訪問一個網頁過程中發生了什麼

前言

本文以小明在圖書館連接網線，並訪問網頁爲例，剖析TCP/IP協議棧工作原理，讓讀者瞭解這神奇的計算機網絡底層協議的作用。

獲取本機的IP【DHCP】

當小明連上網線，通過以太網接口連上了學校的交換機，而校園網其實就是一個ISP（Internet Service Provider)，提供DNS服務。
1. 小明筆記本連接網絡並沒有自己的IP，而IP是互聯網的唯一標識地址。在圖書館局域網內，小明筆記本創建了DHCP請求消息，並且封裝進UDP中，然後封裝成IP數據報:
Source IP：0.0.0.0 Des IP:255.255.255.255 【廣播專用地址】
Source port:68 Des port:67
2. IP同時也被封裝進入以太幀中，具體如下：
Sou MAC: 本地MAC Des MAC:FF:FF:FF:FF:FF:FF【廣播幀】
3. 交換機接收到廣播幀，立馬向所有輸出鏈路轉發消息
4. 局域網的路由器接收到了該幀，並對其進行解析，
frame→datagram→segment→DHCP請求Message，其中提取UDP信息屬於多路分解
5. 路由器網關爲192.168.0.1/24【192.168.x.x保留作爲局域網地址】，所以通過CIDR的分配原則，路由器決定給用戶分配192.168.0.108IP地址，這時候，DHCP ACK Message被封裝進入UDP中。
Sou:IP 192.168.0.1 Des:IP：255.255.255.255 Ack也是廣播來的噢
另外，DNS服務器的ip，網關ip，被分配的ip都是封裝到
注意，24爲子網掩碼，子網內的IP與其相與，都是得到子網的IP，即192.168.0.x
6. 交換機通過自學習的功能，把之前轉發的MAC映射表存儲起來，這時候，幀直接在交換機中轉發
7. 筆記本獲得DHCP ACK消息，在UDP中的Bootstrap Protocol，獲取了自己的IP地址，同時也知道DNS服務器的IP地址以及局域網網關的IP地址了

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獲取網關的MAC【ARP】

小明此時想瀏覽www.baidu.com網站查找點信息，小明便在瀏覽器上輸入了url【注意，沒有特別指明都是訪問http的】。鏈路層傳遞幀需要知道目標的mac地址，而現在筆記本只知道網關的IP，所以，此時會先查找得到網關的MAC地址。ARP是有時間限制的，其請求跟http請求並不是因果關係，是獨立開來的。

1. 筆記本對外發送ARP查詢消息
   Sour MAC: 本地的 DesMac:FF:FF:FF:FF:FF:FF
   Sour IP: 本地 DesIp:網關ip
   【相當於廣播，who has gateway ip?tell local ip~】
2. 網關路由器回覆ARP消息，並把其mac地址放在源mac中傳輸。當筆記本拿到消息，便自己維護ARP表。

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獲取目標IP【DNS】

1. 筆記本通過UDP封裝DNS請求消息，目標port爲 53，併發送給網關路由器。
2. 網關路由器，直接通過轉發表選擇校園網的路由器，並轉發消息，校園網的所有路由器都會解析IP信息，獲取des Ip結合自治系統內部選路以及自治系統間選路算法，來把IP數據報轉發到DNS服務器。
3. DNS服務器開始查DNS數據庫中是否有該DNS映射記錄，如果找到，則會立馬通過UDP封裝DNS reply消息，發送回局域網網關路由器。
4. 局域網網關路由器，通過NAT地址轉換技術，藉助端口，將desIp定位到小明的筆記本。
5. 筆記本收到DNS回覆消息，此時便獲取到了百度的ip地址。

目標ip爲本地DNS服務器

DNS查找路徑：
本地DNS服務器→根DNS服務器→TLD【Top-Level Domain】DNS服務器→權威【authoritative】DNS服務器
遞歸查找:一路查到底
迭代查找:返回給local DNS服務器
實際：遞歸+迭代，自己請求localDNS是遞歸查詢，但本地分別向不同DNS服務器查詢屬於迭代查詢

DNS報文信息

自治系統內部選路
RIP(Routing Information):
RIP通告報文被封裝在UDP上，使用端口520
類似DV算法，每經過一個subnet記爲1hop，選擇hop最少的路徑，每隔30s鄰居會互相告知路徑情況，超過180s 則會認爲鄰居死亡，該路徑移除。
每個路由器維繫到達鄰居的跳數信息，最大跳數限制爲15。

OSPF(Open Shortest Path First):
使用端口號89
類似LS算法，自行實現可靠信息傳輸，且實現Link-state廣播
廣播其連接狀態每30min一次，不單單向鄰居廣播

自治系統間選路
BGP（BorderGateway Protocol)
唯一使用TCP作爲傳輸層的路由協議
AS與AS之間的連接叫eBGP,AS內部連接叫iBGP,eBGP交換兩端路由器的信息，並通過iBGP告知AS內的其他路由器的信息。

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建立通信【TCP】

1. 筆記本向百度的ip發送TCP SYN請求報文，此時，數據包信息如下：
   傳輸：本地端口 目的端口：80
   網絡：本地IP 目的IP：百度的ip
   鏈路：本地mac 目的Mac:網關路由器的MAC
   seq=x;
2. 百度的服務器接收到SYN請求報文，便回覆SYN ACK，其中ack號爲SYN請求報文+1,即x+1，seq=y
3. 筆記本接收到SYN ACK，便向百度服務器發送ACK，ack=y+1,seq=x+1，握手完成，開始數據傳輸。

瀏覽網頁【HTTP】

1. 筆記本向服務器發送HTTP get的請求報文信息。
2. 服務器獲取到筆記本的HTTP的請求報文，服務器便向筆記本發送TCP ack確認報文，來告訴筆記本已經收到請求。
3. 服務器向筆記本發送HTTP response報文信息。
4. 筆記本接收到response信息，便會向服務器發送ack確認信息。
   1）http
   瀏覽器解析HTTP超文本內容，小明就看到了閃亮亮的網頁啦。
   2）https
   此時小明收到是code=302的重定向http響應報文到https:，於是，筆記本向百度服務器 443 端口請求建立TLS連接，首先經過TCP握手階段，再通過TLS握手階段，協商後再獲取相應的數據。

注：直接輸入https://網址，是會自動進行TLS連接，而不會採用普通的http協議，數據被加密在SSL上，而SSL封裝在TCP內。

TLS握手：

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總結

網頁的請求訪問，涉及了TCP/IP協議棧的各個方面，在共同的作用下，完成一次完整的會話，核心過程如下：
1. 獲取本機IP【UDP封裝DHCP】
2. 獲取網關MAC【ARP】
3. 獲取域名映射的IP地址【UDP封裝DNS】
4. 建立連接，獲取數據【TCP三次握手，TLS握手，HTTP協議】

各層所用協議：
應用層：DNS,DHCP,HTTP,RIP,OPSF,BGP
傳輸層：TCP,UDP
網絡層：IP
鏈路層：ARP