浏览器访问网页内部详细过程

Posted 2020-09-01

以看到在应用层，根据当前的需求和动作，结合应用层的协议，有我们确定发送的数据内容，我们把这些数据放到一个缓冲区内，然后形成了应用层的报文data。

传输层

这些数据通过传输层发送，比如tcp协议。所以它们会被送到传输层处理，在这里报文打上了传输头的包头，主要包含端口号，以及tcp的各种制信息，这些信息是直接得到的，因为接口中需要指定端口。这样就组成了tcp的数据传送单位segment。tcp是一种端到端的协议，利用这些信息，比如tcp首部中的序号确认序号，根据这些数字，发送的一方不断的进行发送等待确认，发送一个数据段后，会开启一个计数器，只有当收到确认后才会发送下一个，如果超过计数时间仍未收到确认则进行重发，在接受端如果收到错误数据，则将其丢弃，这将导致发送端超时重发。通过tcp协议，控制了数据包的发送序列的产生，不断的调整发送序列，实现流控和数据完整。

网络层

然后待发送的数据段送到网络层，在网络层被打包，这样封装上了网络层的包头，包头内部含有源及目的的ip地址，该层数据发送单位被称为packet。网络层开始负责将这样的数据包在网络上传输，如何穿过路由器，最终到达目的地址。在这里，根据目的ip地址，就需要查找下一跳路由的地址。首先在本机，要查找本机的路由表，在windows上运行route print就可以看到当前路由表内容，有如下几项：

Active Routes Default Route Persistent Route.

整个查找过程是这样的:

(1)根据目的地址，得到目的网络号，如果处在同一个内网，则可以直接发送。

(2)如果不是，则查询路由表，找到一个路由。

(3)如果找不到明确的路由，此时在路由表中还会有默认网关，也可称为缺省网关，IP用缺省的网关地址将一个数据传送给下一个指定的路由器，所以网关也可能是路由器，也可能只是内网向特定路由器传输数据的网关。

(4)路由器收到数据后，它再次为远程主机或网络查询路由，若还未找到路由，该数据包将发送到该路由器的缺省网关地址。而数据包中包含一个最大路由跳数，如果超过这个跳数，就会丢弃数据包，这样可以防止无限传递。路由器收到数据包后，只会查看网络层的包裹数据，目的ip。所以说它是工作在网络层，传输层的数据对它来说则是透明的。

如果上面这些步骤都没有成功，那么该数据报就不能被传送。如果不能传送的数据报来自本机，那么一般会向生成数据报的应用程序返回一个“主机不可达”或 “网络不可达”的错误。

 

以windows下主机的路由表为例，看路由的查找过程

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Active Routes:

Network Destination            Netmask                      Gateway              Interface                  Metric

0.0.0.0                                 0.0.0.0                       192.168.1.2           192.168.1.101           10

127.0.0.0                             255.0.0.0                   127.0.0.1               127.0.0.1                   1

192.168.1.0                         255.255.255.0           192.168.1.101       192.168.1.101           10

192.168.1.101                     255.255.255.255       127.0.0.1               127.0.0.1                   10

192.168.1.255                     255.255.255.255       192.168.1.101       192.168.1.101           10

 224.0.0.0                            240.0.0.0                   192.168.1.101       192.168.1.101           10

255.255.255.255                 255.255.255.255       192.168.1.101       192.168.1.101           1

Default Gateway:                192.168.1.2

Network Destination 目的网段  

Netmask 子网掩码  

Gateway 下一跳路由器入口的ip，路由器通过interface和gateway定义一调到下一个路由器的链路，通常情况下，interface和gateway是同一网段的。

Interface 到达该目的地的本路由器的出口ip（对于我们的个人pc来说，通常由机算机A的网卡，用该网卡的IP地址标识，当然一个pc也可以有多个网卡）。

网关这个概念，主要用于不同子网间的交互，当两个子网内主机A,B要进行通讯时，首先A要将数据发送到它的本地网关，然后网关再将数据发送给B所在的网关，然后网关再发送给B。

默认网关，当一个数据包的目的网段不在你的路由记录中，那么，你的路由器该把那个数据包发送到哪里！缺省路由的网关是由你的连接上的default gateway决定的，也就是我们通常在网络连接里配置的那个值。

通常interface和gateway处在一个子网内，对于路由器来说，因为可能具有不同的interface,当数据包到达时，根据Network Destination寻找匹配的条目，如果找到，interface则指明了应当从该路由器的那个接口出去，gateway则代表了那个子网的网关地址。

第一条      0.0.0.0   0.0.0.0   192.168.1.2    192.168.1.101   10

0.0.0.0代表了缺省路由。该路由记录的意思是：当我接收到一个数据包的目的网段不在我的路由记录中，我会将该数据包通过192.168.1.101这个接口发送到192.168.1.2这个地址，这个地址是下一个路由器的一个接口，这样这个数据包就可以交付给下一个路由器处理，与我无关。该路由记录的线路质量 10。当有多个条目匹配时，会选择具有较小Metric值的那个。

