来自《计算机网络-自顶向下方法》

场景

学生 Bob 把他的笔记本连接到宿舍的网络并请求一个 HTTP 页面。宿舍的网络链接连接到 学校交换机,交换机又连接到学校路由器。

准备阶段一:DHCP UDP TP 以太网

当 Bob 用网线将笔记本连接到网络端口后,没有 IP 地址他就不能做任何的事情,所以笔 记本采取的第一个与网络相关的步骤是运行 DHCP 协议,从本地的 DHCP 服务器获取一个 IP 地址以及其它信息。

  1. Bob 笔记本上生成一个 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 69(DHCP 客户)的 UDP 报文段,将该 UDP 报文段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,因为此时笔记 本还没有一个 IP 地址。

  2. 包含 DHCP 请求报文的 IP 数据报则被放置在以太网帧中。该以太网帧具有的目的 MAC 地址是 FF:FF:FF:FF:FF:FF,使得该帧将广播到与交换机相连的所有设备;该机的源 MAC 地址是 Bob 笔记本的 MAC 地址 00:e0:4c:83:b2:14。

  3. 包含 DHCP 请求的广播以太网帧是第一个由 Bob 笔记本发送到以太网交换机的帧。该交 换机在出口端广播该帧,包括连接到路由器的端口。

  4. 这里假设路由器运行着 DHCP 协议,路由器收到该帧交给上层处理,由此 DHCP 服务器 收到了 DHCP 请求报文。

  5. DHCP 服务器分配 IP 地址,并生成包含这个 IP 地址以及 DNS 服务器的地址,默认网 关路由器的 IP 地址和子网掩码的一个 DHCP ACK 报文。

  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 笔记本收到以太网帧,所以该交换机知道寻址到 00:e0:4c:83:b2:14 的帧仅从 通向 Bob 笔记本的输出端口转发。

  7. Bob 笔记本收到 DHCP ACK 的以太网帧,解析报文,保存 IP 地址。

准备阶段二:DNS ARP

当 Bob 将 www.baidu.com 输入到浏览器,为了访问该地址,需要知道该地址的 IP 地址。 所以需要使用 DNS 服务。

  1. Bob 笔记本生成一个 DNS 查询报文,将地址放入 DNS 报文的问题字段中。该 DNS 报文 则放置在一个具有 53 号目的端口的 UDP 报文段中。该 UDP 报文段放入具有 IP 目的 地址 144.144.144.144(DHCP ACK 返回的地址)和源 IP 地址的 IP 数据报中。

  2. Bob 笔记本将该帧发送到网关路由器。虽然通过 DHCP 知道网关路由器的 IP 地址,但 是不知路由器的 MAC 地址,因此无法在链路层寻址。为了获得网关路由器的 MAC 地址, Bob 笔记本需要使用 ARP 协议。

  3. Bob 笔记本生成一个具有目的 IP 地址的 ARP 查询报文,将该 ARP 报文放置在一个具 有广播目的地址(FF:FF:FF:FF:FF:FF)的以太网帧中。并向交换机发送该以太网帧。

  4. 网关路由器收到 ARP 查询报文的帧,发现 ARP 中的目标 IP 地址匹配其接口的 IP 地 址,所以该网关路由器准备一个 ARP 回答,指示它的 MAC 地址。将回答发送给 Bob 的 笔记本。

  5. Bob 笔记本收到回答,保存其中的 MAC 地址。

  6. Bob 笔记本现在能够将 DNS 查询的以太网帧发送到网关路由器。

准备阶段三:域内路由选择到 DSN 服务器。

  1. 学校的路由器根据域内协议(RIP,OSPF, IS-IS)以及因特网域间协议 BGP 填写的转发 表将包含 DSN 查询的 IP 数据报送到了 DNS 服务器,DSN 服务器查询到域名对应的 IP 地址,将 DNS 回答报文返回给 Bob 笔记本。

  2. Bob 笔记本得到了 www.baidu.com 的 IP 地址,准备接触 www.baidu.com 的服务器了。

客户端与服务端交互:TCP HTTP

  1. Bob 笔记本有了 www.baidu.com 的 IP 地址,它就能够生成 TCP 套接字,该套接字向 www.baidu.com 发送 HTTP GET 报文。第一步,Bob 笔记本需要执行三次握手。因此 Bob 笔记本首先生成一个具有目的端口 80 的 TCP SYN 报文段,将该 TCP 报文段放置 在 具有 www.baidu.com 的 IP 地址的 IP 数据报中,将该数据报放置在 MAC 地址为网 关路由器的帧中,并向减缓交换机发送该帧。

  2. 网络中的路由器根据转发表将 TCP SYN 数据报转发到 www.baidu.com 的服务器。

  3. www.baidu.com 的服务器收到 TCP SYN 数据报,服务器返回一个 TCP SYN ACK 报文段, 并将其放入向 Bob 笔记本寻址的一个数据报中,放入链路层,该链路将数据报发送到路 由器。

  4. 包含 TCP SYN ACK 的数据报经过各种中间网络到达 Bob 的笔记本。

  5. Bob 笔记本发送一个 ACK 报文段到 www.baidu.com 的服务器。三次握手完成。

  6. Bob 笔记本上的浏览器生成 HTTP GET 请求报文,发送到 www.baidu.com

  7. HTTP 服务器读取请求报文,并生成一个 HTTP 响应报文,将请求的 Web 页面内容放入 HTTP 响应体中,发送报文到 Bob 的笔记本。

  8. HTTP 响应报文终于到了 Bob 的笔记本。Bob 的浏览器读取 HTTP 响应,最终显示网页。