下图显示了本文将要讨论的概念。

在这篇文章中，我们将通过追踪从你在浏览器地址栏上输入https://www.google.com，然后按下键盘上的回车键，直到显示我们都知道的谷歌搜索页面的步骤，来详细了解这些技术的工作原理。

域名 "www.google.com "是如何翻译成其IP地址的？

在互联网上有一种特殊类型的服务器–这种类型的服务器不是只有一个，而是很多。一个 "DNS服务器"（其中DNS="域名系统"）。

域名被分配一个独特的IP地址。例如，谷歌被映射到8.8.8.8。当你输入一个URL时，你的浏览器将请求DNS返回其IP地址。

google.com "部分被称为域名。它是网站的唯一标识符。它有两个部分。

1. .com "被称为顶级域名，它标识了该组织在互
2. "google "部分是二级域名。这是该网站的名称。

"www "部分被称为子域。子域是指向一个网站中特定页面的链接。如果你输入images.google.com，这将带你到一个搜索图片的页面。由于历史原因，"www "是最常见的子域，但完全可以创建一个没有 "www "的域名。

https "部分指的是协议，后面必须有一个分号和两个正斜杠。超文本传输协议（HTTP）是TCP/IP套件的主要协议之一。它是一个无状态的客户端-服务器协议，用于从互联网上获取网页。HTTPS是HTTP的一个安全版本，它使用安全套接字层（SSL）协议来加密客户端和服务器之间的通信，并确保用户认证和敏感信息，如信用卡信息。

最后用冒号与域名分开的数字是端口号。端口是识别特定进程或网络服务类型的通信端点，可以从一个IP地址使用多种服务。443是与HTTPS协议相关的端口号。其他一些常见的端口有HTTP（80）、FTP（20-控制，21-文件传输）、DHCP（67-服务器，68-客户端）、Telnet（23）、SSH（22）、SMTP（25）、DNS（54）和POP（110）。

在浏览器中输入google.com通常就足够了。在这种情况下，如果你以前访问过该网站，浏览器会记住以前与该网站互动时的端口和协议，所以会使用该端口和协议。如果是第一次访问该网站，浏览器将发送一个HTTP请求，然后被重定向到HTTPS。大多数浏览器还支持一个称为HTTP严格传输安全（HTST）的政策，它有一个必须通过HTTPS请求的网站的预加载列表，即使是通过HTTP URL引用。

域名系统和IP地址

在我们的浏览器地址栏中输入URL并按下回车键后，一个HTTP请求将被直接发送到谷歌服务器。但在此之前，还有一个重要的步骤。连接到互联网的计算机使用唯一分配给每台机器的数字地址，称为IP地址，以确定它们需要通信的设备的位置。它们不理解诸如google.com这样的名字，这些名字只是为了让人类更好地记住名字而不是数字。因此，我们需要一个系统来将我们的域名翻译成IP地址，这就是域名系统（DNS）的作用。

互联网协议版本4（IPv4）地址已经存在了很长时间，它使用十进制符号，包含四个由点分隔的数字。一个例子是192.186.1.12。我们也有IPv6地址，它使用128位，是为了适应连接到互联网的设备数量不断增加而产生的。IP地址的分配是由一个叫做互联网名称与数字地址分配机构（ICANN）的组织负责。

DNS服务器不断更新，以注册新的域名和它们各自的IP地址。有许多类型的DNS记录。

1. A记录将域名映射到IP地址。
2. 冠名（CNAME）记录将一个域名（别名）映射到另一个（冠名）。
3. MX记录，指定代表域名接受电子邮件的邮件服务器。
4. TXT记录，它与你的域外来源的文本信息有关。谷歌使用TXT记录来验证域名所有权并确保电子邮件安全。

HTTP请求和响应

获得IP地址后，我们的设备（客户端）将与服务器建立一个TCP连接。然后，浏览器将编写一个HTTP请求，该请求将被发送到服务器上。这个请求将包含一个请求行、请求头和一个可选的请求信息体。HTTP请求不仅用于获取网页。请求行包含一个请求方法，通过使用不同的方法（GET、HEAD、PUT、POST、DELETE……），我们可以做各种各样的事情，比如在服务器上发布数据，要求服务器存储数据，要求服务器删除数据等等……为了获取网页，通常使用GET或HEAD方法。

