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URL输入到页面加载的全过程分析

步骤分析

当用户在浏览器中输入一个URL并按下回车键后，背后发生了一系列复杂的过程，最终呈现出用户想要的网页。总体来说，这一过程可以分为以下几个主要步骤：

  1. DNS解析
  2. TCP连接
  3. 发送HTTP请求
  4. 服务器处理请求并返回HTTP响应
  5. 浏览器解析渲染页面
  6. 连接结束

1. DNS解析

DNS解析是将人类可读的域名转换为机器可读的IP地址的过程。这个过程主要发生在四个步骤中：

  1. 浏览器缓存：浏览器会缓存DNS一段时间，一般2-30分钟不等。如果有缓存，直接返回IP。
  2. 操作系统缓存：如果浏览器缓存中无法找到IP，浏览器会进行系统调用，查询hosts文件。如果找到，直接返回IP。
  3. 路由器和ISP缓存：如果本地查询无果，浏览器会请求路由器和ISP的DNS缓存。
  4. 递归查询：如果仍然没有找到，ISP的DNS服务器会从根域名服务器开始递归搜索，从.com顶级域名服务器，到目标域名的服务器。

通过这些步骤，浏览器最终获得目标IP地址。

2. TCP连接

浏览器利用IP直接与目标主机通信，建立TCP连接。这个过程被称为“三次握手”：

  1. SYN：浏览器发送一个TCP连接请求，标志位为SYN。
  2. SYN-ACK：服务器收到请求后，返回一个应答报文，标志位为SYN和ACK。
  3. ACK：浏览器收到应答报文后，返回一个确认报文，标志位为ACK。

通过这三次握手，TCP连接建立完成。

3. 发送HTTP请求

TCP连接建立后，浏览器开始发送HTTP请求。HTTP请求报文由三部分组成：

  1. 请求行：包括请求方法、URL和协议版本。例如： 
    GET /index.html HTTP/1.1
  2. 请求报头：包含客户端向服务器传递的附加信息和客户端自身的信息。例如： 
    User-Agent: Mozilla/5.0
Accept-Encoding: gzip, deflate
  3. 请求正文：在使用POST、PUT等方法时，存储客户端向服务器传递的数据。

4. 服务器响应

服务器接收到请求后，进行处理并返回HTTP响应报文。HTTP响应报文也由三部分组成：

  1. 响应行：包括协议版本、状态码和状态码描述。例如： 
    HTTP/1.1 200 OK
  2. 响应报头：包含服务器返回的附加信息。例如： 
    Content-Type: text/html
  3. 响应报文：服务器返回给浏览器的文本信息，通常是HTML、CSS、JS、图片等文件。

5. 浏览器解析渲染页面

浏览器收到HTTP响应后，开始解析和渲染页面。这个过程包括以下步骤：

  1. 解析HTML：构建DOM树。
  2. 解析CSS：构建渲染树。
  3. 布局和绘制：浏览器开始布局渲染树并将其绘制到屏幕上。

这个过程涉及到两个重要概念：reflow（回流）和repaint（重绘）。回流是指计算元素的位置和大小，重绘是指绘制内容。

重定向与负载均衡

大型网站可能会进行重定向以实现负载均衡或导入流量。重定向的状态码通常是301或302。浏览器接收到重定向响应后，会根据Location字段重新发起请求。

6. 连接结束

在HTTP/1.0中，默认使用短连接，即每次HTTP操作都建立一次连接，任务结束后中断连接。HTTP/1.1起，默认使用长连接（Connection: keep-alive），即在一个网页打开完成后，客户端和服务器之间的TCP连接不会立即关闭，可以复用连接。

7. 计算机网络常见问题

了解了上述过程后，一些常见的计算机网络问题也就不再是问题了：

  1. TCP三次握手和四次挥手：三次握手用于建立连接，四次挥手用于断开连接。
  2. 在浏览器中输入URL地址到显示主页的过程：即上述过程。
  3. HTTP和HTTPS的区别：HTTPS在HTTP基础上增加了SSL/TLS加密。
  4. TCP、UDP协议的区别：TCP是面向连接的，可靠的；UDP是无连接的，不可靠的，但速度快。
  5. 常见的状态码：例如200（成功），301（永久重定向），302（临时重定向），404（未找到），500（服务器内部错误）。

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