关于web页面请求的历程，这是一个老生常谈的话题了，在很多面经中都看到过类似的问题：“从输入URL到页面加载发生了什么”。最近看完了《计算机网络–自顶向下方法》，对这个问题有了更全面的理解。

以书中的图示为例，下图展示了要讨论的场景：一位学生Bob将他的个人电脑与学校的以太网交换机相连，请求一个Web页面（比如www.google.com的主页）。

DHCP、UDP、IP和以太网

Bob首先打开他的个人电脑，然后用一根网线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服务驻留在Comcast网络中而不是在学校网络中。同时我们也假设DHCP服务器运行在路由器中。

最初当Bob将其电脑与网络连接时，Bob的电脑是没有IP地址的，没有IP地址他就不能做任何事情（例如下载一个Web网页）。所以，Bob的电脑采取的第一个网络相关的动作是运行DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）协议，以从本地DHCP服务器获得一个IP地址以及其他信息。

1）Bob电脑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端口67（DHCP服务器）和源端口68（DHCP客户）的UDP报文段（User Datagram Protocol），由于Bob的电脑此时还没有IP地址，该UDP报文段被放在一个具有广播IP目的地址（255.255.255.255）和源IP地址0.0.0.0的IP数据报中。

2）包含DHCP请求报文的IP数据报被放在以太网帧中。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（如果顺利的话会广播到DHCP服务器）；该帧的源MAC地址是Bob电脑的MAC地址00:16:D3:23:68:8A。

3）包含DHCP请求的广播以太网帧是第一个由Bob电脑发送到以太网交换机的帧。该交换机在所有的出端口广播此帧，包括连接到路由器的端口。

4）路由器在它MAC地址为00:22:6B:45:1F:1B的端口上接收到此广播以太网帧（此帧包含了DHCP请求），并从该以太网帧中抽取出了IP数据报。该数据报的广播IP目的地址指示了这个IP数据报应该由此节点的高层协议处理，因此该数据报的载荷（一个UDP报文段）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服务器收到了DHCP请求报文。

5）我们假设运行在路由器中的DHCP服务器能够以CIDR（Classless Inter-Domain Routing）块68.85.2.0/24分配IP地址。所以在本例中，在学校内使用的所有IP地址都在Comcast的地址块中。我们假设DHCP服务器分配IP地址68.85.2.101给Bob的电脑。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）和子网掩码（68.85.2.0/24）的一个DHCP ACK报文。该DHCP报文被放入一个UDP报文段中，UDP报文段被放入一个IP数据报中，IP数据报再被放入一个以太网帧中。这个以太网帧的源MAC地址是路由器连到归属网络的接口的MAC地址（00:22:6B:45:1F:1B）,目的MAC地址是Bob电脑的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的电脑收到过以太网帧（包含DHCP请求的），所以该交换机知道寻址到00:16:D3:23:68:8A的帧从通向Bob电脑的输出端口转发。

7）Bob的电脑接收到包含DHCP ACK的以太网帧，从该帧中抽取出IP数据报，从IP数据报中抽取出UDP报文段，从UDP报文段抽取DHCP ACK报文。Bob的DHCP客户则记录下它的IP地址和它的DNS服务器的地址。它还在IP转发表中安装默认网关的地址。Bob的电脑将向该默认网关发送目的地址为其子网68.85.2.0/24之外的所有数据报。此时，Bob的电脑已经初始化好它的网络组件，并准备开始处理Web网页的获取。

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的电脑需要知道www.google.com的IP地址。这将使用DNS协议（Domain Name System）提供这种名字到IP地址的转换服务。

8）Bob电脑的操作系统生成一个DNS查询报文，将字符串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。该UDP报文段则被放入具有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。

9）Bob的电脑将包含DNS请求报文的数据报放入一个以太网帧中。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的电脑经过上述第5步中的DHCP ACK报文知道了学校网关路由器的IP地址（68.82.2.1），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的电脑将需要使用ARP协议（Address Resolution Protocol）。

10）Bob的电脑生成一个具有目的IP地址68.85.2.1（默认网关）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，交换机将该帧交付给所有连接的设备，包括网关路由器。

11）网关路由器在连接学校网络的接口上接收到包含该ARP查询报文的帧，发现在ARP报文中目标IP地址68.85.2.1匹配其接口的IP地址。网关路由器因此准备一个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中，其目的地址为00:16:D3:23:68:8A（Bob的电脑），并向交换机发送该帧，再由交换机将帧交付给Bob的电脑。

