融会贯通：一次Web请求的完整旅程

场景

学习完应用层、运输层、网络层和链路层之后，我们把它们串起来，看看一个最常见的动作背后发生了什么：学生Bob把笔记本电脑用网线接入校园网的以太网交换机，然后在浏览器中输入www.example.com。

校园网是子网198.51.100.0/24，网关路由器的地址为198.51.100.1，它同时运行着DHCP服务器。校园网通过一个ISP接入互联网，ISP中有一台DNS服务器203.0.113.53；Web服务器www.example.com的地址为192.0.2.80，位于另一个网络中。

第一步：DHCP，获得IP地址

刚接入网络时，Bob的笔记本电脑还没有IP地址，什么事也做不了。操作系统生成一个DHCP请求报文，放进源端口为68、目的端口为67的UDP报文段，再放进源地址为0.0.0.0、目的地址为255.255.255.255的IP数据报，最后放进目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF的以太网帧。交换机把这个广播帧泛洪到所有端口，运行在网关路由器上的DHCP服务器收到它，并回复一个DHCP ACK，其中包含分配给Bob的IP地址、子网掩码、默认网关地址和DNS服务器地址。交换机在转发第一个帧时已经学到了Bob所在的端口，所以回复只会转发给Bob。（完整的DHCP交互包括发现、提供、请求、确认四个报文，这里只画出了一来一回。）

第二步：DNS与ARP，找到Web服务器

浏览器要与www.example.com建立TCP连接，首先需要它的IP地址，因此操作系统构造一个DNS查询，放进目的端口为53的UDP报文段和发往DNS服务器的IP数据报。DNS服务器不在Bob的子网中，这个数据报必须先交给默认网关，可Bob只知道网关的IP地址，不知道它的MAC地址。于是Bob先广播一个ARP查询，网关用ARP响应告诉Bob自己的MAC地址。

现在，DNS查询被封装在以网关MAC地址为目的地址的帧中发出。网关路由器根据转发表把数据报转发给ISP，转发表是由域内选路协议（例如OSPF）和域间选路协议BGP计算出来的。DNS服务器查到www.example.com对应的IP地址192.0.2.80，把DNS回答沿原路发回给Bob。

第三步：TCP与HTTP，取回网页

有了Web服务器的IP地址，浏览器创建一个TCP套接字，向192.0.2.80的80端口发起三次握手：SYN报文段沿着路由器一跳一跳地到达服务器，服务器回复SYNACK，Bob再回复ACK，连接建立。随后浏览器在这条连接上发送HTTP GET请求，服务器把网页放在HTTP响应中发回，浏览器最终把网页显示在屏幕上。

在整个过程中，每一段链路上的帧都不同：每台路由器都会拆掉收到的帧，查转发表，再为下一段链路构造新的帧，所以源、目的MAC地址逐段改变，IP首部中的TTL也逐跳减1；而源、目的IP地址和端口号从头到尾保持不变（假设途中没有NAT）。交换机则对主机透明，它只看以太网首部，不改变帧的内容。

小结

一次简单的网页访问，用到了DHCP、ARP、DNS、UDP、TCP、HTTP、IP、OSPF/BGP、以太网等许多协议。每一层只完成自己的任务，并通过封装把上层交来的数据交给下层：应用层关心报文的内容，运输层把报文交付给正确的进程，网络层把数据报从源主机送到目的主机，链路层负责把帧送过每一段链路。正是这种分层设计，让各种不同的网络能够组成统一的互联网。