22張圖詳解瀏覽器請求數(shù)據(jù)包如何到達web服務器（搞懂網(wǎng)絡可以畢業(yè)了）

瀏覽器的請求數(shù)據(jù)包如何到達web服務器？

很多讀者對于其中的完整流程不是特別的了解，下面一口君通過這22張圖，詳細的講解我們點擊瀏覽器的網(wǎng)址之后，數(shù)據(jù)包是如何經(jīng)過重重險阻到達web server的。

1. LAN網(wǎng)絡中的用戶要訪問位于遠程網(wǎng)絡中的服務器存儲的網(wǎng)頁。用戶首先激活網(wǎng)頁上的鏈接。

如果該域名對應的IP地址本地已經(jīng)緩存，就直接訪問該地址的80端口或者8080端口；如果沒有緩存，那么瀏覽器會發(fā)出DNS請求給DNS服務器，獲得該域名對應的IP地址。

獲得地址后，瀏覽器會通過socket首先向服務器發(fā)送三次握手，建立起TCP連接。

2. 瀏覽器發(fā)出HTTP Get請求。應用層添加第7層報頭，用于標識應用程序和數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)區(qū)需要按照HTTP協(xié)議填充對應數(shù)據(jù)，格式參考RFC2616。

3. 傳輸層標識上層服務是萬維網(wǎng)(WWW)客戶端。然后，傳輸層將此服務與TCP協(xié)議相關聯(lián)并分配端口號。它使用隨機選擇的與此所建回話相關聯(lián)的源端口（12345），目的端口（80）與www服務相關聯(lián)。
進行網(wǎng)絡通信的進程必須綁定一個端口號，該端口號用于區(qū)分網(wǎng)絡通信的進程。一個端口號只能被1個進程綁定。通常web服務器的端口號為80,8080。

4. TCP還發(fā)送確認號，告知www服務器期待接收的下一TCP數(shù)據(jù)短的序列號，序列號將指示此數(shù)據(jù)段在一系列相關數(shù)據(jù)段中所處的位置。此外還會根據(jù)建立會話的需要適當設置標志。該序列號非常有用，TCP要保證數(shù)據(jù)正確到達對方，并且對方要能夠讓數(shù)據(jù)有序重組，重組的依據(jù)就是這個序列號。

5. 網(wǎng)絡層構建IP數(shù)據(jù)包，以便標識源主機和目的主機。就目的地址而言，客戶端主機使用主機表中緩存的www服務器主機名關聯(lián)的IP地址。而原地址則使用本機的IPv4地址。網(wǎng)絡層還標識出此數(shù)據(jù)包中封裝的上層協(xié)議為TCP數(shù)據(jù)段。

6.數(shù)據(jù)鏈路層參照地址解析協(xié)議(ARP)緩存來確定與路由器B接口關聯(lián)的MAC地址，該接口被制定為默認網(wǎng)關。然后，它使用此地址構建以太網(wǎng)II幀，通過本地介質傳輸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. 該幀的類型字段中還使用值0800指示IPv4上層協(xié)議。該幀以前導碼和幀首（SOF）指示符開始，以幀尾幀校驗序列中用于產(chǎn)錯校驗的循環(huán)冗余校驗（CRC）結束。然后，它使用CSMA/CD來控制將幀放置到介質上的過程。

8. 物理層開始將幀逐位編碼到介質中。路由器A和服務器之間的網(wǎng)段是10Base-T網(wǎng)段；因此，對此比特編碼時使用的是曼徹斯特差分編碼。路由器B會緩沖收到的比特。

10BASE－T是雙絞線以太網(wǎng)。

9. 路由器檢查前導碼和SOF中的比特位，查找表示幀開始位置的連續(xù)兩個1的比特位。然后，路由器B開始緩存這些比特，作為重建幀的一部分。收到整個幀之后，路由器B生成幀的CRC。然后將此與幀結束位置的FCS進行對比，確定接收的幀完整無缺。當確認該幀未損壞時，再比對幀中的目的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)絡層。

10. 網(wǎng)絡層將數(shù)據(jù)包的目的IPv4地址與路由表中的路由進行比對。找到與下一跳出接口S0/0/0相關聯(lián)的符合項。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。路由器值會查看數(shù)據(jù)包的IP層信息，并根據(jù)目的IP地址來查找路由表，路由器是搭建網(wǎng)路最重要的一個設備，用來連接不同的網(wǎng)絡。

網(wǎng)絡搭建好之后，每個路由器中都要提前建立好到各個網(wǎng)段的路由。通常路由條目由動態(tài)路由協(xié)議RIP、OSPF來動態(tài)創(chuàng)建。