12）Bob的电脑接收包含ARP回答报文的帧，并从ARP回答报文中抽取网关路由器的MAC地址（00:22:6B:45:1F:1B）。

13）Bob的电脑现在能够使包含DNS查询的以太网帧寻址到网关路由器的MAC地址。值得注意的是，在该帧中的IP数据报具有IP目的地址68.87.71.226（DNS服务器），而该帧具有目的地址00:22:6B:45:1F:1B（网关路由器）。Bob的电脑向交换机发送该帧，交换机将该帧交付给网关路由器。

域内路由选择到DNS服务器

14）网关路由器接收该帧并抽取包含DNS查询的IP数据报。路由器查找该数据报的目的地址（68.87.71.226），并根据其转发表决定该数据报应当发送到Comcast网络中最左边的路由器。IP数据报放置在链路层帧中，该链路将学校路由器连接到最左边Comcast路由器，并且该帧经由这条链路发送。

15）在Comcast网络中最左边的路由器接收到该帧，抽取IP数据报，检查该数据报的目的地址（68.87.71.226），并根据其转发表决定出接口，经过该接口朝着DNS服务器转发数据报，而转发表已根据Comcast的域内协议（如RIP、OSPF或IS-IS）以及因特网的域间协议BGP所填写。

16）最终包含DNS查询的IP数据报到达了DNS服务器。DNS服务器抽取出DNS查询报文，在它的DNS数据库中查找名字www.google.com，找到包含对应www.google.com的IP地址（64.233.169.105）的DNS源记录。（假设它当前缓存在DNS服务器中，缓存数据源于google.com的权威DNS服务器）。该DNS服务器形成了一个包含这种主机名到IP地址映射的DNS回答报文，将该DNS回答报文放入UDP报文段中，该报文段放入寻址到Bob电脑（68.85.2.101）的IP数据报中。该数据报将通过Comcast网络反向转发到学校的路由器，并从这里经过以太网交换机到Bob的电脑。

17）Bob的电脑从DNS报文抽取出服务器www.google.com的IP地址。最终，在大量工作后，Bob的电脑此时终于准备接触www.google.com服务器。

Web客户-服务器交互：TCP 和 HTTP

18）Bob的电脑已经有了www.google.com的IP地址，它能够生成TCP套接字，该套接字将用于向www.google.com发送HTTP GET报文。当Bob的电脑生成TCP套接字时，在Bob电脑中的TCP必须首先与www.google.com中的TCP执行三次握手。Bob的电脑首先生成一个具有目的端口80（针对HTTP）的TCP SYN（TCP Synchronize Sequence Numbers）报文段，将该TCP报文段放在具有目的IP地址64.233.169.105（www.google.com）的IP数据报中，将该数据报放置在MAC地址为00:22:6B:45:1F:1B（网关路由器）的帧中，并向交换机发送该帧。

19）在学校网络、Comcast网络和谷歌网络中的路由器朝着www.google.com转发包含TCP SYN的数据报，使用每台路由器中的转发表，支配分组经Comcast和谷歌网络的域间链路转发的路由器转发表项，是由BGP（Border Gateway Protocol）协议决定的。

20）最终，包含TCP SYN的数据报到达www.google.com。从数据报抽取出TCP SYN报文并分解到与端口80相联系的欢迎套接字。对于谷歌HTTP服务器和Bob电脑之间的TCP连接生成一个连接套接字。产生一个TCP SYNACK 报文段，将其放入向Bob电脑寻址的一个数据报中，最后放入链路层帧中。

21）包含TCP SYNACK报文段的数据报通过谷歌、Comcast和学校网络，最终到达Bob电脑的以太网卡。数据报在操作系统中分解到步骤18生成的TCP套接字，从而进入连接状态。

22）借助于Bob电脑上的套接字，现在准备向www.google.com发送字节了，Bob的浏览器生成包含要获取的URL的HTTP GET报文。HTTP GET报文则写入套接字，其中GET报文成为一个TCP报文段的载荷。该TCP报文段放置进一个数据报中，并交付到www.google.com，如前面步骤18～20所述。

23）在www.google.com的HTTP服务器从TCP套接字读取HTTP GET报文，生成一个HTTP响应报文，将请求的Web页内容放入HTTP响应体中，并将报文发送进TCP套接字中。

24）包含HTTP回答报文的数据报通过谷歌、Comcast和学校网络转发，到达Bob的电脑。Bob的Web浏览器程序从套接字读取HTTP响应，从HTTP响应体中抽取Web网页的html，并最终显示出Web网页。

上面的流程看起来已经尽可能详尽，但其中忽略了一些可能的附加协议。例如，运行在学校网关路由器中的NAT（Network Address Translation），电脑到学校网络的无线接入，对报文段或数据报加密的安全协议，网络管理协议。以及将会在公共因特网中遇到的其他情况（Web缓存，DNS等级体系）。