当你在浏览器地址栏输入URL按下回车之后发生了什么？？？_68.87.71.226

学习了《计算机网络——自顶向下》总结一下第六章，也就是学完了应用层、运输层、网络层、链路层后的一个案例：Web页面的历程

首先，对于学习计算机网络，目前看了《图解HTTP》、《计算机网络——自顶向下》两本书，准备记录一些笔记，对于前一本《图解HTTP》里面有许多插图，而且比较简单好理解，基本只涉及了HTTP协议的一些相关内容，不过也很详细，《计算及网络——自顶向下》也是很好理解的，学习计算机网络必读书目吧

然后，自己对于网络学习还需要阅读下《TCP/IP详解》

如果总结的内容有错误，希望大家告知，一起加油！

输入URL后Web页面是如何呈现的？

为了更好的理解，我使用在《图解HTTP》中提到的来给大家一个简单的概念，这样之后我们才能更好地学习《计算机网络——自定向下》中第六章最后的案例，当然，中间涉及很多各个层次的协议，一些没办法详细介绍，会在后面的笔记中详细写出来。

• 当我们在网页浏览器的地址栏中输入URL时，Web页面时如何呈现的呢？

当然，即使我们不清楚其中的运作原理，也能看到Web页面:

• 在浏览器地址栏内输入URL（www.baidu.com）之后，信息被送往某处，然后从某处获得回复，内容就会显示在Web页面上

• Web页面当然不能凭空显示出来。根据Web浏览器地址栏中指定的URL，Web浏览器会从Web服务器获取资源（resource）等信息，从而显示出Web页面
• 像我们这种发送请求的Web浏览器（Chrome浏览器），都可以称为客户端（client）

• Web使用一种叫做HTTP的协议完成从客户端到服务器端等一系列运作流程，可以说Web是建立在HTTP协议上通信的

• HTTP属于TCP/IP协议族中的一员，TCP/IP协议族按层次分为4层：应用层、传输层、网络层、数据链路层

• 应用层：决定了向用户提供服务时通信的活动。

  • TCP/IP协议内预存了各类的应用服务，比如FTP（文件传输协议），DNS（域名解析系统）就是其中两类，HTTP协议也处于该层。

• 传输层：传输层对上层应用层，提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。

  • TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）

• 网络层：网络层用来处理网络上李东的数据包，数据包是网络传输层的最小数据单元，该层规定了通过怎样的路径（传输路线）到达对方计算机，并把数据包传送给对方。

  • 与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备传输时，网络层所起的作用就是在众多的选项中选择一条传输路线。

• 链路层：用来处理连接网络的硬件部分。

  • 包括操作系统、硬件的设备驱动、NIC（网卡）及光纤等。

• 利用TCP/IP协议族进行网络通信时，会通过分层顺序与对方进行通信。发送端从应用层往下走，接收端则从链路层往上走：

• 发送端在层与层之间传输数据时，没经过一层时必定会被打上一个该层所属的首部信息。反之，接收端在层与层传输数据时，每经过一层时会把对应的首部消去：

• 好了，接下来我们去总结下沿协议栈向下的旅程！我们想象一个场景：一名学生Bob将他的便携机与学校的以太网交换机相连，下载一个Web页面（比如说www.google.com主页），为满足这个看起来简单的请求，背后隐藏了许多细节。

一、准备：DHCP、UDP、IP和以太网

• 场景：

我们假定Bob启动它的便携机，然后用其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连接（comcast.net），ISP为学校提供了DNS服务（DNS服务器驻留在Comcast网络中而不是学校中）

当Bob首先将其便携机与网络连接时，没有IP地址就不能做任何事情，所以采取一个网络相关的动作：运行DHCP协议（动态主机配置协议），从本地DHCP服务器获得一个IP地址以及其其他信息。

（1） Bob便携机上的操作系统生成一个DHCP请求报文，并将这个报文放入具有目的端口67（DHCP服务器）和源端口68（DHCP客户）的UDP报文段，该UDP报文段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Bob的便携机还没有一个IP地址。

（上图是DHCP协议的4个步骤，仅有最后两个DHCP步骤是实际必要的）

1. DHCP服务器发现：客户发送DHCP发现报文。
2. DHCP服务器提供：DHCP服务器接收到客户发送的DHCP发送报文，并发出DHCP提供报文。
3. DHCP请求：选择服务器向其发送DHCP请求报文进行响应，回显配置参数。
4. DHCP ACK：服务器用DHCP ACK报文，对DHCP请求报文进行相应，证实所要求的的参数。