11.路由器B創(chuàng)建PPP幀，通過WAN傳輸數(shù)據(jù)包。PPP報頭中添加了01111110二進制標志，表示幀的開始位置。然后添加地址字段1111111,表示廣播（意思是“發(fā)送到所有站點”）。由于PPP是點對點協(xié)議，用作兩個節(jié)點之間的直接鏈路，所以此字段沒有實際意義。路由器的所有接口地址都不能處于同一網(wǎng)段，一般一個出接口連接一個獨立的網(wǎng)段。路由器和路由器之間兩個網(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。幀尾以幀校驗序列中用于差錯校驗的循環(huán)冗余校驗結束。值為01111110的二進制標志表示PPP幀的結束位置。

13. 由于兩臺路由器之間已經(jīng)建立了電路和PPP會話，因此物理層開始將幀逐位編碼到介質中。接收路由器（路由器A)會緩沖收到的比特。比特的表示類型和編碼類型取決于使用的WAN技術的類型。

14. 路由器A檢查標志中的比特，確定幀的開始位置。然后，路由器A開始緩存這些比特，作為重建幀的一部分。按照幀尾中的標志所示收到整個幀之后，路由器A生成幀的CRC。然后將此與幀結束位置的FCS進行比對，確定接收的幀完整無缺。當確認該幀未損壞時，則刪除幀頭并將數(shù)據(jù)包向上傳送到路由器A的網(wǎng)絡層。

15. 網(wǎng)絡層將數(shù)據(jù)包的目的IPv4地址與路由表中的路由進行比對。找到直接連接到接口Fa0/0的匹配項。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緩存來確定Web服務器接口關聯(lián)的MAC地址。然后，它使用此MAC地址構建以太網(wǎng)Ⅱ幀，通過本地介質將IPv4數(shù)據(jù)包傳輸?shù)椒掌?。該幀中使用路由器A的fa0/0接口的MAC地址作為源MAC地址，使用服務器的MAC地址作為目的MAC地址。該幀的類型字段中還使用值0800指示IPv4上層協(xié)議。該幀以前導碼和幀首(SOF)指示符開始，以幀尾幀校驗序列中用于差錯校驗的循環(huán)貳余校驗結束。然后，它使用CSMA/CD來控制將幀放置到介質上的過程。

CSMA/CD即載波偵聽多路訪問/沖突檢測，是廣播型信道中采用一種隨機訪問技術的競爭型訪問方法，具有多目標地址的特點。

17. 物理層開始將幀逐位編碼到介質中。路由器A和服務器之間的網(wǎng)段是100Base-T網(wǎng)段；因此，對比特編碼時使用的是4B/5B編碼。服務器會緩沖收到的比特。

18. Web服務器檢前導碼和SOF中的比特位，查找表示幀開始位置的連續(xù)兩個1的比特位。然后，服務器開始緩存這些比特，作為重建幀的一部分。收到整個幀之后，服務器生成幀的CRC。然后將此與幀結束位置的FCS進行比對，確定接收的幀完整無缺。

19. 當確認該幀未損壞時，再比對幀中的目的MAC地址與服務器網(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)絡層。

20. 網(wǎng)絡層檢查數(shù)據(jù)包的目的IPv4地址，確定目的主機。由于此地址與其自身的IPv4地址相符，因此服務器處理該數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡層標識出上層協(xié)議是TCP,并將包含的數(shù)據(jù)段傳送到傳輸層的TCP服務。

21. 服務器的傳輸層檢查TCP數(shù)據(jù)段，確定數(shù)據(jù)段中包含的數(shù)據(jù)所屬的會話。此操作通過檢查源端口和目的端口來完成。唯一的源端口和目的端口標識與Web服務器服務的現(xiàn)有會話。使用序列號按照正確的順序放置此數(shù)據(jù)段，向上發(fā)送到應用層。

前面說過一個端口只能被一個進程綁定，所以該數(shù)據(jù)只會傳送給web服務器進程，而不會被其他進程截獲。

22. 在應用層，HTTP Get請求傳送到Web服務器服務（httpd)。然后，該服務可以確定對請求做出的響應。

實際的網(wǎng)絡環(huán)境中，服務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)絡設備，比如衛(wèi)星、網(wǎng)橋、光纖等，這些設備的組網(wǎng)會更加復雜，涉及到的網(wǎng)絡協(xié)議也更多。所有這些基礎網(wǎng)絡設施都由運營商建設，造價特別的昂貴，如果沒有中興、華為大力發(fā)展網(wǎng)絡設備，我們基本不可能用如此低的價格來上網(wǎng)沖浪，也不會誕生美團、支付寶、微信、抖音這些互聯(lián)網(wǎng)公司。相信隨著5G的普及，未來會有更多的中國本土的新興互聯(lián)網(wǎng)公司。

本例雖然組網(wǎng)基礎相對簡單，但是萬變不離其宗，基本原理一致。網(wǎng)絡博大精深，在實際開發(fā)產(chǎn)品中應用非常廣泛，后面一口君還會陸續(xù)發(fā)布關于網(wǎng)絡的文章，敬請關注下方微信號。