第三条      192.168.1.0   255.255.255.0  192.168.1.101   192.168.1.101  10

直联网段的路由记录：当路由器收到发往直联网段的数据包时该如何处理，这种情况，路由记录的interface和gateway是同一个。当我接收到一个数据包的目的网段是192.168.1.0时，我会将该数据包通过192.168.1.101这个接口直接发送出去，因为这个端口直接连接着192.168.1.0这个网段，该路由记录的线路质量 10 （因interface和gateway是同一个，表示数据包直接传送给目的地址，不需要再转给路由器）。

一般就分这两种情况，目的地址与当前路由器接口是否在同一子网。如果是则直接发送，不需再转给路由器，否则还需要转发给下一个路由器继续进行处理。

 

查找到下一跳ip地址后，还需要知道它的mac地址，这个地址要作为链路层数据装进链路层头部。这时需要arp协议，具体过程是这样的，查找arp缓冲，windows下运行arp -a可以查看当前arp缓冲内容。如果里面含有对应ip的mac地址，则直接返回。否则需要发生arp请求，该请求包含源的ip和mac地址，还有目的地的ip地址，在网内进行广播，所有的主机会检查自己的ip与该请求中的目的ip是否一样，如果刚好对应则返回自己的mac地址，同时将请求者的ip mac保存。这样就得到了目标ip的mac地址。

链路层

将mac地址及链路层控制信息加到数据包里，形成Frame，Frame在链路层协议下，完成了相邻的节点间的数据传输，完成连接建立，控制传输速度，数据完整。

物理层

物理线路则只负责该数据以bit为单位从主机传输到下一个目的地。

下一个目的地接受到数据后，从物理层得到数据然后经过逐层的解包 到 链路层 到 网络层，然后开始上述的处理，在经网络层 链路层 物理层将数据封装好继续传往下一个地址。

在上面的过程中，可以看到有一个路由表查询过程，而这个路由表的建立则依赖于路由算法。也就是说路由算法实际上只是用来路由器之间更新维护路由表，真正的数据传输过程并不执行这个算法，只查看路由表。这个概念也很重要，需要理解常用的路由算法。而整个tcp协议比较复杂，跟链路层的协议有些相似，其中有很重要的一些机制或者概念需要认真理解，比如编号与确认，流量控制，重发机制，发送接受窗口。

 

tcp/ip基本模型及概念

 

物理层

设备，中继器（repeater）,集线器（hub）。对于这一层来说，从一个端口收到数据，会转发到所有端口。

 

链路层

协议：SDLC（Synchronous Data Link Control）HDLC（High-level Data Link Control） ppp协议独立的链路设备中最常见的当属网卡，网桥也是链路产品。集线器MODEM的某些功能有人认为属于链路层，对此还有些争议认为属于物理层设备。除此之外，所有的交换机都需要工作在数据链路层，但仅工作在数据链路层的仅是二层交换机。其他像三层交换机、四层交换机和七层交换机虽然可对应工作在OSI的三层、四层和七层，但二层功能仍是它们基本的功能。

因为有了MAC地址表，所以才充分避免了冲突，因为交换机通过目的MAC地址知道应该把这个数据转发到哪个端口。而不会像HUB一样，会转发到所有滴端口。所以，交换机是可以划分冲突域滴。

 

网络层

四个主要的协议:   

网际协议IP：负责在主机和网络之间寻址和路由数据包。     

地址解析协议ARP：获得同一物理网络中的硬件主机地址。     

网际控制消息协议ICMP：发送消息，并报告有关数据包的传送错误。     

互联组管理协议IGMP：被IP主机拿来向本地多路广播路由器报告主机组成员。

该层设备有三层交换机，路由器。

 

传输层

两个重要协议 TCP 和 UDP 。

端口概念：TCP/UDP 使用 IP 地址标识网上主机，使用端口号来标识应用进程，即 TCP/UDP 用主机 IP 地址和为应用进程分配的端口号来标识应用进程。端口号是 16 位的无符号整数， TCP 的端口号和 UDP 的端口号是两个独立的序列。尽管相互独立，如果 TCP 和 UDP 同时提供某种知名服务，两个协议通常选择相同的端口号。这纯粹是为了使用方便，而不是协议本身的要求。利用端口号，一台主机上多个进程可以同时使用 TCP/UDP 提供的传输服务，并且这种通信是端到端的，它的数据由 IP 传递，但与 IP 数据报的传递路径无关。网络通信中用一个三元组可以在全局唯一标志一个应用进程：（协议，本地地址，本地端口号）。

也就是说tcp和udp可以使用相同的端口。

可以看到通过(协议,源端口，源ip，目的端口，目的ip)就可以用来完全标识一组网络连接。

应用层

基于tcp：Telnet FTP SMTP DNS HTTP 

基于udp：RIP NTP（网落时间协议）和DNS （DNS也使用TCP）SNMP TFTP