服务器将处理这个请求并发送一个HTTP响应。这个响应也将包括一个响应（状态）行、头信息和一个可选的主体。响应行包含一个反映请求结果的状态代码。需要了解的常见状态代码有。

1. 200 OK：请求已被满足。
2. 301永久移动：请求的资源已被永久地移动到一个新的位置。
3. 302发现和重定向：请求的资源已经被转移到一个新的位置，但是是暂时的。
4. 400坏请求：服务器无法解释或理解请求。
5. 401 需要认证。请求的资源是受保护的，需要客户的证书（用户名/密码）。
6. 403禁止。服务器拒绝提供资源，无论客户的身份如何。
7. 404未找到。请求的资源在服务器中找不到。
8. 500内部服务器错误。服务器出现混乱，通常是由于服务器端程序响应请求时出现错误造成的。
9. 501 方法未实现。使用的请求方法无效（可能是打字错误造成的，例如，"GET "错写成 "Get"）。

这张图片显示了使用curl命令行工具对https://www.google.com 的HTTP GET请求和一个状态代码为200的响应。

现在我们已经看到了网页如何被提供的基本情况。但我们实际上还没有讨论除了发送给客户的HTTP响应之外，在服务器方面还发生了什么。

什么是服务器？

一个服务器可以代表硬件和软件。当我们提到硬件时，特别是像谷歌这样的大公司所使用的硬件，我们正在谈论数百甚至数千台放置在称为数据中心的大型建筑中的计算机，目的是根据请求向客户提供资源。也就是说，任何计算机，包括你的笔记本电脑，只要在上面安装适当的服务器软件，都可以作为服务器使用。网络服务器、应用服务器、文件服务器、打印服务器和代理服务器是服务器的一些例子。

为了讨论的目的，我们需要定义什么是网络服务器和应用服务器。网络服务器是一个软件，它被设计用来接受HTTP请求和提供静态网页，这些网页是用HTML、CSS或JavaScript编写的。Nginx、Apache和微软IIS是一些最常见的网络服务器。

但网站所做的工作远不止提供静态页面。它们使用图形用户界面与用户互动，还根据行为、用户偏好生成动态内容，并操纵存储在数据库中的大量数据。数据库是结构化信息的有组织的集合，旨在有效地插入、删除、查询、访问和修改数据。

动态内容是使用应用服务器提供的。应用服务器与数据库通信以处理数据，然后从动态内容中生成静态内容，并将数据发送到网络服务器以将网页发送给客户。

负载平衡器

据估计，谷歌每秒钟处理约63,000个请求。为了实现这一目标，他们有数千个强大的服务器在不停地工作。但这还远远不够。他们还需要找到一种方法，将请求有效地分配给他们的服务器。我们不希望一台服务器处理10个请求，而另一台服务器却无所事事，对吗？这就是负载均衡器进入画面的地方。

负载平衡器分配系统的工作负载，以提高可靠性、效率和可用性。这些可以是硬件或软件。

软件负载均衡器实施一种或多种调度算法来实现其目的。最常见的算法包括。

1. 加权调度–根据分配给每台服务器的权重，将工作分配给服务器。权重通常是每个服务器的硬件能力的指标。当服务器的能力之间存在明显的差异时，就会使用这种方法。
2. 圆周率调度–按顺序提供请求，适合于能力相对相同的服务器和不太持久的连接。
3. 最小连接优先调度–根据哪台服务器拥有最少的持久性连接来提供请求，在服务器之间持久性连接数量分布不均的网络流量中非常有用。

硬件负载均衡器包括使用IP隧道和DNS负载均衡等技术的第4层硬件负载均衡，以及使用URL解析、cookie嗅探和HTTP读取的第7层硬件负载均衡。

最后，这些服务器需要通过使用防火墙来过滤传入和传出的网络流量。防火墙是硬件或软件的安全实现，根据一组预先定义的规则，允许、限制和阻止网络流量。它们通常被放在私人网络和互联网之间。