在浏览器内输入www.google.com会发生什么？

这是一道经典的面试题，细节可以参考《计算机网络：自顶向下》的 5.7 部分。

简单总结一下：

首先得到本机的 IP：

• 操作系统生成一个 DHCP 请求报文，该请求报文被放到 UDP 报文段中，然后再放到 IP 数据报中，再放到以太网帧中。
• 以太网帧的目的 MAC 地址为 FF:FF:FF:FF:FF:FF ，可以广播到和交换机连接的所有设备。
• 路由器接收到该广播帧，并从中抽取 IP 数据报，再从中抽出 UDP 报文段，最后得到 DHCP 请求报文，至此，DHCP 服务器得到了 DHCP 请求报文。
• DHCP 服务器分配了一个 IP 地址，生成包含该 IP 地址以及 DNS 服务器 IP 地址、默认网关路由器的 IP 地址和子网块（网络掩码）的一个 DHCP ACK 报文。该 DHCP 报文被放到一个 UDP 报文段中，再放到 IP 数据报，再放到以太网帧中，帧的目的 MAC 地址是我们本机的 MAC 地址。
• 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，之前从本机收到过以太网帧，因此此时只会讲以太网帧转发给本机所在的输出端口。
• 本机收到包含 DHCP ACK 的以太网帧，从中抽取 IP 数据报，抽出 UDP 报文段，抽出 DHCP ACK 报文。本机的 DHCP 客户记录下得到的 IP 地址以及 DNS 服务器的 IP 地址，并且在 IP 转发表中安装默认网关的地址。
• 至此，本机 IP 地址已经得到，网络组件的准备工作完成。

开始键入 URL：

• 首先 Web 浏览器生成一个 TCP 套接字，该套接字被用来向 www.google.com 发送 HTTP 请求，为了生成该套接字，需要知道 www.google.com 的 IP 地址，此时需要使用到 DNS 协议来讲域名转换为 IP 地址。
• 本机首先产生一个 DNS 查询报文，将字符串 www.google.com 放到 DNS 报文的问题段中，然后再放到 UDP 报文段中，再放到 IP 数据报中，再放到以太网帧中。
• 该帧发送给网络中的网关路由器（在链路层进行寻址），但是此时只知道网关路由器的 IP 地址，还不知道其 MAC 地址，此时需要使用 ARP 协议。
• 本机生成一个 ARP 查询报文，其目的 IP 为网关路由器 IP，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，交换机将该帧发送给所有的设备，其中包括网关路由器。
• 网关路由器接收到包含该 ARP 查询报文的帧，发现该报文中的目标 IP 地址是和其接口的 IP 地址是相匹配的，此时网关路由器便准备一个 ARP 回答，其中包含了其对应的 MAC 地址，该 ARP 回答也放在一个以太网帧中，目的 MAC 地址为本机。该帧由由网关路由器向交换机发送，交换机再向本机发送。
• 本机收到 ARP 回答报文的帧，从中抽取出网关路由器的 MAC 地址。
• 此时得到了网关路由器的 MAC 地址，本机可以将包含 DNS 查询的以太网帧顺利地发送给网关路由器，需要注意的是，此时该帧中的 IP 数据报里的 IP 目的地址是 DNS 服务器的 IP 地址，而该帧具有的目的 MAC 地址为网关路由器的 MAC 地址。本机向交换机发送该帧，交换机将该帧交付给网关路由器。
• 网关路由器接收到该帧，从中抽取出包含 DNS 查询的 IP 数据报，路由器查找该数据报的目的地址，并根据其转发表来转发该数据报。
• 路由器接收到该帧后，抽取 IP 数据报，检查该数据报的目的地址，根据其转发表确定出接口，经过出接口向 DNS 服务器转发数据报，其中转发表根据域内协议（如 RIP，OSPF 或 IS-IS）以及 因特网的域间协议 BGP 所填写。
• 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，在其 DNS 数据库中查找名字 www.google.com，找到其对应的 IP 地址的 DNS 源记录。然后 DNS 服务器形成一个包含这种主机名到 IP 地址映射的 DNS 回答报文，将该 DNS 回答报文放到 UDP 报文段中，再放到 IP 数据报中，反向转发回学校的路由器，再通过以太网交换机回到本机。
• 此时本机从 DNS 报文中抽取 www.google.com 对应的 IP 地址。

Web 客户-服务器交互：

• 此时本机已经有了 www.google.com 的 IP 地址，便可以生成 TCP 套接字，该套接字用来向 www.google.com 发送 HTTP GET 报文。本机生成 TCP 套接字时，本机的 TCP 必须首先与 www.google.com 中的 TCP 执行三次握手。
• 本机首先生成一个目的端口为 80 （HTTP）的 TCP SYN 报文段，该 TCP 报文段放到 IP 数据报中，再放到目标 MAC 地址为网关路由器 MAC 地址的帧中，向交换机发送该帧。
• 网络中的路由器将该帧向 www.google.com 转发，最终，包含 TCP SYN 的数据报到达 www.google.com，从数据报中抽出 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 服务器和本机之间的 TCP 连接生成一个连接套接字，产生一个 TCP SYNACK 报文段，并将其放入数据报中，再放入链路层帧中。
• 包含 TCP SYNACK 报文段的数据报通过网络最终到达本机的以太网卡，数据报在操作系统中分解得到 TCP 套接字，从而进入连接状态。
• 借助于本机上的套接字，现在可以向 www.google.com 发送字节了！本机的浏览器生成包含要获取的 URL 的 HTTP GET 报文。HTTP GET 报文则写入套接字，其中 GET 报文成为一个 TCP 报文段的载荷，该 TCP 报文段放置到一个数据报中，并交给 www.google.com，过程与前面类似，不再赘述。
• www.google.com 的 HTTP 服务器从 TCP 套接字中读取到 HTTP GET 报文，生成一个 HTTP 响应报文，将请求的 Web 页内容放入 HTTP 响应体中，并将报文发送到 TCP 套接字中。
• 包含 HTTP 响应报文的数据报通过网络转发到本机，本机的 Web 浏览器从套接字中读取 HTTP 响应，从 HTTP 响应中抽取 Web 网页的 html，最终可以显示 Web 网页！！