计算机网络下，一次的 HTTP 请求_一次网络请求过程-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_64196951/article/details/142732230

当从主机 A 向主机 B 发起一次 HTTP 请求时，假定为HTTP/1.0协议，即每个请求都建立一个新的TCP连接，以下是整个过程的分析：

一、地址解析和建立连接（三次握手）

主机 A（客户机）中的应用程序（如浏览器）准备发起 HTTP 请求。首先，主机A若刚加入子网，则通过DHCP协议（发现，提供，请求，确认报文都是广播的）获取自己的IP地址。然后，应用程序会告知主机 A 的 TCP 协议准备建立连接，端口为80（熟知端口号：0～1023）。因为UDP一般进行及时的一次性的少数据传输，TCP提供可靠传输（通过流量控制，拥塞控制，重传机制，序列号和确认应答机制，检验和），http本身无连接，无状态（使用Cookie）。
当然，在发送数据之前，主机 A 需要确定主机 B 的 IP 地址。如果主机 A 缓存中有B的IP地址，即已经知道主机 B 的 IP 地址，可以直接进行下一步；如果不知道，则需要采用域名系统（DNS）解析，通过发送给ISP的本地域名服务器一个查询请求报文，然后以递归查询或者递归与迭代相结合的查询，来获取主机 B 的 IP 地址。
主机 A 的 TCP 向主机 B 发送一个带有 SYN =1（同步位）的 TCP 报文段，该报文段中包含一个随机序列号（假设为 seq = x），不携带数据。这个报文段会被封装在 IP 数据报中，而 IP 数据报又会被封装成数据帧在物理网络中传输。
主机 B 收到来自主机 A 的 SYN 报文段后，由其 TCP 协议处理。主机 B 向主机 A 回复一个带有 SYN =1， ACK=1（确认位），ack=x+1（确认号）的 TCP 报文段，其中确认号表示期望收到的下一个序列号（TCP是面向字节流的，一个字节一个序号），同时也包含一个自己的随机序列号（假设为 seq = y），不携带数据。主机B（服务器）进入SYN-RCVD阶段，为该TCP连接分配了缓存和变量。
主机 A 收到主机 B 的 SYN + ACK 报文段后，再向主机 B 发送一个带有 ACK =1，ack为 y + 1的 TCP 报文段，可能携带数据（如：可以存放一次http请求），完成三次握手，此时连接建立成功。主机A开始进行资源分配。

二、子网判断

主机 A 确定了主机 B 的 IP 地址后，通过子网掩码来判断主机 B 是否与自己在同一个子网中。如果在同一个子网中，则可以直接通过交换机（分为直通式（只检查目的地址），和存储转发式）进行通信（主机号全一为广播地址）；如果不在同一个子网中，则需要通过ARP发送给主机A设定的那个默认网关（手动配置或者DHCP配置，实际就是路由器在该子网中的那个端口，如果配置错误也就访问不到路由器了），然后交给路由器（分割广播域）进行通信。值得注意的是，VLAN会分割广播域，位于同一 VLAN 的主机之间可以相互通信，位于不同 VLAN 的主机之间需要借助路由器或者三层交换机进行通信，ARP在同一个VLAN起作用，链接在不同交换机的主机可能属于同一个VLAN。
路由表内容包括目的网络IP地址（如202.118.1.0，0.0.0.0），目的网络的子网掩码（如255.255.255.128，0.0.0.0），下一条IP地址（为下一条的路由器连接到本路由器的那个接口的IP地址（如：202.118.2.2），或者Direct（表示目的网络也通过本路由器某个接口连接）），接口号（本路由器连接到下一条路由器的那个接口，或者本路由器的某个接口）。默认路由0.0.0.0（也相当于指代互联网），对应的下一跳IP地址由用户决定（可能是202.118.2.2等等）。可以使用网络聚合的技术，来让路由表表项变少。路由器的功能为路由选择和分组转发，路由表决定转发表。路由器根据路由协议（如域内路由协议RIP、OSPF 和域外路由协议BGP-4等）来确定整个路由表。

