Web页面请求的历程(从应用层到链路层)

2023-10-21 18:29:58

Web页面请求的历程

前面从应用层到数据链路层都详细讲过了，现在回顾总结一下一个简单请求背后隐藏的秘密细节。下面假定一名学生bob下载web页面（www.baidu.com）如下图

Web页面请求的历程(从应用层到链路层)

1.准备：DHCP、UDP、IP和以太网

假定bob启动它的主机，然后用一根以太网电缆连接到学校的以太网交换机，交换机又与学校的路由器相连，学校的这台路由器又与一个ISP相连，本例中ISP未connect.net，它为学校提供了DNS服务，所以DNS服务器驻留在Comcast网络中而不是学校中，我们假设DHCP服务器运行在路由器中。

首先bob将主机与网络连接，因为没有ip地址他无法做任何事情，所以，bob的主机采取的一个网络相关动作是运行DHCP协议，从本地DHCP服务器获得一个IP地址以及其他信息。

  1. bob主机上的操作系统生成一个DHCP请求报文，并将这个报文放入一个具有目的端口67（DHCP服务器）和源端口68（DHCP客户）的UDP报文段，该UDP报文则被放置在一个具有广播IP目的地址（255.255.255.255）和源IP地址0.0.0.0的IP数据报中，因为此时bob主机还没IP地址。

  2. 包含DHCP请求报文的IP数据报则被放置在以太网帧中，该以太网帧具有目的MAC地址FF:FF:FF:FF:FF:FF,使该帧将广播到交换机连接的所有设备，该帧源的MAC地址是bob主机的MAC地址。

  3. 包含DHCP请求的广播以太网帧是第一个由bob主机发送到以太网交换机的帧。该交换机在所有的出端口广播入帧，包括连接到路由器的端口。

  4. 路由器在它具有MAC地址的接口接收到该广播以太网帧，该帧中含有DHCP请求，并且从该以太网帧中抽取出IP数据报。该数据报的广播IP目的地址指示了这个IP数据包应当由在该节点的高层协议处理，因此该数据报的载荷被分解，向上到达UDP,DHCP请求报文从此UDP报文段中抽取出来，此时DHCP服务器有了DHCP请求报文。

  5. 假设运行在路由器中的DHCP服务器能够以CIDR分配IP地址，所以本例中，学校的IP地址都是在Comcast的地址块中。当DHCP服务器分配IP地址给bob主机。DHCP服务器生成包含这个IP地址以及DNS服务器的IP地址、默认网关路由器的IP地址和子网块的一个DHCP ACK报文，该DHCP报文被放入一个UDP报文段中，UDP报文被放入一个IP数据报中，IP数据报再被放入一个以太网帧中，这个以太网帧的源MAC地址是路由器连到归属网络时的接口的MAC地址，目的MAC地址是bob主机的MAC地址。

  6. 包含DHCP ACK的以太网帧由路由器发送给交换机。因为交换机是自学习的，并且先前从bob主机收到以太网帧，所以该交换机知道寻址到bob主机MAC地址的帧从通向bob主机的端口转发。

  7. bob主机收到包含DHCP ACK的以太网帧，从该以太网帧中抽取IP数据包，从IP数据包中抽取出UDP报文段，从UDP报文段抽取出DHCP ACK报文，bob的DHCP客户则记录下它的IP地址和它的DNS服务器的IP地址，他还在IP转发表中安装默认网关的地址，bob主机向该默认网关发送目的地址为其子网以外的所有数据报。此时bob主机已经初始化好它所有的网络组件，并可以准备开始处理web网页获取。

2.仍在准备：DNS和ARP

当bob将www.baidu.com的URL键入其web浏览器时，它开启了一长串事件，这将导致百度主页最终显示在其web浏览器上，bob的web浏览器通过生成一个TCP套接组开始了这个过程，套接字用于向www.baidu.com发送HTTP请求，为了生成该套接字，bob主机需要知道www.baidu.com的IP地址，现在使用DNS协议提供这种名字到IP地址的转换。

  1. bob主机上的操作系统生成一个DNS查询报文，将字符串www.baidu.com放入DNS报文的问题段中，该DNS报文则放置在一个具有53号（DNS服务器）目的端口的UDP报文段中，该UDP报文段则被放入具有IP目的DNS服务器地址和源地址的IP数据报中。

  2. bob主机则将包含DNS请求报文的数据包放入一个以太网帧中，该帧将发送到bob学习网络中的网关路由器，然而，即使bob主机经过上述的DHCP ACK报文知道了学习网关路由器的IP地址，但仍不知道该网关路由器的MAC地址，为了获得该网关路由器的MAC地址，bob主机需要使用ARP协议。

