇过底层的原理, 经历是怎么样的? 跟着我们的实验走一遍流程, 狠狠的最本质的底层原理刻进脑子里吧~
实验环境与准备
实验环境是 mac, 自带tcpdump, 我们拿这个抓包, 然后在 wireshark 上看抓包到的结果, 为了理解 http , 我们要选择一个请求仅 http 的网站, 方便抓取对应的数据, 这里我们选取:
http://example.com/
开始实验前我们先检查环境是否齐全, 具体是我们要有 tcpdump 和 wireshark, 并且可以在 wireshark 中确认我们使用的网卡是哪一个, 像我这里使用的无线 WiFi, 可以看到我使用的是 en0 网卡
我们的实验很简单, 开两个终端:
终端 A — 抓包
sudotcpdump-ien0-s0-w~/http_capture.pcap'port 80'这里是抓包 80 端口上的流量
参数说明:
-i en0— 监听 en0 网卡（可能是 en5，看你 Mac 型号）-s 0— 抓完整包，不截断-w ~/http_capture.pcap— 写到文件'port 80'— BPF 过滤，只看 HTTP 流量
终端 B — 发起请求
curlhttp://example.com/可以看到, 这里获取到了对应网页的数据, 此时可以使用 ctrl+c 关闭终端 A
在 WireShark 中分析
此时, 抓包的完整文件已经保存在~/http_capture.pcap, 我们可以使用 wireshark 对这次的 curl http 流程做一个全流程解析了!
首先我们按照以下顺序打开Wireshark → File → Open → 选~/http_capture.pcap
然后在输入框中输入tcp.stream eq 0(此处需要修补, 不同环境不一定一致)这样后, 我们就可以看到只和 example.com 这条 curl 命令相关的所有流程
三次握手
这里的 No. 7, 8, 9 是我们熟悉的三次握手环节, 简单来说, 每个包干了这么个事:
- No7: [SYN]我->example.com 你好, 我要跟你连接一下
- No8: [SYN, ACK]example.com-> 我 好的, 你来吧, 我准备好了
- No9: [ACK]我->example.com 好, 我来了
三次握手完成
HTTP 数据传输
从 No10 到No15 中间是 Http 真正传输的包
四次挥手
No16到 No18, 是四次挥手的过程, 一个标注的四次挥手流程如下:
- ①我: FIN → “我不发了”
- ②example.com: ACK ← “收到你的 FIN”
- ③example.com: FIN ← “我也不发了” ← 这里应该还有一个包
- ④我: ACK → “收到，关了”
这里是服务器端处理成了 3 次, 看下面的讲解,
- No16我 → example.com
[FIN, ACK]① 我：“我不发了（FIN）” - No17example.com → 我
[FIN, ACK]②+③ example.com：“收到你的 FIN，我也不发了” ← 合并了 - No18我 → example.com
[ACK]④ 我：“好，关了（ACK）”
TCP/IP 四层模型
好, 现在三次握手和四次挥手看完了, 我们来深入 http 协议中, 计算机网络中到底在做什么操作?
(推荐阅读 https://xiaolincoding.com/network/1_base/tcp_ip_model.html, 本文参考了相关知识点的内容)
这里我们先看看TCP/IP 网络分为这四层, 我们记牢这个架构, 后续的环环都会相扣在这个上面
来, 我们继续 WireShark 中的操作吧! 可以看到 No10 的包的协议是 HTTP 的, 我们以这个数据包来进行展开
点进来后, 我们可以看到划分清晰的上下两块部分, 分别以红色和蓝色表示, 红色部分, 是我们打过去的请求, 下半部分的蓝色是服务器响应我们的内容, Show as 部分可以选择不同的显示格式, 同学们可以自行探索
接下来, 让我们深入四层来进行剖析(不记得的同学上去再看一眼是哪四层!)
我们先对这四层, 每一层的数据包, 有一个印象:
网络接口层的传输单位是帧(frame)，IP层的传输单位是包(packet)，TCP层的传输单位是段(segment)，HTTP的传输单位则是消息或报文(message)。但这些名词并没有什么本质的区分，可以统称为数据包。
然后我们双击 WireShark 中的 No10 请求, 进入这个界面, 我们在上半部分选中的内容, 在下面的十六进制报文中可以同步高亮, 这里有五个折叠块, 从上到下依次是:
- 整体
- 网络接口层
- 网络层
- 传输层
- 应用层
WireShark 逐层深入分析
① 应用层（Application Layer）
图中点亮的是应用层, 可以看到应用数据, 放在我们所有请求的最后, 我们要开始发送了, 接下来, 我们将从发送的角度, 从应用层, 逐步深入到传输层, 到网络层, 再到网络接口层, 逐层看看里面经历了什么
② 传输层（Transport Layer）
现在我们进入了传输层, 这里也是字段最多的一层, 让我们来一个个看看:
- Source Port: 表示我们从 65025端口 发出的这个请求
- Destination Port: 表示我们请求对方 80 端口上的服务
- Sequence Number & Acknowledgement Number:1 表示前面的三次握手已经顺利完成, 这里是建立连接成功后的第一条有有效信息的包
- Flags: ACK 代表确认收到服务器之前的响应, PSH(push), 是命令服务器, 不要让这个数据包在操作系统的缓冲区排队了, 已经是完整的 HTTP 请求了, 赶紧交给 Nginx 等业务程序去处理吧!
- Window: 基础接收窗口大小
- Calculated window size: WireShark 帮我们计算的真正的接收窗口大小, 是基础接收窗口大小*放大因子, 即 Window size scaling factor: 64
- Checksum: 校验和。用来检查整个 TCP 头部和数据在网线传输过程中有没有因为电磁干扰、丢包而导致二进制位发生反转（从 0 变成 1）, 此处不做详细赘述
③ 网络层（Network Layer）
现在我们进入网络层, 这一层比传输层, 多了 IP 头, 让我们看看这里的关键字段:
- Src: 源 IP, 图中是 192.168.11.136, 是我们在局域网内的私网 IP
- Dst: 目标 IP, 图中是 172.66.147.243, 这是 example.com 在经过 DNS 解析后, 找到的对应服务器的公网 IP
- Protocol: 传输层使用的协议是 TCP 协议
- Time to Live: TTL, 每经过一个路由器会自减 1 防止数据包在网络中陷入无限死循环
- Differentiated Services Field: 这个字段是表示这个包被处理的优先级, 可以让路由器决定拥堵时, 谁先走, 谁后走
④ 网络接口层（Network Interface Layer）
现在我们到达了网络接口层, 相比上一层, 我们会在这里包上帧头和帧尾, 可以看到三个关键字段, 分别是, 而看我们真实的 16 进制数据包时, 会发现, 这部分没有帧尾, 那是为什么? 因为事实上, 现代为了减轻 CPU 的计算负担, 现代操作系统, 都把"计算 CRC 校验码并追加到帧尾" 的工作完全交给了网卡芯片来处理, 也就是说, 得等这个包从我们的内核中出来, 进到物理网卡芯片时, 才会有帧尾, 我们这里抓不到是正常的
- Dst(Destination): 表示目的 MAC 地址, 这里的目的 MAC 地址不是example.com 的服务器的, 而是当前我本地连接的 WIFI 的, 网关的 MAC 地址, 因为数据包要出局域网, 必须先交由路由器来进行转发
- Src(Source): 我们使用的本地的网卡的 MAC 地址
- Type: IPv4, 告诉当对方接收我们的数据时, 我们里面包裹的内容是一个 IPv4 的网络层数据包