三、交换机自学习与数据帧传输（同一子网情况）

如果主机 A 和主机 B 在同一子网（用以太网，和存储转发式交换机为例）中，主机 A 会将 HTTP 请求封装成数据帧，数据帧中包含源 MAC 地址（主机 A 的网卡 MAC 地址）、目的 MAC 地址（PDU地址）、IP数据报、类型号、校验码（FCS）。主机 B 的网卡 MAC 地址，如果不知道则使用目的MAC地址全为1的帧来封装并广播一个 ARP 请求，主机B收到向主机A单播发送一个ARP响应分组，来获取主机B的MAC地址。值得注意的是，以太网Mac帧无帧结束符，因为其各帧之间有间隙。若出现帧小于64B，还应该进行填充，以满足CSMA/CD协议。
当数据帧进入交换机（可分割冲突域，全双工，总带宽=端口数*一个端口带宽）时，以太网交换机（实际就是多端口网桥）会进行自学习。它会记录下源 MAC 地址和数据帧进入的端口号。如果以太网交换机的 MAC 地址表中已经有了目的 MAC 地址对应的端口号，则直接将数据帧从该端口转发出去；如果没有，则向除了数据帧进入的端口之外的所有端口广播这个数据帧。只有主机B收下这个帧，其他主机丢弃。
主机 B 收到数据帧后，进行差错控制检查整个帧（奇偶校验码，CRC）。若出错则直接丢弃。若正确，则检查目的 MAC 地址是否与自己的 MAC 地址匹配。如果匹配，则将数据帧中的 IP 数据报提取出来，并交给上层协议处理。
以太网（IEEE802.3）采用总线形拓扑结构，提供无差错传输，使用CSMA/CD进行访问控制，没有流量控制，提供无连接不可靠的服务。但在OSI模型下，数据链路层可提供两个相邻节点的流量控制。而对于IEEE802.11无线局域网（采用CSMA/CA），高速以太网等，又有不同之处。

四、路由选择与分组转发（不同子网情况）

路由器收到数据帧后，提取出 IP 数据报。路由器会检查 IP 数据报的目的 IP 地址，并在其转发表中查找与之匹配的条目（最长前缀码匹配），确定将数据报转发到哪个接口。TCP/IP模型下，网络层提供无连接不可靠的数据报服务，由传输层支持无连接和连接两种方式。
如果主机 A 和主机 B 不在同一子网中，主机 A 会将数据帧发送相应的网络，如果转发表查询不到对应网络则发给默认路由（通常就是0.0.0.0，路由器有多个IP地址（此IP地址是会占用该接口所处网络中的一个IP地址），和多个硬件地址），在路由表中默认路由条目有时会代替所有有相同下一跳的条目。主机 A 通过 ARP 协议获取默认网关的 MAC 地址，并将数据帧的目的 MAC 地址设置为默认网关的 MAC 地址。主机A若在NAT路由器下，则A发送的IP数据报源地址为内网IP地址，通过NAT路由器转发后，数据报的源地址改为NAT路由器的外网IP地址。对于端口号的设定，比如内网的web服务器默认使用80端口，那么访问外网的端口号也设为80。
路由器将 IP 数据报（若大于1500B，且为8B的整数倍）分片（主机和路由器进行IP数据报的分片，在目的主机上封装），重新封装成数据帧，并将数据帧发送到下一跳。这个过程可能会经过多个路由器的转发，直到数据帧到达与主机 B 在同一子网的路由器。转发途中，若ARP高速缓存中，没有对应的IP地址和MAC地址的映射，则需要不断使用ARP协议，更改MAC帧里的源地址和目的地址。即路由器到下一个路由器，若无MAC地址也是通过ARP获取。IP数据报TTL字段（通过一个路由器转发，就减1）减到0时丢弃，特别的，RIP（使用UDP，应用层协议）为只允许15跳，距离为16，表示不可达，丢弃时会给主机A发送一个ICMP差错报文。网络层的首部校验和只检查IP数据报首部，传输层的校验和才会检查首部和数据。
最后，该路由器通过交换机将数据帧转发给主机 B，主机 B 收到数据帧后进行处理。（局域网的链路层只能看到MAC帧）

五、数据传输与关闭连接（四次挥手）

主机 B 接收到 HTTP 请求后，由其应用程序（如 Web 服务器）进行处理，并向主机 A 发送 HTTP 响应。这个响应同样经过上述的过程从主机 B 传输到主机 A。
当数据传输完成后，主机 A 和主机 B 中的 TCP 协议开始进行连接关闭的过程。
主机 A 的 TCP 向主机 B 发送一个带有 FIN =1（终止位），seq=u的 TCP 报文段，表示自己没有数据要发送了，希望关闭连接。
主机 B 收到 FIN 报文段后，回复一个带有 ACK=1，seq=u，ack=u+1的 TCP 报文段，表示已经收到了 FIN 报文段。客户机A到服务器B这个方向的连接释放，TCP连接处于半关闭状态。
主机 B 也向主机 A 发送一个带有 FIN =1，ACK=1，seq=v，ack=u+1的 TCP 报文段，表示自己也没有数据要发送了。
主机 A 收到 FIN 报文段后，回复一个带有ACK=1，seq=u+1，ack=v+1的 TCP 报文段，等待2MSL（避免主机A这一次发送的确认报文丢失等一些特殊情况），若再无接受到主机B的报文，则连接正式关闭。