如何确保页面资源能被完整送达浏览器？

我们都知道在一个web页面打开时，会有很多个资源文件请求加载，且较大的文件也会被拆分成多个小的数据包来进行传输，那么这些资源文件是如何完整的被送达到浏览器上的呢？

一个数据包的“旅程”

互联网实际上是一套理念和协议组成的体系架构。通过约定好的协议，让双方之间的通信变得没有障碍。

1.IP：把数据包送到目的主机

数据包要在互联网上进行传输，就要符合网络协议（简称IP）标准。互联网上不同的在线设备都有一个唯一的地址，地址就是一个数字即IP地址。这和我们购物的收货地址很像，购物时，你只需要填一个收货地址，物流就能把包裹送到你家。


计算机的地址统称为IP地址，访问任何网站实际上只是你的计算机（Client）向另外一台计算机（Service）请求信息。
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如果要想把一个数据包从主机 A 发送给主机 B，那么在传输之前，数据包上会被附加上主机 B 的 IP 地址信息，这样在传输过程中才能正确寻址。额外地，数据包上还会附加上主机 A 本身的 IP 地址，有了这些信息主机 B 才可以回复信息给主机 A。这些附加的信息会被装进一个叫 IP 头的数据结构里。IP 头是 IP 数据包开头的信息，包含 IP 版本、源 IP 地址、目标 IP 地址、生存时间等信息。


这里我们把网络简单分为三层结构，如下图：

简化的iP网络三层传输模型


通过上图来看一个数据包从主机A到主机B的旅程：

• 主机A的上层将含有“极客时间”的数据包交给网络层；

• 网络层再将IP头附加到数据包上，组成新的IP数据包，并交给底层；

• 底层通过物理网络将数据传输给主机B；

• 数据包传输到主机B的网络层，在这里主机B拆开数据包的Ip头信息，并将拆开来的数据部分交给主机B的上层。

• 最终，含有“极客时间”信息的数据包达到了主机B的上层。

2.UDP：把数据包送达应用程序

IP是非常底层的协议，只负责把数据包传输到对方电脑，但对方电脑并不知道把数据包交给哪个程序，是交给浏览器还是微信？因此，需要基于IP之上开发能和应用打交道的协议，最常见的是“用户数据包协议（User Datagram Protocol）”，简称UDP。

UDP中一个很重要的信息是端口号，端口号其实就是一个数字，每个想访问网络的程序都需要绑定一个端口号。通过端口号UDP就能把指定的数据包发送给指定的程序了，所以IP通过IP地址信息把数据包发送给指定的电脑，而UDP通过端口号把数据包分发给正确的程序。**和IP头一样，端口号会被装进UDP头里面，UDP头再和原始数据包合并组成新的UDP数据包，UDP头中除了目的端口，还有源端口号等信息。


我们将前面的三层结构扩展成四层接口，在网络层和上层之间加了传输层来支持UDP协议：

简化的 UDP 网络四层传输模型

UDP协议下的数据包A -> B：

• 主机A的上层将含有“极客时间”的数据包交给传输层；

• 传输层会在数据包前面加上UDP头，组成新的UDP数据包，再将新的UDP数据包交给网络层；

• 网路层再将IP头附加到数据包上，组成新的IP数据包，并交给底层；

• 数据包被传输到主机B的网络层，在这里主机B拆开IP头信息，并将拆开来的数据部分（UDP数据包）交给传输层；

• 在传输层，数据包中的UDP头会被拆开，并根据UDP中提供的端口号，把数据部门交给主机B上层的应用程序；

• 最终，还有“极客时间”信息的数据包就旅行到了主机B上层应用程序这里；

在使用UDP发送数据时，有各种因素会导致数据包出错，虽然UDP可以校验数据是否正确，但是对于错误的数据包，UDP并不提供重发机制，只是丢弃当前的包，而且UDP在发送之后也无法知道是否能达到目的地。


虽然UDP不能保证数据可靠性，但是传输速度却非常快，所以UDP通常应用在一些关注速度、但不那么严格数据完整性的领域，如在线视频、游戏等。

3.TCP：把数据完整地送达应用程序

对于浏览器请求，或者邮件这类要求数据传输可靠性的应用，使用UDP来传输会存在两个问题：

• 数据包存在传输过程中容易丢失；

• 大文件会被拆分成很多小的数据包来传输，这些小的数据包会经过不同的路由，并在不同的时间到达接收端，而UDP协议并不知道如何组装这些数据包，从而把数据包还原成完整的文件。

基于这两个问题，我们引入了TCP。TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种**面向连接的**、**可靠的**、**基于字节流**的传输层通信协议。相对于UDP，TCP有下面两个特点：

• 对于数据包丢失的情况，TCP提供重传机制；

• TCP引入了数据包排序机制，用来保证把乱序的数据包组合成一个完整的文件。

和UDP头一样，TCP头除了包含了目标端口和本机端口号外，还提供了用于排序的序列号，以便接收端通过序号来重排数据包。如下图：

简化的 TCP 网络四层传输模型

通过上图应该了解一个数据包是如何通过TCP来传输的。TCP单个数据包的传输流程和UDP流程差不多，不同的地方在于，通过TCP头的信息保证了一块大的数据传输的完整性。

从下图可以看出，一个完整的TCP链接的生命周期包括了“建立连接”、“传输数据”、“断开链接”三个阶段。
一个TCP连接的生命周期

• 首先，建立连接段。这个阶段是通过“三次握手”来建立客户端和服务器之间的连接。TCP提供面向连接的通信传输。面向连接是指在数据通信开始之前先做好两端之间的准备工作。所谓三次握手，是指在建立一个TCP连接时，客户端和服务器总共要发送三个数据包以确认连接的建立。

• 其次，传输数据阶段。在该阶段，接收端需要对每个数据包进行确认操作。也就是接收端在接收到数据包之后，需要发送确认数据包给发送端。所以当发送端发送了一个数据包之后，在规定时间内没有接收到接收端反馈的确认消息，则判断为数据包丢失，并触发发送端的重发机制。同样，一个大的文件在传输过程中会被拆分成很多小的数据包，这些数据包到达接收端后，接收端会按照TCP头中的序号为其排序，从而确保组成完整的数据。

• 最后，断开连接阶段。数据传输完成之后，就要终止连接了，涉及到最后一个阶段“四次挥手”来保证双方都能断开连接。

TCP为了保证数据传输的可靠性，牺牲了数据包的传输速度，因为“三次握手”和“数据包校验机制”等把传输过程中的数据包的数量提高了一倍。


简单的总结一下：

• 互联网中的数据是通过数据包来传输的，数据包在传输过程中容易丢失或出错。
• IP负责把数据包送达到目主机。
• UDP负责把数据包送达具体应用。
• TCP保证了数据完整地传输，分为（建立连接、传输数据、断开链接）。