Принципы функционирования веб-сервера

В первой статье мне бы хотелось немного затронуть именно эту тему, так как очень важно знать механизмы работы инструмента (в нашем случае — веб-сервера), реализовывающего работу нашего сайта. Мы немного идеализируем веб-сервер, упустим некоторые тонкие технические нюансы, чтобы было проще понять суть. Постараюсь расписать как можно проще и доступнее :)

Помню, давно я думал, что Интернет сосредоточен в одном месте, представлял что-то типа лаборатории, где расположено большое количество аппаратуры, поддерживающей работу всего этого. Тогда я не мог оценить масштабы Глобальной сети и сложности ее структуры. В действительности же, Интернет — это абстрактное понятие, ресурсы Интернета разбросаны по оборудованию на всем земном шаре. Для связи этого оборудования между собой на огромных расстояниях придумали специальные алгоритмы и стандарты, в частности, протокол TCP/IP, на котором в настоящее время функционирует наш Интернет. Согласно этому стандарту, каждый компьютер, находящийся в Глобальной сети, имеет свой уникальный адрес — IP-адрес. IP-адрес представляет собой последовательность четырех чисел в диапазоне от 0 до 255, разделенных между собой точками (например, 92.166.31.18). Один компьютер может связаться с другим компьютером в сети, зная его IP-адрес. Но сказать "компьютер связался с компьютером" не совсем верно, так как связываются не сами компьютеры, а сетевые службы (программы, если хотите), выполняющиеся на них. Допустим, вы отправляете электронную почту дедушке, при этом ваша почтовая программа связывается с почтовым сервером для отправки письма.

На компьютере одновременно может работать несколько сетевых программ, поэтому помимо IP-адреса для связи протоколом TCP/IP предусмотрено дополнительно такое понятие как порт. Порт — это число в диапазоне от 1 до 65536. Таким образом, минимальным условием для связи одной сетевой программы с другой является наличие у первой IP-адреса и номера порта второй. Совокупность IP-адреса и порта принято записывать через двоеточие (например, 192.168.35.2:443).

Для установления связи первой программе задается номер порта и она начинает "ожидать" подключение второй. Второй программе указывается тот же самый номер порта и IP-адрес компьютера, на котором запущена первая программа. Связь двух программ напоминает звонок по сотовому телефону: Вася звонит Пете, Петя берет трубку и начинается разговор. При этом номер телефона — это совокупность IP-адреса и номера порта в нашем случае.

Программа, ожидающая подключение, называется сервером. Серверу при запуске указывается номер порта, часто говорят: "сервер слушает порт". На компьютере не может быть запущено более одного сервера с одинаковым номером порта (иначе невозможно определить, к какому из серверов подключаться). Программа, устанавливающая соединение с сервером, называется клиентом. На клиентов не распространяется подобное ограничение (например, можно запустить два джаббер-клиента). Также к серверу могут подключаться несколько клиентов с разных компьютеров, если это поддерживает сам сервер.

Теперь давайте на основе этих поверхностных знаний определим, что такое веб-сервер. Во-первых, судя по названию, это сетевая программа, ожидающая и принимающая соединения (сервер). По умолчанию, веб-сервер "слушает" порт под номером 80. Веб-сервер поддерживает работу одновременно с несколькими клиентами (несколько человек одновременно могут просматривать сайт). Клиентом для веб-сервера выступает веб-браузер (Internet Explorer, Opera и так далее).

Таким образом, сайт функционирует за счет веб-сервера, который отправляет странички этого сайта клиентам, запрашивающих их у него. Для того, чтобы запросить страницу необходимо знать IP-адрес компьютера, на котором запущен веб-сервер с нужным нам сайтом. Но запоминать IP-адреса неудобно, поэтому придумали доменные имена, представляющие собой некую текстовую сущность (например, yandex.ru). Очевидно, что доменные имена более понятны и более легки в запоминании. Однако, протокол TCP/IP не в состоянии найти требуемый компьютер по доменному имени, поэтому его необходимо преобразовать в IP-адрес. Для этого служат DNS-сервера, на которых расположены таблицы соответствий доменных имен и IP-адресов. Допустим, когда мы вводим в адресной строке браузера домен yandex.ru, в первую очередь посылается запрос в DNS-сервер для определения IP-адреса данного домена. Когда адрес определен, браузер пытается связаться с веб-сервером по этому адресу и по стандартному порту под номером 80. Если соединение с веб-сервером установлено, браузер запрашивает у веб-сервера требуемую страницу сайта.

