2020
瀏覽器的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包如何到達(dá)web服務(wù)器？
很多讀者對(duì)于其中的完整流程不是特別的了解，下面一口君通過(guò)這22張圖，詳細(xì)的講解我們點(diǎn)擊瀏覽器的網(wǎng)址之后，數(shù)據(jù)包是如何經(jīng)過(guò)重重險(xiǎn)阻到達(dá)web server的。
1. LAN網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)要訪問(wèn)位于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器存儲(chǔ)的網(wǎng)頁(yè)。用戶(hù)首先激活網(wǎng)頁(yè)上的鏈接。
如果該域名對(duì)應(yīng)的IP地址本地已經(jīng)緩存，就直接訪問(wèn)該地址的80端口或者8080端口；如果沒(méi)有緩存，那么瀏覽器會(huì)發(fā)出DNS請(qǐng)求給DNS服務(wù)器，獲得該域名對(duì)應(yīng)的IP地址。
獲得地址后，瀏覽器會(huì)通過(guò)socket首先向服務(wù)器發(fā)送三次握手，建立起TCP連接。
2. 瀏覽器發(fā)出HTTP Get請(qǐng)求。應(yīng)用層添加第7層報(bào)頭，用于標(biāo)識(shí)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)類(lèi)型。
數(shù)據(jù)區(qū)需要按照HTTP協(xié)議填充對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，格式參考RFC2616。
3. 傳輸層標(biāo)識(shí)上層服務(wù)是萬(wàn)維網(wǎng)(WWW)客戶(hù)端。然后，傳輸層將此服務(wù)與TCP協(xié)議相關(guān)聯(lián)并分配端口號(hào)。它使用隨機(jī)選擇的與此所建回話相關(guān)聯(lián)的源端口（12345），目的端口（80）與www服務(wù)相關(guān)聯(lián)。
進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的進(jìn)程必須綁定一個(gè)端口號(hào)，該端口號(hào)用于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)通信的進(jìn)程。一個(gè)端口號(hào)只能被1個(gè)進(jìn)程綁定。
通常web服務(wù)器的端口號(hào)為80,8080。
4. TCP還發(fā)送確認(rèn)號(hào)，告知www服務(wù)器期待接收的下一TCP數(shù)據(jù)短的序列號(hào)，序列號(hào)將指示此數(shù)據(jù)段在一系列相關(guān)數(shù)據(jù)段中所處的位置。此外還會(huì)根據(jù)建立會(huì)話的需要適當(dāng)設(shè)置標(biāo)志。
該序列號(hào)非常有用，TCP要保證數(shù)據(jù)正確到達(dá)對(duì)方，并且對(duì)方要能夠讓數(shù)據(jù)有序重組，重組的依據(jù)就是這個(gè)序列號(hào)。
5. 網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)建IP數(shù)據(jù)包，以便標(biāo)識(shí)源主機(jī)和目的主機(jī)。就目的地址而言，客戶(hù)端主機(jī)使用主機(jī)表中緩存的www服務(wù)器主機(jī)名關(guān)聯(lián)的IP地址。而原地址則使用本機(jī)的IPv4地址。網(wǎng)絡(luò)層還標(biāo)識(shí)出此數(shù)據(jù)包中封裝的上層協(xié)議為T(mén)CP數(shù)據(jù)段。
6.數(shù)據(jù)鏈路層參照地址解析協(xié)議(ARP)緩存來(lái)確定與路由器B接口關(guān)聯(lián)的MAC地址，該接口被制定為默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。然后，它使用此地址構(gòu)建以太網(wǎng)II幀，通過(guò)本地介質(zhì)傳輸IPv4數(shù)據(jù)包。該幀中使用筆記本電腦的MAC地址作為源MAC地址，使用路由器B的Fa0/0接口的MAC地址作為目的MAC地址。
7. 該幀的類(lèi)型字段中還使用值0800指示IPv4上層協(xié)議。該幀以前導(dǎo)碼和幀首（SOF）指示符開(kāi)始，以幀尾幀校驗(yàn)序列中用于產(chǎn)錯(cuò)校驗(yàn)的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）結(jié)束。然后，它使用CSMA/CD來(lái)控制將幀放置到介質(zhì)上的過(guò)程。
