回顾:Web 页面请求的历程

  • 一名学生 Bob 将他的便携机与学校的以太网交换机相连,下载一个 Web 页面(比如说 www. google.com 主页)
  • 计算机网络学习(十三)Web 页面请求的历程

1. 准备: DHCP、 UDP、 IP 和以太网

  • 假定 Bob 启动他的便携机,然后将其用一根以太网电缆连接到学校的以太网交换机 , 交换机又与学校的路由器相连。学校的这台路由器与一个 ISP 连接, 本例中 ISP 为 comcast.net 。 在本例中, comcast.net 为学校提供了 DNS 服务 ; 所以,DNS 服务器驻留在 comcast.net 网络中而不是学校网络中。 我们将假设 DHCP 服务器运行在路由器 中,就像常见情况那样。
  • 当 Bob 首先将其便携机与网络连接时,没有 IP 地址他就不能做任何事情。所以,Bob 的便携机所采取的一个网络相关的动作是运行 DHCP 协议, 以从本地 DRHP 服务器获得一个 IP 地址以及其他信息。
  1. Bob 便携机上的操作系统生成一个 DHCP 请求报文 ,并将这个报文放入具有目的地端口 67 (DHCP 服务器)和源端口 68 (DHCP 客户)的 UDP 报文段,该 UDP 报文段则被放置在一个具有广播 IP 目的地地址 (255.255.255.255 ) 和源 IP 地址 0. 0. 0.0 的 IP 数据报中,因为 Bob 的便携机还不具有一个 IP 地址。
  2. 包含 DHCP 请求报文的 lP 数据报则被放置在以太网帧中。该以太网帧具有目的 MAC 地址 FF: FF: FF: FF: FF: FF,使该帧将广播到与交换机连接的所有设备 (如果顺利的话也包括 DHCP 服务器) ,该帧的源 MAC 地址是 Bob 便携机的 MAC 地址
  3. 包含 DHCP 请求的广播以太网帧是第一个由 Bob 便携机发送到以太网交换机的帧。 该交换机在所有的出端口广播入帧,包括连接到路由器的端口
  4. 路由器在它的具有 MAC 地址 00: 22: 6B: 45: 1F 的接口接收到该广播以太网帧,该帧包含 DHCP 请求,并且从该以太网帧抽取出 IP 数据报。 该数据报的广播 IP 目的地址指示了这个 lP 数据报应当由在该结点的高层协议处理,因此该数据报的载荷被分解向上到达 UDP, DHCP 请求报文从此 UDP 报文段中抽取出来。 此时 DHCP 服务器有了 DHCP 请求报文。
  5. 假设运行在路由器中的 DHCP 服务器能够以 CIDR 块 68.85.2.0/24 分配 IP 地址。 所以本例巾,在学校内使用的所有 IP 地址都在 Comcast 的地址块中。 假设 DHCP 服务器分配地址 68.85.2.101 给 Bob 的便携机。 DHCP 服务器生成包含这个 IP 地址 以及 DNS 服务器的 IP 地址 (68.87.71. 226) 、默认网关路由器的 IP 地址 (68. 85. 2. 1 )和 子网块 (68. 85. 2. 0/24) (等价为"网络掩码" )的一个 DHCP ACK 报文 。该 DHCP 报文被放入一个 UDP 报文段, 再被放入一个 IP 数据报中,再被放人一个以太网帧中。 这个以太网帧的源 MAC 地址是路由器连到归属网络时接口的 MAC 地址 (00:22:6B:45: 1F: 1 时,目的 MAC 地址是 Bob 便携机的 MAC 地址 (00: 16: D3 : 23: 68: 8A) 。
  6. 包含 DHCP ACK 的以太网帧由路由器发送给交换机。 因为交换机是 自学习的,并且先前从 Bob 便携机收到(包含 DHCP 请求的)以太网帧,所以该交换机知道寻址到 00:16: D3:23:68:8A 的帧仅从通向 Bob 便携机的输出端口转发
  7. Bob 便携机接收到包含 DHCP ACK 的以太网帧,从该以太网帧中抽逐层最终抽取 DHCP ACK 报文。 Bob 的 DHCP 客户 则记录下它的 IP 地址和它的 DNS 服务器的 IP 地址。 它还在其 IP 转发表中安装默认网关 的地址。Bob 便携机将向该默认网关发送目的地址为其子网 68.85.2.0/24 以外 的所有数据报。 此时, Bob 便携机已经初始化好它的网络组件,并准备开始处理 Web 网页 获取。

2. 仍在准备: DNS 和 ARP

  • 当 Bob 将 www.google.com 的 URL 键入其 Web 浏览器时,他开启了一长串事件,这将 导致谷歌主页最终显示在其 Web 浏览器上。Bob 的 Web 浏览器通过生成一个 TCP 套接字开始了该过程,套接字用于向 www. google. com 发送 HTTP 请求 。 为了 生成该套接字, Bob 便携机将需要知道 www.google.com 的 IP 地址,使用 DNS 协议提供这种名字到 IP 地址的转换服务。
  1. Bob 便携机上的操作系统因此生成一个 DNS 查询报文,将字符串附 www. google. com 放入 DNS 报文的问题段中。该 DNS 报文则放置在一个具有 53 号 (DNS 服务器)目的端口的 UDP 报文段中,再被放入具有 IP 目的地址 68.87.71. 226 (在 第 5 步中 DHCP ACK 返回的 DNS 服务器地址)和源 IP 地址 68.85.2.101 的 IP 数据报中
  2. Bob 便携机将上一步的数据报放人一个以太网帧。 该帧将发送 (在链路层寻址)到 Bob 学校网络中的网关路由器。 然而,即使 Bob 便携机经过上述第 5 步中的 DHCP ACK 报文知道了学校网关路由器的 IP 地址(68. 85. 2. 1) ,但仍不知道该网关路由器的 MAC 地址。 为了获得该网关路由器的 MAC 地址, Bob 便携机将需要使用 ARP 协议
  3. Bob 便携机生成一个具有目的 IP 地址 68.85.2.1 (默认网关)的 ARP 查询报立,放置在一个具有广播目的地址的以太网帧,并向交换机发送该以大网帧,交换机将原帧交付给所有连接的设备,包括网关路由器。
  4. 网关路由器在通往学校网络的接口上接收到包含读 ARP 查询报文的帧,发现在 ARP 报文中目标 IP 地址匹配其接口的 IP 地址。因此准备一个 ARP 回答,指示它的 MAC 地址 00:22:6B:45:1F:1B 对应 IP 地址 68.85.2. 1。 它将 ARP 回答放 在一个以太网帧,其目的地址为 (Bob 便携机) ,并向交换机发送该帧,交换机将帧交付给 ßob 便携机。
  5. Bob 便携机接收包含 ARP 回答报文的帧,从 ARP 回答报文中抽取网关路由器的 MAC 地址
  6. Bob 便携机现在能够使包含 DNS 查询的以太网帧寻址到网关路由器的 MAC 地址。 注意到在该帧中的 IP 数据报具有 IP 目的地址 68.87.71. 226 (DNS 服务器) , 而该帧具有目的地 00: 22: 6B: 45: 1F: 1B (网关路由器) 。Bob 便携机向交换机发送该帧, 交换机将该帧交付给网关路由器。

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