在衡量Web 页面性能的时候有一个重要的指标叫FP(First Paint),是指从页面加载到首次开始绘制的时长。那什么影响 FP指标呢?其中一个重要的因素是网络加载速度

  • 优化Web页面的加载速度,需要对网络有充分的了解
  • 理解网络的关键是要对网络协议有深刻的认识
  • 不管是HTTP,还是 WebSocket,都是基于 TCP/IP

# 数据包

互联网中的数据是通过数据包来传输的,如果发送的数据很大,该数据就会被拆分为很多小数据包来传输

# IP: 把数据包送达目的主机

数据包要在互联网上进行传输,就要符合网际协议(Internet Protocol,简称IP)标准 计算机的地址就称为IP 地址,访问任何网站实际上只是你的计算机向另外一台计算机请求信息。

就像寄件,填上收件人地址,就可以往这个地址发包裹,京东就可以把物品送到目的地

一个数据包从主机A发送给主机B,在传输之前,数据包上会被附加上主机BIP 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。 为了方便理解,我先把网络简单分为三层结构,如下图: IP

# UDP: 把数据包送达应用程序

IP 是非常底层的协议,只负责把数据包传送到对方电脑,但是对方电脑并不知道把数据包交给哪个程序,是交给浏览器还是交给王者荣耀?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 中一个最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

  • IP 通过IP地址信息把数据包发送给指定的电脑
  • UDP通过端口号把数据包分发给正确的程序
  • 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。

为了支持UDP 协议,把前面的三层结构扩充为四层结构,在网络层和上层之间增加了传输层,如下图所示:

UDP

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。

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

# 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(reliability)的应用,如果使用 UDP 来传输会存在两个问题:

  • 数据包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,从而把这些数据包还原成完整的文件。

TCPTransmission 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,有下面两个特点:

  • 对于数据包丢失的情况,提供重传机制;
  • 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。

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。 TCP 下的单个数据包的传输流程: TCP

从下图可以看出,一个完整的 TCP 连接的生命周期包括了建立连接-传输数据-断开连接三个阶段。 full-TCP

  1. 建立连接 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。
  2. 传输数据 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,从而保证组成完整的数据。
  3. 断开连接 数据传输完毕之后,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。