《网络是怎样连接的》（六）

本文主要取材于  《网络是怎样连接的》 第六章。

目录

6.1 服务器概览

6.2 服务器的接收操作

6.3 Web服务器程序解释请求消息并作出响应

6.4 浏览器接收响应消息并显示内容

简述：本文主要内容是解释 网络包到达服务器之后，如何给客户端响应的。

服务器与客户端的不同点 在于服务器是在启动之后创建套接字等待连接。当客户端发起连接时，等待模块会接受连接，然后启动与客户端的通信模块。服务器需要同时为多个客户端服务，对于每个客户端都要创建一个通信模块。

数据包到达服务器之后，需要经过FCS校验、MAC校验、IP校验然后交给TCP/UDP模块处理。

之后服务器会根据请求内容，生成响应消息再返回给客户端。客户端根据响应的数据类型展示数据内容。

6.1 服务器概览

服务器在启动之后就要准备各项工作，等待客户端的访问。在连接过程中，客户端发起连接操作，而服务器则是等待连接操作，因此在Socket库的用法上还是有一些区别的，即应用程序调用的Socket库的程序组件不同。

根据用途，服务器可以分为多种类型，其硬件和操作系统和客户端有所不同。但是与网络相关的部分，如网卡、协议栈、Socket库等功能和客户端一样。即无论硬件和OS如何变化，TCP和IP的功能都是一样的。

服务器需要同时和多个客户端通信，但一个程序来处理多个客户端的请求是很难的，因为服务器必须把握每一个客户端的操作状态。因此一般的做法是，每有一个客户端连接进来，就启动一个新的服务器程序，确保服务器程序和客户端是一对一的状态。

我们将程序分成两个模块，即等待连接模块（图6.1(a)）和负责与客户端通信的模块（图6.1(b)。

当服务器程序启动并读取配置文件完成初始化操作后，就会运行等待连接模块(a)。这个模块会创建套接字，然后进入等待连接的暂停状态。

当客户端连发起连接时，这个模块会恢复运行并接受连接，然后启动客户端通信模块(b)，并移交完成连接的套接字。接下来，客户端通信模块(b)就会使用已连接的套接字与客户端进行通信。

服务器的Socket调用流程。

(1)创建套接字（创建套接字阶段）

(2-1)将套接字设置为等待连接状态（等待连接阶段）

(2-2)接受连接（接受连接阶段）

(3)收发数据（收发阶段）

(4)断开管道并删除套接字（断开阶段）

6.2 服务器的接收操作

数字还原 ：到达服务器的网络包其本质是电信号或者光信号，接收操作的第一步是网卡接收到信号，然后将其还原成数字信息。

FCS校验：接下来需要根据包末尾的帧校验序列(FCS)来校验错误，即根据校验公式[插图]计算刚刚接收到的数字信息，然后与包末尾的FCS值进行比较。

MAC校验：当FCS一致，即确认数据没有错误时，接下来需要检查MAC头部中的接收方MAC地址，看看这个包是不是发给自己的，如果不是则丢弃。还原后的数字信息被保存在网卡内部的缓冲区中。网卡驱动会根据MAC头部判断协议类型，并将包交给相应的协议栈。

IP校验：当网络包转交到协议栈时，IP模块会首先开始工作，检查IP头部。IP模块首先会检查IP头部的格式是否符合规范，然后检查接收方IP地址，看包是不是发给自己的。确认包是发给自己的之后，接下来需要检查包有没有被分片。检查IP头部的内容就可以知道是否分片，如果是分片的包，则将包暂时存放在内存中，等所有分片全部到达之后将分片组装起来还原成原始包；如果没有分片，则直接保留接收时的样子，不需要进行重组。接下来需要检查IP头部的协议号字段，并将包转交给相应的TCP模块或者UDP模块。

如果收到的是发起连接的包，则TCP模块会(1)确认TCP头部的控制位SYN;(2)检查接收方端口号；(3)为相应的等待连接套接字复制一个新的副本；(4)记录发送方IP地址和端口号等信息。

在收发阶段，收到数据包时，TCP模块会(1)根据收到的包的发送方IP地址、发送方端口号、接收方IP地址、接收方端口号找到相对应的套接字；(2)将数据块拼合起来并保存在接收缓冲区中；(3)向客户端返回ACK。

6.3 Web服务器程序解释请求消息并作出响应

服务器程序会根据收到的请求消息中的内容进行相应的处理，并生成响应消息，再通过write返回给客户端。请求消息包括一个称为“方法”的命令，以及表示数据源的URI（文件路径名），服务器程序会根据这些内容向客户端返回数据，但对于不同的方法和URI，服务器内部的工作过程会有所不同。

如请求方法为GET,URI为一个HTML文件名。这种情况只要从文件中读出HTML文档，然后将其作为响应消息返回就可以。为了不暴露磁盘全部内容，Web服务器公开的目录其实并不是磁盘上的实际目录，而是如图6.9这样的虚拟目录，而URI中写的就是在这个虚拟目录结构下的路径名。因此，当读取文件时，需要先查询虚拟目录与实际目录的对应关系，并将URI转换成实际的文件名后，才能读取文件并返回数据。

URI指定的文件内容不仅限于HTML文档，也有可能是一个程序。在这个情况下，服务器不会直接返回文件内容，而是会运行这个程序，然后将程序输出的数据返回给客户端。

Web服务器还可以检查事先设置的一些规则，并根据规则允许或禁止访问。Web服务器的访问控制规则主要有以下3种。(1)客户端IP地址(2)客户端域名(3)用户名和密码

Web服务器完成对消息的处理之后，调用Socket库的write，将响应消息交给协议栈。这时，需要告诉协议栈这个响应消息应该发给谁，但我们并不需要直接告知客户端的IP地址等信息，而是只需要给出表示通信使用的套接字的描述符就可以了。套接字中保存了所有的通信状态，其中也包括通信对象的信息。

6.4 浏览器接收响应消息并显示内容

Web服务器发送的响应消息会被分成多个包发送给客户端，然后客户端需要接收数据。首先，网卡将信号还原成数字信息，协议栈将拆分的网络包组装起来并取出响应消息，然后将消息转交给浏览器。这个过程和服务器的接收操作相同。

要显示内容需要先判断数据类型，如文字、图像、声音、视频等多种类型，每种数据的显示方法都不同。数据类型 原则上可以根据响应消息开头的Content-Type头部字段的值来进行判断。判断类型之后，只要根据数据类型调用用于显示内容的程序，将数据显示出来就可以了。