インターネットの仕組み~ブラウザにWebページが表示されるまでの旅~

2021/08/21

8月21日にもりけん塾で勉強会が行われました！

インターネットの仕組み~ブラウザにWebページが表示されるまでの旅~ というテーマで
発表をさせて頂きました。

この様な機会を作っていただきありがとうございました。

今回は勉強会で発表した内容をまとめた記事です。
私が学習し、知り得た範囲での内容なので
もし誤りがあればTwitterのDM等で教えていただけると嬉しいです。

経緯とテーマ

「勉強しようと思っていたけどやってなかったこと」をテーマにしました。
重たい腰を起こすためにも、自ら立候補させて頂きました。

内容に関しては、もりけん先生が以前Twitterで紹介していた
フロントエンドエンジニアになるためのロードマップ を参考に範囲を決めました。

https://roadmap.sh/frontend

ロードマップの紫色のチェックがついている部分を、優先して学習するのがいいそうです！

大まかな流れ

以下の様な流れで進めました

#1 Webサイトへアクセスする

今回はアドレスバーにgoogleのURLを入力しアクセスすることを仮定します

#2 ブラウザはURLの解読を始める

URLに含まれる情報の解読を行います。
どの方法で？、どのサーバーから？、どのファイル(リソース)を？などの情報がURLには含まれています。

プロトコル

通信規約、約束事。ネットワークに接続された機械同士が通信する時の共通のルールや手順のこと
FTP、SMTPなどもプロトコルの一種です。

野球で例えると...

作戦や球種を味方に伝える際、相手チームに伝わらない様に、
事前に決めたサインを使い味方に伝えます。
それらのサインも事前にチーム内で共有されているからわかる約束事です。

HTTP(HyperText Transfer Protocol)

WebクライアントとWebサーバーの通信をする際の決まり事

IPアドレス・ドメイン名

住所の様なもの。
ネットワーク上のやり取りには、識別番号としてIPアドレスが利用される。
IPアドレスは数字の羅列で表記される(例：104.20.37.67)
IPアドレスは人間が覚えにくく扱いにくい為、ドメインを利用しています。

電話帳で例えると...

IPアドレスはよく電話帳に例えられます。

電話やメールを送る際、相手の電話番号やアドレスを覚えていなくても、
スマホに登録していれば、アドレスと名前が紐付いている為、登録名を選択すればおのずと連絡ができます。
この登録名の役割を担っているのがドメイン名で、電話番号やメールアドレスがIPアドレスの様なイメージです。

#3 DNSでIPアドレスを取得する

ドメイン名をDNSサーバーに投げ掛け、IPアドレスを教えてもらう
FQDNからIPアドレスを割り出すことを、名前解決といいます。

もう少し詳しく流れを調べました

ブラウザとローカルのキャッシュを調べる
DNSキャッシュサーバ(フルサービスリゾルバ**)のキャッシュを調べる**
DNSキャッシュサーバはルートサーバーへ問い合わせる
取得したIPアドレスをブラウザに返す

DNSキャッシュサーバー

フルサービスリゾルバと呼ばれることもある。
まず自分のキャッシュを確認し、なければ他のDNSサーバーヘ問い合わせを行うサーバー。

hostsファイル

DNSが誕生する前まで主流で使われていた仕組み。
ホスト名とIPアドレスの対応表を個々のコンピューターで管理していた。
インターネットが普及し、ドメイン名も増えた為個々のhostsファイルで管理していくには限界があり
DNSが名前解決の主流となった。hostsファイルは現在も存在している。

返却されたIPアドレスをもとに、ブラウザはHTTPリクエストを作成。

#4 HTTPリクエスト / HTTPレスポンス

クライアント(Webブラウザ)からWebサーバーへ送られる要求のことを
HTTPリクエスト、そのリクエストに対する応答をHTTPレスポンスという。

ターミナルで確認してみる

HTTP通信の詳細を出力するコマンド

% curl -v https://www.google.com/

HTTPリクエスト

HTTPリクエストは以下の様な構成になっています。
(左側が構造で、右側が実際のHTTPリクエストです)

リクエストラインにはメソッドを使用し、具体的に何を要求するのかを記載します。
メソッドはGET以外にもPOSTやPUTなど全部で8つあり、それぞれ違う役割を持ちます。

今回はGETを使用しています。GETは指定されたURLの情報を取得するメソッドです。

HTTPレスポンス

先ほどのリクエストに対しての応答がHTTPレスポンスです。
(左側が構造で、右側が実際のHTTPレスポンスです)

ステータスラインではステータスコードを使用し、要求に対する結果を伝えます。
今回は200というリクエストが正常に終了したことを意味するコードです。

サーバーから返ってきたレスポンスの中に
画像やCSSなどのリンクがあるとその度にリクエストを送り必要なデータをもらいます。

404コード

404はよく目にするステータスコードだと思います。
要求されたリソースが見つからない場合を示します。

#5 ブラウザレンダリング

サーバーから送られてきたHTMLファイルを解析し、レンダリング処理を行う。
ブラウザのレンダリング機能をレンダリングエンジンといい、ブラウザごと存在している。

HTMLを解析、DOM・CSSOMを構築
レンダリングツリーの構築
レイアウト
ペイント

HTMLを解析、DOM・CSSOMを構築

サーバーから送られてきたデータはBytes(バイト)という形式で送られてくる。
これではHTMLと解釈することができないため解析を行う。

まず、BytesからCharacters(文字)へ変換を行い
その後Tokens(トークン)と呼ばれる形に変換し、Nodes(ノード)へ変換後、DOMの構築を行う。
(以下の参考画像をみるとわかりやすい...)

https://developers.google.com/web/fundamentals/performance/critical-rendering-path/constructing-the-object-model

</figcaption> </figure>

Tokens(トークン)

字句解析。
文字に変換しただけではブラウザエンジンでは意味を持たない為、
Tokens化を行い、HTMLタグに関する情報やルールを理解するプロセス。

いくつか記事を読んだのですが、あまり理解することができませんでした

CSSOMを構築

HTMLを解析中にCSSに遭遇したら、CSSの読み込みを開始。
解析のフローはHTMLの時と同様に行い、
HTMLと違いCSSはCSSOM ( CSS Object Model ) を構築する。

カスケードダウン

どの様にスタイルを適用していくかのルール。
対象のノードに当てはまる一般的なスタイルを適用し、
より具体的なスタイルがあれば上書きし調整する。

親要素から継承したり、個々に指定されたスタイルを適用したりする為
ツリー構造にしスタイルの決定を行う。

https://developers.google.com/web/fundamentals/performance/critical-rendering-path/constructing-the-object-model

</figcaption> </figure>

レンダリングツリーの構築

DOMとCSSOMを組み合わせ、表示可能な情報を取り込んだレンダリングツリーを構築する。
表示可能なノードを取り込むため、<head>タグやその子要素などの表示されない要素や、
CSSでdisplay:none;と指定されたノードもレンダリングの結果に影響しないため、
レンダリングツリーには含まれない。
また、visibility: hidden が適用されたノードは、スペースを確保するためにレンダリングツリーに含まれます。