В принципе, веб-сервер можно настроить на работу и на другом порту, в таком случае в браузере при запросе страницы необходимо его указывать через двоеточие после доменного имени (например, site.ru:3182).

Каким же образом происходит запрос страницы сайта у веб-сервера браузером? Понятное дело, что для взаимодействия веб-сервера и браузера необходим "общий язык", то есть некий стандарт, по которому формируются запросы и ответы. Этим стандартом служит протокол HTTP (HyperText Transfer Protocol). Этот протокол довольно прост, так как соответствует схеме "запрос-ответ". Говоря другими словами, на каждый HTTP-запрос веб-браузера веб-сервер отвечает HTTP-ответом. По своей инициативе веб-сервер HTTP-пакеты не шлет (к тому же, зачастую, после завершения операции "запрос-ответ" сервер разрывает соединение с клиентом).

Давайте рассмотрим структуру HTTP-пакета. HTTP-запрос и HTTP-ответ состоят из двух блоков — блока заголовков (headers) и блока тела пакета. Эти блоки отделены друг от друга двумя символами перевода строк (то есть между заголовками и телом расположена пустая строка). В блоке заголовков расположены различные параметры пакета, блок тела содержит какие-либо данные. Второй блок может отсутствовать, то есть HTTP-пакет может состоять только из блока заголовков. Для примера выполним запрос главной страницы сайта ya.ru и рассмотрим HTTP-пакеты, участвовавшие в нем. При запросе главной страницы браузер Firefox отправил веб-серверу следующий HTTP-запрос:

GET / HTTP/1.1
Host: ya.ru
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; ru; rv:1.9.2) Gecko/20100115 Firefox/3.6
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Language: ru,en-us;q=0.7,en;q=0.3
Accept-Encoding: gzip,deflate
Accept-Charset: windows-1251,utf-8;q=0.7,*;q=0.7
Keep-Alive: 115
Connection: keep-alive

В HTTP-запросе отсутствует блок данных (так как отсутствует пустая строка, которая бы отделяла заголовки от данных). Давайте рассмотрим представляющие для нас в данный момент интерес строки этого запроса. Во-первых, самая первая строка:

GET / HTTP/1.1

"GET" — тип запроса. Два наиболее распространенных типа запросов — это GET и POST. О них мы поговорим в одной из следующих статей или уроков. "/" указывает на то, что запрашивается главная страница сайта. В противном случае здесь указывается путь и имя запрашиваемой страницы или файла. "HTTP/1.1" — версия протокола HTTP.

Host: ya.ru

Параметр Host содержит домен сайта, к которому происходит обращение.

User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; ru; rv:1.9.2) Gecko/20100115 Firefox/3.6

User-Agent содержит информацию о клиенте: тип браузера, операционной системы и так далее. Остальные параметры в данный момент нас особо не интересуют.

На данный HTTP-запрос веб-сервер ответил следующим HTTP-ответом:

HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx
Date: Thu, 25 Feb 2010 12:31:25 GMT
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Last-Modified: Tue, 12 Jan 2010 15:29:06 GMT
Transfer-Encoding: chunked
Connection: keep-alive
Content-Encoding: gzip

<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html;charset=utf-8">
<title>Яндекс</title>
...

Пустая строка указывает на наличие блока данных (тела пакета). Как и в случае с HTTP-запросом рассмотрим наиболее важные строки полученного ответа. В первой строке указывается версия протокола HTTP (HTTP/1.1) и код результата. Код результата 200 означает, что запрос выполнен успешно. В описании протокола HTTP расписаны все коды результатов. С некоторыми из них, например, 403 и 404, мы познакомимся в будущем.

Server: nginx

Параметр Server содержит название веб-сервера. В нашем случае мы имеем дело с веб-сервером nginx. Данный параметр может отсутствовать в HTTP-ответе, если администратор данного сервера по каким-либо причинам не желает оглашать эту информацию.

Content-Type: text/html; charset=utf-8

Content-Type содержит тип переданных данных и, если необходимо, их кодировку (charset). Также в заголовках часто содержится параметр Content-Length, содержащий размер переданных сервером данных в байтах. В блоке тела пакета содержится код запрошенной страницы.

Таким образом, мы познакомились с основными принципами функционирования веб-сервера, рассмотрели схему "запрос-ответ". Очень полезно для веб-мастера как можно лучше знать протокол HTTP, ведь это основа функционирования сайта. В последующих статьях и уроках мы будем знакомиться с различными возможностями веб-сервера, не затронутыми в данной статье, и рассматривать, как они реализованы протоколом HTTP. А в первом уроке мы научимся сами устанавливать и настраивать веб-сервер.