8. 物理層開(kāi)始將幀逐位編碼到介質(zhì)中。路由器A和服務(wù)器之間的網(wǎng)段是10Base-T網(wǎng)段；因此，對(duì)此比特編碼時(shí)使用的是曼徹斯特差分編碼。路由器B會(huì)緩沖收到的比特。
10BASE－T是雙絞線以太網(wǎng)。
9.路由器檢查前導(dǎo)碼和SOF中的比特位，查找表示幀開(kāi)始位置的連續(xù)兩個(gè)1的比特位。然后，路由器B開(kāi)始緩存這些比特，作為重建幀的一部分。收到整個(gè)幀之后，路由器B生成幀的CRC。然后將此與幀結(jié)束位置的FCS進(jìn)行對(duì)比，確定接收的幀完整無(wú)缺。當(dāng)確認(rèn)該幀未損壞時(shí)，再比對(duì)幀中的目的MAC地址和接口（Fa0/0）的MAC地址。如果二者相符，則刪除幀頭并將數(shù)據(jù)包向上傳送到網(wǎng)絡(luò)層。
10. 網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)包的目的IPv4地址與路由表中的路由進(jìn)行比對(duì)。找到與下一跳出接口S0/0/0相關(guān)聯(lián)的符合項(xiàng)。然后將路由器B中的數(shù)據(jù)包傳送到S0/0/0接口的電路。
路由器值會(huì)查看數(shù)據(jù)包的IP層信息，并根據(jù)目的IP地址來(lái)查找路由表，路由器是搭建網(wǎng)路最重要的一個(gè)設(shè)備，用來(lái)連接不同的網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)搭建好之后，每個(gè)路由器中都要提前建立好到各個(gè)網(wǎng)段的路由。通常路由條目由動(dòng)態(tài)路由協(xié)議RIP、OSPF來(lái)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建。
11.路由器B創(chuàng)建PPP幀，通過(guò)WAN傳輸數(shù)據(jù)包。PPP報(bào)頭中添加了01111110二進(jìn)制標(biāo)志，表示幀的開(kāi)始位置。然后添加地址字段1111111,表示廣播（意思是“發(fā)送到所有站點(diǎn)”）。由于PPP是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，用作兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的直接鏈路，所以此字段沒(méi)有實(shí)際意義。
路由器的所有接口地址都不能處于同一網(wǎng)段，一般一個(gè)出接口連接一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段。
路由器和路由器之間兩個(gè)網(wǎng)口傳輸數(shù)據(jù)一般用PPP協(xié)議。
12. 此外還包括值為0021(十六進(jìn)制）的協(xié)議字段，表示封裝的是IPv4數(shù)據(jù)包。幀尾以幀校驗(yàn)序列中用于差錯(cuò)校驗(yàn)的循環(huán)冗余校驗(yàn)結(jié)束。值為01111110的二進(jìn)制標(biāo)志表示PPP幀的結(jié)束位置。
13. 由于兩臺(tái)路由器之間已經(jīng)建立了電路和PPP會(huì)話，因此物理層開(kāi)始將幀逐位編碼到介質(zhì)中。接收路由器（路由器A)會(huì)緩沖收到的比特。比特的表示類(lèi)型和編碼類(lèi)型取決于使用的WAN技術(shù)的類(lèi)型。
14.路由器A檢查標(biāo)志中的比特，確定幀的開(kāi)始位置。然后，路由器A開(kāi)始緩存這些比特，作為重建幀的一部分。按照幀尾中的標(biāo)志所示收到整個(gè)幀之后，路由器A生成幀的CRC。然后將此與幀結(jié)束位置的FCS進(jìn)行比對(duì)，確定接收的幀完整無(wú)缺。當(dāng)確認(rèn)該幀未損壞時(shí)，則刪除幀頭并將數(shù)據(jù)包向上傳送到路由器A的網(wǎng)絡(luò)層。
15. 網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)包的目的IPv4地址與路由表中的路由進(jìn)行比對(duì)。找到直接連接到接口Fa0/0的匹配項(xiàng)。然后，將路由器A中的數(shù)據(jù)包傳送到Fa0/0接口的電路。