  3. bob主机生成具有目的ip地址的ARP查询报文，将该ARP报文放置在一个具有广播地址（FF:FF:FF:FF:FF:FF）的以太网帧中，并向交换机发送该以太网帧，交换机将该以太网帧交付给所有连接设备，包括网关路由器。

  4. 网关路由器在通往学习网络的接口上收到包含该ARP查询报文帧，发现在ARP报文中目的IP地址匹配其接口IP地址。网关路由器因此准备一个ARP回答，指示它的MAC地址对应IP地址，它将ARP回答放在一个以太网帧其目的地址为bob主机，并向交换机发送该帧，再由交换机将帧交付给bob主机。

  5. bob主机接收包含ARP回答报文的帧。并从ARP回答报文中抽取网关路由器的MAC地址。

  6. bob主机现在能够使包含DNS查询的以太网帧寻址到网关路由器的MAC地址。现在该帧中的IP数据报具有IP目的地址（DNS服务器），而该帧具有目的地址（网关路由器）。bob主机向交换机发送该帧，交换机将该帧交付给网关路由器。

3.还是在准备：域内路由选择到DNS服务器

  1. 网关路由器接收该帧并抽取包含DNS查询的IP数据报，路由器查找该数据报的目的地址（DNS服务器），并根据其转发表决定该数据报应当发送到图中的Comcast网络中最左边的路由器，IP数据报放置在链路层帧中，该链路适合将学校路由器连接到最左边的Comcast路由器，并且将帧经这条链路转发。

  2. 在Comcast网络中最左边的路由器接收到该帧，抽取IP数据报，检测该数据报的目的地址（DNS服务器），并根据其转发表确定出接口，经过该接口朝着DNS服务器转发数据报，而转发表已根据Comcast的域内协议（如：RIP、OSPF）以及因特网的域间协议（BGP）所填写。

  3. 最终包含DNS查询的IP数据报到达了DNS服务器。DNS服务器抽取出DNS查询报文，在它的DNS数据库中查找到www.baidu.com。找到对应的IP地址的DNS源记录。该DNS服务器形成了一个包含这种主机名到IP地址映射的DNS回答报文，将该DNS回答报文放入UDP报文段中，该报文段放入寻址到BOB主机的IP数据报中，该数据报通过Comcast网络反向转发到学校路由器，并从这里经过以太网交换机到达bob主机。

  4. bob主机从DNS报文抽取出服务器www.baidu.com的IP地址，最终，bob主机此时准备接触www.baidu.com服务器。

4.Web客户-服务器交互：TCP和HTTP

  1. 现在已经有啦www.baidu.com的IP地址，它能够生成TCP套接字，该套接字将用于向www.baidu.com发送HTTP GET报文，当bob生成TCP套接字时，在bob主机中的TCP必须先与www.baidu.com中的TCP进行三次握手。bob主机因此先生成一个具有目的端口80的TCP SUN报文段，将该TCP报文段放置在具有目的IP地址www.baidu.com的IP数据报中，将该数据报放置在网关路由器的MAC地址的帧中，将向交换机发送该帧。

  2. 在学校网络、Comcast网络和百度网络中的路由器朝着www.baidu.com转发TCP SYNC的数据报，使用每台路由器中的转发表，转发表由BGP决定。

  3. 最终，白喊TCP SYNC的数据报到达www.baidu.com。从数据报抽取出TCP SYN报文并分解到与端口80相联系的套接字。对于百度HTTP服务器和bob主机之间的TCP连接生成一个连接套接字。产生一个TCP SYNACK报文段，将其放入向BOB主机寻址的一个数据报中，最后放入链路层帧中，该链路适合将www.baidu.com连接到第一跳路由器。

  4. 包含TCP SYNACK报文段的数据报通过百度、Comacast、和学习网络，最终到达bob主机的以太网啊，数据吧在操作系统中分解 到步骤18生成的TCP套接字，从而进入连接状态。

  5. 借助于bob主机上的套接字，现在终于向www.baidu.com发送字节了，bob的浏览器生成包含要获取的URL的HTTP GRT报文。HTTP GRT报文写入套接字，其中GET报文成为一个TCP报文段的载荷。该TCP报文段放置进入一个数据报中，并交付给www.baidu.com。

  6. 在www.baidu.com的HTTP服务器从TCP套接字读取HTTP GET报文，生成一个HTTP响应报文，将请求的web页放入HTTP响应体中，并将报文发送进TCP套接字中。

  7. 包含HTTP回答报文的数据报通过百度、Comcast、学校网络转发。到达bob主机，bob的web浏览器程序从套接字读取HTTP响应，从HTTP响应中抽取出WEB页面的HTML。最终显示网页。

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