（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，该帧的源MAC地址是Bob便携机的MAC地址（00:16:D3:23:68:8A）

（3）包含DHCP请求的广播以太网帧是第一个由Bob便携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）路由器在它的具有MAC地址（00:22:6B:45:1F:1B）的接口接收到该广播以太网帧，该帧中包含DHCP请求，并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数据报应当在该节点的高层协议处理，因此该数据包的载荷（一个UDP报文段）被分解，向上到达UDP，DHCP请求报文从此UDP报文中抽取出来，此时DHCP服务器有了DHCP请求报文。

（5）我们假设运行在路由器中的DHCP服务器能够以CIDR（无类别域间路由选择）块68.85.2.0/24分配IP地址，在学校内使用的所有IP地址都在Comcast的地址块中。我们假设DHCP服务器分配地址（68.85.2.101）给Bob便携机，DHCP服务器生成这个IP地址（68.85.2.101）、DNS服务器的IP地址（68.87.71.226）、默认网关路由器的IP（68.85.2.1）、子网块（68.85.2.0/24）的一个DHCP ACK报文。该DHCP报文被放入一个UDP报文段中，UDP报文段中放入一个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接口的MAC地址（00:22:6B:45:1F:1B），目的MAC地址是Bob便携机的MAC地址（00:16:D3:23:68:8A）

（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便携机接收到（包含DHCP请求的）以太网帧，所以该交换机知道寻址到00:16:D3:23:68:8A的帧仅从通向Bob便携机的输出端口转发。

（7）Bob便携机接收到包含DHCP ACK的以太网帧，从该以太网帧中抽取出IP数据报，从IP数据报中抽取出UDP报文段，从UDP报文段中抽取出DHCP ACK报文。Bob的DHCP客户则记录下它的IP地址（68.85.2.101）和它的DNS服务器的IP地址（68.87.71.226）。它还在其IP转发表中安装默认网关地址（68.85.2.1）。Bob便携机将向该默认网关发送目的地址为其子网（68.85.2.0/24）以外的所有数据报。

此时，Bob便携机已经初始化好了它的网络组件，并准备开始处理Web页面获取。

二、仍在准备：DNS和ARP

当Bob将www.google.com的URL键入其Web浏览器时，它开启了一长串事件，这将导致谷歌主页最终显示在其Web浏览器上。

Bob的Web浏览器通过生成一个TCP套接字开始了该过程，套接字（Socket）用于向www.google.com发送HTTP请求。为了生成该套接字，Bob便携机将需要知道www.google.com的IP地址，此时需要使用DNS协议提供这种名字（www.google.com）到IP地址（64.233.169.105）的转换服务。

（8）Bob便携机上的操作系统因此生成一个DNS查询报文，将字符串www.google.com放入DNS报文的问题段中。该DNS报文段放置在一个具有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目的地址（68.87.71.226=>DNS服务器IP地址）和源IP地址（68.85.2.101=>Bob便携机IP地址）的IP数据报中。

（9）Bob便携机则将包含DNS请求报文的数据报放入一个以太网帧中。该帧将发送（在链路层寻址）到Bob学校网络中的网关路由器。然而，即使Bob便携机经过上述第（5）步中的DHCP ACK报文知道了学校网关路由器的IP地址（68.85.2.1），但仍然不知道该网关路由器的MAC地址（00:22:6B:45:1F:1B）。为了获取该路由网关的MAC地址，Bob便携机需要使用ARP协议。

ARP协议：地址解析协议，该协议提供了将IP地址转换为链路层地址（MAC地址）的机制。

（10）Bob便携机生成一个具有目的IP地址（68.85.2.1=>默认网关的IP地址）的ARP查询报文，将该ARP报文放置在一个具有广播目的地址（FF:FF:FF:FF:FF:FF）的以太网帧中，并向交换机发送该以太网帧，交换机将该帧交付给所有连接的设备，包括网关路由器。