16.數(shù)據(jù)鏈路層參照路由器A的ARP緩存來(lái)確定Web服務(wù)器接口關(guān)聯(lián)的MAC地址。然后，它使用此MAC地址構(gòu)建以太網(wǎng)Ⅱ幀，通過(guò)本地介質(zhì)將IPv4數(shù)據(jù)包傳輸?shù)椒?wù)器。該幀中使用路由器A的fa0/0接口的MAC地址作為源MAC地址，使用服務(wù)器的MAC地址作為目的MAC地址。該幀的類(lèi)型字段中還使用值0800指示IPv4上層協(xié)議。該幀以前導(dǎo)碼和幀首(SOF)指示符開(kāi)始，以幀尾幀校驗(yàn)序列中用于差錯(cuò)校驗(yàn)的循環(huán)貳余校驗(yàn)結(jié)束。然后，它使用CSMA/CD來(lái)控制將幀放置到介質(zhì)上的過(guò)程。
CSMA/CD即載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)，是廣播型信道中采用一種隨機(jī)訪問(wèn)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)型訪問(wèn)方法，具有多目標(biāo)地址的特點(diǎn)。
17. 物理層開(kāi)始將幀逐位編碼到介質(zhì)中。路由器A和服務(wù)器之間的網(wǎng)段是100Base-T網(wǎng)段；因此，對(duì)比特編碼時(shí)使用的是4B/5B編碼。服務(wù)器會(huì)緩沖收到的比特。
18. Web服務(wù)器檢前導(dǎo)碼和SOF中的比特位，查找表示幀開(kāi)始位置的連續(xù)兩個(gè)1的比特位。然后，服務(wù)器開(kāi)始緩存這些比特，作為重建幀的一部分。收到整個(gè)幀之后，服務(wù)器生成幀的CRC。然后將此與幀結(jié)束位置的FCS進(jìn)行比對(duì)，確定接收的幀完整無(wú)缺。
19. 當(dāng)確認(rèn)該幀未損壞時(shí)，再比對(duì)幀中的目的MAC地址與服務(wù)器網(wǎng)卡的MAC地址。如果二者相符，則刪除幀頭并將數(shù)據(jù)包向上傳送到網(wǎng)絡(luò)層。
20. 網(wǎng)絡(luò)層檢查數(shù)據(jù)包的目的IPv4地址，確定目的主機(jī)。由于此地址與其自身的IPv4地址相符，因此服務(wù)器處理該數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)識(shí)出上層協(xié)議是TCP,并將包含的數(shù)據(jù)段傳送到傳輸層的TCP服務(wù)。
21. 服務(wù)器的傳輸層檢查T(mén)CP數(shù)據(jù)段，確定數(shù)據(jù)段中包含的數(shù)據(jù)所屬的會(huì)話。此操作通過(guò)檢查源端口和目的端口來(lái)完成。唯一的源端口和目的端口標(biāo)識(shí)與Web服務(wù)器服務(wù)的現(xiàn)有會(huì)話。使用序列號(hào)按照正確的順序放置此數(shù)據(jù)段，向上發(fā)送到應(yīng)用層。
前面說(shuō)過(guò)一個(gè)端口只能被一個(gè)進(jìn)程綁定，所以該數(shù)據(jù)只會(huì)傳送給web服務(wù)器進(jìn)程，而不會(huì)被其他進(jìn)程截獲。
22. 在應(yīng)用層，HTTP Get請(qǐng)求傳送到Web服務(wù)器服務(wù)（httpd)。然后，該服務(wù)可以確定對(duì)請(qǐng)求做出的響應(yīng)。
實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，服務(wù)器直接連接的路由器A和本地路由器B之間可能連接了非常多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，比如衛(wèi)星、網(wǎng)橋、光纖等，這些設(shè)備的組網(wǎng)會(huì)更加復(fù)雜，涉及到的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也更多。所有這些基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施都由運(yùn)營(yíng)商建設(shè)，造價(jià)特別的昂貴，如果沒(méi)有中興、華為大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，我們基本不可能用如此低的價(jià)格來(lái)上網(wǎng)沖浪，也不會(huì)誕生美團(tuán)、支付寶、微信、抖音這些互聯(lián)網(wǎng)公司。相信隨著5G的普及，未來(lái)會(huì)有更多的中國(guó)本土的新興互聯(lián)網(wǎng)公司。
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