【计算机网络】Web请求页面全过程分析

场景描述

日常生活中，我们经常会有这样的场景：你拿着自己的电脑和网线去连接学校的某台电脑来进行上网。当你通过网线将自己的电脑和学校的电脑连接之后，就可以开始上网，比如访问某个网站并得到网站内容。
这个看似简单的过程，内部其实经历了很多计算机网络之间的数据传送和协议传递。接下来对这个过程进行分析。

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DHCP配置主机信息

我们为什么要通过连接网线来上网？目的就是将自己的pc接入某个以太网中然后进行连接网络。连接网线之后通过哪些工作来接入以太网呢？
这时候，需要给你的pc分配一个可以进行网络请求的ip地址，默认网关ip地址，子网关等相关信息。想要获取这些信息，就需要通过DHCP协议来获取。

1. 这时，你的pc会生成一个DHCP请求报文，这个报文会放入包含有目的端口67和源端口68的UDP报文中，其中目的端口中存放的信息即为DHCP服务器，源端口中存放的信息即为DHCP客户端；
2. UDP报文又会被放入IP数据报中，因为你现在并不知道给你分配的IP地址，所以IP数据报中的目的IP为广播目的IP地址（255.255.255.255），源IP地址为（0.0.0.0）；
3. IP数据报又会放入以太网帧中，以太网帧中的目的MAC地址即为广播IP地址对应的MAC地址(FF:FF:FF:FF:FF:FF)，源MAC地址即为你的pc对应的MAC地址;
4. 这时以太网帧发送给以太网交换机的帧来处理，交换机会在与其连接的所有出端口进行广播，这时与其连接的路由器也会受到这个以太网帧；路由器在它的MAC地址（假设为00:226B:45:1F:1B）的接口收到该帧后，会从中抽取出IP数据报，从而得到UDP报文段中的信息；
5. 路由器会将这个信息转交给DHCP服务器，DHCP根据请求报文段就会生成IP地址，DNS服务器IP地址，子网掩码IP以及默认网关的IP地址，并将这些信息封装为确认报文段，并放入UDP报文段进而放入IP数据报；
6. 生成数据报之后路由器会将这个数据报再次放入以太网帧中，此时的目的MAC地址为你的pc对应的IP地址，源MAC地址为路由器连接到归属网络时的MAC地址（00:226B:45:1F:1B）；路由器将数据报交给交换机，因为交换机具有自学习能力，它知道能够将信息返回到你的pc端，必须从pc发送请求报文时源MAC地址对应的端口输出，所以它会将数据报从这个端口直接传送回你的pc；
7. pc获得确认数据报之后，会从中一步步抽取报文段，也就得到了分配给pc的ip地址等信息。

DNS解析域名

现在，相当于连接网线成功，现在可以开始上网了，也就是可以进行网络请求了。
这时，你在浏览器的地址栏输入了一串网址，假设为www.baidu.com.
想要成功访问百度页面，就必须知道百度网站对应的ip地址，所以，现在需要用DNS协议来解析域名。
为了得到目标网站的ip地址，会生成一个DNS请求报文，其中包含了你想要访问的网址信息，并放入端口为53的UDP报文段；UDP报文又会放入IP数据报，IP数据报的目的IP地址即为DNS服务器的IP地址，源IP即为之前分配的IP地址，这时还需要默认网关的MAC地址，但是现在只知道默认网关的IP地址，并不知道MAC地址，所以这时又需要进行一个IP地址解析，需要用到ARP地址解析协议。

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ARP解析默认网关的MAC地址

同理，这时会生成一个ARP请求报文，其中包含了默认网关的IP地址，并放入UDP报文段，进而进入IP数据报，IP数据报又会进入以太网帧，以太网帧中的目的MAC地址为广播目的MAC地址，交换机会对该帧进行广播，进而网关路由器会收到该帧，网关路由器会从该帧中不断抽取出ARP请求报文的信息，从而找到默认网关IP地址对应的MAC地址，并将这个地址和网关IP地址封装成确认报文并返回给PC。

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此时，PC已经得到了默认网关对应的MAC地址，所以可以继续进行DNS解析域名的工作了，这时会将得到的MAC地址一并放入IP数据报中，并进入以太网帧，交换机会将其交给默认网关路由器，路由器会根据路由选择和转发的信息将以太网帧交给下一跳路由器，这个路由器将该帧交送给DNS服务器，这时，DNS服务器会从该帧中抽取出IP数据报，进而获取到DNS的请求信息，这时DNS服务器会找到域名对应的IP地址并将其封装成确认报文，然后放到IP数据报再返回给PC。

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HTTP请求页面

现在PC已经获得了目标网站的IP地址，然后就可以通过TCP生成一个套接字，该套接字用于向HTTP服务器发送HTTP GET请求。
在生成套接字之前，客户端的TCP需要与服务端的TCP进行三次握手建立连接，在第三次握手之后，便可以生成一个TCP套接字。
连接建立之后，浏览器会生成一个HTTP GET请求报文，并且发送请求到HTTP服务器。
HTTP服务器接收到套接字后，会从中读取出HTTP GET请求，并根据请求将响应的Web页面内容放入响应体中一并返回给客户端。
客户端获得了Web页面的内容后，会根据内容将其渲染在页面上，这时也就有了我们期望看到的页面内容了。

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总结

以上的四个主要过程，其中涉及到了一个协议栈自顶向下传送的过程，即在每一个过程中都使用到了不同的协议，其中进行的数据交换也是比较复杂的，而作为用户的我们是完全看不到，察觉不到这些变化的，所以计算机网络体系结构还是十分强大的，能够为我们提供这么方便的传送服务。