（11）网关路由器在通往学校网络的接口上接收到包含该ARP查询报文的帧，发现报文中的目标IP地址（68.85.2.1）匹配其接口的IP地址。网关路由器因此准备一个ARP回答，指示它的MAC地址（00:22:6B:45:1F:1B）对应IP地址（68.85.2.1）。它将ARP回答放在一个以太网帧中，其目的地址为（00:16:D3:23:68:8A=>Bob便携机的MAC地址），并向交换机发送该帧，再由交换机将该帧交付给Bob便携机。

（12）Bob便携机接收包含该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（00:22:6B:45:1F:1B）。

（13）Bob便携机现在（最终！！）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。注意到该帧中的IP数据报具有目的地址（68.87.71.226=>DNS服务器IP地址），而该帧具有目的地址（00:22:6B:45:1F:1B=>网关路由器）。Bob便携机向交换机发送该帧，交换机将该帧交付给网关路由器。

三、仍在准备：域内路由选择到DNS服务器

（14）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（68.87.71.226=>DNS服务器IP地址），并根据其转发表决定该数据报应当发送到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Comcast路由器，并且该帧经过这条链路发送。

（15）在Comcast网络中最左边的路由器接收到该帧，抽取IP数据报，检查该数据报的目的地址（68.87.71.226=>DNS服务器IP地址），并根据其转发表确定出接口，经过该接口朝着DNS服务器转发该数据报，而转发表已根据Comcast域内协议（如RIP。OSPF或IS-IS）以及因特网的域间协议BGP所填写。

（16）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数据库中查找名字（www.google.com），找到包含对应www.google.com的IP地址（64.233.169.105）的DNS源记录。（假设它当前缓存在DNS服务器中）前面讲过这种缓存数据源于google.com的权威DNS服务器。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便携机（68.85.2.101）的IP数据报中。该数据报将通过Comcast网络反向转发到学校的路由器，并从这里经过以太网交换机到Bob便携机。

（17）Bob便携机从DNS报文中抽取出服务器www.google.com的IP地址（64.233.169.105）。最终，在大量的工作后，Bob便携机此时准备接触www.google.com服务器！！！

四、Web客户—服务器交互：TCP和HTTP

（18）既然Bob便携机有了www.google.com的IP地址（64.233.169.105），它能够生成TCP套接字，该套接字将用于向www.google.com发送HTTP GET报文。当Bob生成TCP套接字时，在Bob便携机的TCP必须首先与www.google.com的TCP执行三次握手。Bob便携机因此首先生成一个具有目的端口80（针对HTTP的）TCP SYN报文段，将该TCP报文段放置在具有目的IP地址(64.233.169.105，www.google.com)的IP数据报中，将数据报放置在MAC地址为（00:22:6B:45:1F:1B=>网关路由器）的帧中，并向交换机发送该帧。

（19）在学校网络、Comcast网络、谷歌网络中的路由器朝着www.google.com转发包含TCP SYN的数据报，使用每台路由器中的转发表，如前面步骤（14）~（16）那样。前面讲过支配分组经Comcast和谷歌网络之间域间链路转发的路由器转发表表项，是由BGP协议决定的。

（20）最终，包含TCP SYN的数据报到达www.google.com。从数据报抽取出TCP SYN报文并分解到与端口80相联系的欢迎套接字。对于谷歌HTTP服务器和Bob便携机之间的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便携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.google.com，连接到第一跳路由器。

（21）包含TCP SYNACK报文段的数据报通过谷歌、Comcast、学校网络，最终到达Bob便携机的以太网卡。数据报在操作系统中分解步骤（18）生成的TCP套接字，从而进入连接状态。

（22）借助Bob便携机上的套接字，现在（终于！）准备向www.google.com发送字节了，Bob浏览器生成要获取的URL的HTTP GET报文。HTTP GET报文则写入套接字，其中GET报文成为了一个TCP报文段的载荷。该TCP报文段放置进一个数据报中，并交付到www.google.com，如前面步骤（18）~（20）。

（23）在www.google.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页面内容放入HTTP响应体中，并将报文发送进TCP套接字中。

（24）包含HTTP回答报文的数据通过谷歌、Comcast、学校网络转发，到达Bob便携机。Bob的Web浏览器程序从套接字读取HTTP响应，从HTTP响应体从抽取Web网页的html，并最终（终于！！！！！）显示了Web网页。

这是综合、完整的例子，更关注“怎么做”而不是“为什么做”，其中许多概念没有详细介绍，但却能对网络请求有一个完整的认识。