用實驗教學法完全剖析ＨＴＴＰ的工作原理

摘要：文章描述了一種在Windows環(huán)境下利用“超級終端”工具驗證剖析WWW工作過程中HTTP協(xié)議的工作過程，使學生在學習過程中能通過實踐驗證的方式加深對HTTP協(xié)議的理解。

關鍵詞：超文本傳輸協(xié)議；客戶/服務器模式；統(tǒng)一資源定位器；遠程登陸；超級終端

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2008)11-20287-01

在計算機網(wǎng)絡基礎課程的教學過程中，我們對計算機網(wǎng)絡體系結構和相關協(xié)議的教學經(jīng)常停留在理論介紹和分析的模式下，使學生總是感覺理論成分過高，卻不知道這些理論知識如何在真實網(wǎng)絡環(huán)境中得到體現(xiàn)。在本人從教計算機網(wǎng)絡課程的幾年中，經(jīng)常有學生就TCP/IP (Transfer Control Protocol/Internet Pprotocol)協(xié)議簇的應用層協(xié)議HTTP (HyperText Transport Protocol)提出問題：WWW服務器使用的主要協(xié)議是HTTP協(xié)議，如何在實際中理解其工作過程？用戶一般使用網(wǎng)頁瀏覽器（如Internet Explorer，F(xiàn)irefox，Opera等）查看Web頁面（網(wǎng)頁），而瀏覽器對用戶屏蔽了和目標HTTP服務器建立TCP連接及請求并獲取頁面文件的細節(jié)過程。通過瀏覽器瀏覽網(wǎng)頁的過程中HTTP協(xié)議到底是如何工作的？我們可以通過Telnet客戶端程序與HTTP服務器通信來分析它的工作工程[1]。雖然在UNIX環(huán)境下容易通過實驗對其進行分析和驗證，但在windows環(huán)境下，相關資料就非常少。本文先就HTTP協(xié)議工作原理做一個簡單介紹，然后介紹一種在windows環(huán)境下用實驗法剖析相關的工作原理的方法。

1 HTTP協(xié)議工作原理

HTTP協(xié)議采用C/S（Client/Server，客戶/服務器）工作模式。在該模式中，信息資源以頁面（網(wǎng)頁或Web頁）的形式存儲在Web服務器（Server）中；用戶查詢信息時執(zhí)行一個簡單的客戶端程序，簡稱為客戶程序（Client，也稱為瀏覽器Browser程序）。客戶向服務器請求服務時，只需傳送請求方法和路徑。Client向Server發(fā)出請求，Server根據(jù)Client的請求內容，將保存在Server中的某個頁面返回給Client，Client接收到頁面后對其進行解釋，最終將圖片、文字、聲音等畫面呈現(xiàn)在用戶面前。在上述傳輸過程中基本上就是一次HTTP協(xié)議工作過程。Client向Server的請求方法有GET、HEAD、POST、PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE等[2]，每種方法規(guī)定了客戶與服務器聯(lián)系的類型不同。同學們對其中POST、PUT方法可能有印象，在網(wǎng)頁制作中經(jīng)常被用來向服務器提交信息。概括的講，上述Web瀏覽器向WWW服務器請求頁面的過程需經(jīng)過以下幾個步驟：

（1）用戶打開瀏覽器在地址欄輸入網(wǎng)頁的URL（Uniform Resource Location，統(tǒng)一資源定位器，俗稱網(wǎng)址。其格式為：“協(xié)議：//主機名（或IP地址）[：端口號]/路徑/文件名”），若輸入的網(wǎng)址是不完整的URL，瀏覽器將按照缺省情況自動補全，如輸入： www.ahcme.cn回車后，瀏覽器地址欄變?yōu)閔ttp://www.ahcme.cn。此時采用默認端口號80，缺省請求服務器的默認主頁。

（2）瀏覽器首先向DNS服務器（域名服務器，就是我們在對主機進行網(wǎng)絡配置時輸入的DNS地址，如安徽蕪湖市電信DNS服務器地址為202.102.192.68）發(fā)出域名解析請求，要求把www.ahcme.cn解析為它所對應的IP地址。DNS進行查詢后，向瀏覽器回送應答。如www.ahcme.cn對應的IP地址為218.22.71.211。

