瀏覽器的請求數據包如何到達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址之后,數據包是如何經過重重險阻到達web server的。
1. LAN網絡中的用戶要訪問位于遠程網絡中的服務器存儲的網頁。用戶首先激活網頁上的鏈接。
如果該域名對應的IP地址本地已經緩存,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據類型。
數據區(qū)需要按照HTTP協(xié)議填充對應數據,格式參考RFC2616。
3. 傳輸層標識上層服務是萬維網(WWW)客戶端。然后,傳輸層將此服務與TCP協(xié)議相關聯并分配端口號。它使用隨機選擇的與此所建回話相關聯的源端口(12345),目的端口(80)與www服務相關聯。
進行網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數據短的序列號,序列號將指示此數據段在一系列相關數據段中所處的位置。此外還會根據建立會話的需要適當設置標志。
該序列號非常有用,TCP要保證數據正確到達對方,并且對方要能夠讓數據有序重組,重組的依據就是這個序列號。
5. 網絡層構建IP數據包,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服務器主機名關聯的IP地址。而原地址則使用本機的IPv4地址。網絡層還標識出此數據包中封裝的上層協(xié)議為TCP數據段。
6.數據鏈路層參照地址解析協(xié)議(ARP)緩存來確定與路由器B接口關聯的MAC地址,該接口被制定為默認網關。然后,它使用此地址構建以太網II幀,通過本地介質傳輸IPv4數據包。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和服務器之間的網段是10Base-T網段;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。
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,則刪除幀頭并將數據包向上傳送到網絡層。
10. 網絡層將數據包的目的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相關聯的符合項。然后將路由器B中的數據包傳送到S0/0/0接口的電路。
路由器值會查看數據包的IP層信息,并根據目的IP地址來查找路由表,路由器是搭建網路最重要的一個設備,用來連接不同的網絡。
網絡搭建好之后,每個路由器中都要提前建立好到各個網段的路由。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傳輸數據包。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段,一般一個出接口連接一個獨立的網段。
路由器和路由器之間兩個網口傳輸數據一般用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數據包。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,則刪除幀頭并將數據包向上傳送到路由器A的網絡層。
15. 網絡層將數據包的目的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中的數據包傳送到Fa0/0接口的電路。
16.數據鏈路層參照路由器A的ARP緩存來確定Web服務器接口關聯的MAC地址。然后,它使用此MAC地址構建以太網Ⅱ幀,通過本地介質將IPv4數據包傳輸到服務器。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和服務器之間的網段是100Base-T網段;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地址與服務器網卡的MAC地址。如果二者相符,則刪除幀頭并將數據包向上傳送到網絡層。
20. 網絡層檢查數據包的目的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據包。網絡層標識出上層協(xié)議是TCP,并將包含的數據段傳送到傳輸層的TCP服務。
21. 服務器的傳輸層檢查TCP數據段,確定數據段中包含的數據所屬的會話。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服務器服務的現有會話。使用序列號按照正確的順序放置此數據段,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,所以該數據只會傳送給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絡設備,比如衛(wèi)星、網橋、光纖等,這些設備的組網會更加復雜,涉及到的網絡協(xié)議也更多。所有這些基礎網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)展網絡設備,我們基本不可能用如此低的價格來上網沖浪,也不會誕生美團、支付寶、微信、抖音這些互聯網公司。相信隨著5G的普及,未來會有更多的中國本土的新興互聯網公司。