（3）在獲取www.ahcme.cn的IP地址后，瀏覽器向主機218.22.71.211的80端口建立TCP連接。

（4）連接建立成功后，瀏覽器發(fā)出HTTP請求命令，如：GET /HTTP/1.0 （簡單的請求，表示請求服務器的默認主頁）

（5）服務器斷收到請求后，查看相應資源，若存在，則向瀏覽器發(fā)送響應HTML文件；否則向瀏覽器報告錯誤代碼。隨后服務器關閉本次TCP連接。

（6）瀏覽器收到響應的HTML文件后解釋并顯示出網(wǎng)頁。若包含圖片，還要進行TCP連接來獲取圖片信息。

2 實驗驗證WWW工作過程，學習HTTP協(xié)議

在Unix/Linux環(huán)境下，Telnet 客戶端具有本地回顯，因此驗證該過程非常容易。但Windows環(huán)境下Telnet客戶端工具默認設置沒有本地回顯，所以Unix環(huán)境下的驗證方法不能直接套用。事實上，很多老師和學生對Unix/Linux并不熟悉。因此在學習到相關知識時就停留在純粹理論上，并造成一種理論和實際脫節(jié)的錯覺。其實在Windows環(huán)境下也可以利用Telnet 來學習HTTP的工作原理，但Windows環(huán)境下Telnet的默認設置沒有本地回顯，所以操作起來不具直觀性。本人在教學中就利用Windows自帶的工具“超級終端”（可以作為Telnet工具使用，且方便設置本地回顯）進行驗證。上述的工作過程可以如下驗證：

(1)進入命令行界面（“開始”/“運行”中輸入“cmd.exe”），運行nslookup www.ahcme.cn進行域名解析，獲取其IP地址（如圖1）。

(2)打開超級終端：開始/程序/附件/通訊/超級終端。出現(xiàn)位輸入位置信息時選擇“取消”，確認“取消”后選擇“確定”后，按照提示為連接取個名稱（如“http 實驗”），將再次需要你確認不輸入位置信息。確認后出現(xiàn)“連接到”對話框（如圖2），在“連接時使用”處選擇“TCP/IP (Winsock)”后“連接到” 對話框發(fā)生變化（圖3），填上第一步中解析出的www.ahcme.cn對應的IP地址218.22.71.211，并將默認的端口號由23改為80后確定。在圖4的“文件”下拉菜單中選擇“屬性”，設置“允許遠程主機啟動文件傳輸”，并在“ASCII碼設置”中設置“本地回顯”即可。

(3)鍵盤大寫狀態(tài)下輸入HTTP請求方法：GET/ HTTP/1.0 （結束加兩次回車發(fā)送）。在超級終端界面上即可以看到服務器返回相應頁面的HTML源文件。

(4)將超級終端里HTML源文件和從WEB瀏覽器處獲取的源文件進行比較（為了方便進行比較，還可以在超級終端中設置捕獲數(shù)據(jù)到指定文件），結果是二者相同。

3 效果討論

通過上述實驗過程，可以非常清晰的看到WEB瀏覽器獲取網(wǎng)頁HTML源文件的過程，而WEB瀏覽器進一步對HTML文件解釋并顯示出我們平時所見到的網(wǎng)頁效果。在此基礎上可以進一步解釋為什么同一個網(wǎng)頁在不同的瀏覽器中看到的效果可能不同：不是瀏覽器獲取的頁面信息不同，而是由于對HTML標記語言的解釋可能有所不同而所造成的。

而善于思考的同學可能馬上就對瀏覽器獲取服務器頁面HTML文件的其他方法（如HEAD、PUT等）和HTTP服務器返回的各種響應代碼[3]比較感興趣，因此還可以進一步引導同學們學習和理解HTTP協(xié)議中客戶機向服務器資源請求的各種方法的具體使用，并做出相似的實驗驗證，從而加深對HTTP協(xié)議的理解并為今后相關方面的網(wǎng)絡編程打下良好的基礎。

參考文獻：

[1] 胡谷雨，譯. TCP/IP Illustrated vol 3:TCP for Transactions，HTTP，NNTP，and the UNIX Domain Protocols[M].北京:機械工業(yè)出版社，2002.129-136.

[2] 熊桂喜，王小虎，譯.計算機網(wǎng)絡（第3版）[M]. 北京：清華大學出版社，2002.526-537.

[3] 任泰明. TCP/IP協(xié)議與網(wǎng)絡編程[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.82-86.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文