一台电脑从联网到看到网页全过程的技术细节

场景设定：我，买了台新电脑，准备连学校网络，然后上Google首页（假设没有墙）。电脑第一次连学校网络，没有任何缓存。

整个场景涉及到的节点包括（按连接顺序）：

下面开始。

本机IP地址分配：DHCP协议#

我的电脑还没有分配IP地址，所以需要先运行DHCP协议，从本地的DHCP服务器获得一个IP地址和其他信息。准备广播DHCP报文，报文封装过程：

然后在以太网中广播该帧。

路由器接收到该以太网帧后，逐层分解数据包，分配IP地址，准备打包DHCP ACK报文：

准备发回。因为交换机的自学习特性，所以知道寻址到我的电脑的MAC的帧就是从我的电脑的网口发出的。

我的电脑接收到DHCP ACK报文之后，分解当中的信息，初始化电脑的网络组件，比如记录自己的IP地址、DNS服务器的IP地址等。

我的电脑准备生成TCP socket，向google.com发送HTTP请求。但在这之前，我的电脑要先知道google.com的IP地址。为此需要使用DNS协议。

我的电脑准备生成DNS查询报文，封装过程如下：

准备发送，在链路层寻址后发送到学校网络的网关路由器。但此时我的电脑还不知道学校网关路由器的MAC地址，虽然经过之前的DHCP协议已经知道了网关路由器的IP地址（真的是坑人啊）。所以在发DNS报文之前，要先进行下面的ARP协议。

照例准备报文:

然后向交换机发送该以太网帧，交换机把该帧交付给所有连接的设备，包括网关路由器。网关路由器接收到该帧时，发现目的IP地址与自身的IP地址匹配，于是开始准备ARP应答，提供自己的MAC地址，封装到一个以太网帧，其中目的IP地址为我的电脑的IP地址，再次发给交换机转发。

我的电脑收到ARP应答之后，分解得到学校网关路由器的MAC地址。现在，前面那个包含DNS查询的以太网帧可以寻址到网关路由器了。我的电脑向交换机发送该帧，交换机将其转发给网关路由器。

网关路由器在接收到DNS查询的报文之后，根据转发表，把报文转发到ISP的网关路由器。后者再将报文转发到DNS服务器，开始逐层地查找DNS记录。当找到包含对应google.com的IP地址的DNS源记录之后，服务器准备一个包含主机名到IP地址映射的DNS回答报文，发回我的电脑。

至此我的电脑得到了google.com的IP地址。

现在可以生成TCP socket了。之后首先进行“三次握手”：

生成TCP SYN报文段，放置到目的IP地址为google.com的IP地址的IP数据报中，再放置到MAC地址为学校网关路由器MAC地址的帧中，向交换机发帧；
TCP SYN经由交换机、学校网关路由器、ISP路由器、谷歌网络路由器，根据各自的转发表，最终转发到google.com所在的web服务器。后者分解出TCP SYN报文，生成一个与我的电脑连接的socket，生成TCP SYNACK报文，类似地发回到我的电脑，把TCP SYNACK分解到我的socket。
我的电脑再向服务器发送一个确认报文，至此完成建立TCP连接。

现在可以发送HTTP GET请求来获取网页内容了。我的电脑的浏览器生成一个HTTP GET报文，写入socket，GET报文将成为一个TCP报文段的负载，TCP报文段再放进一个IP数据报文，发给web服务器。

web服务器收到报文，生成一个HTTP响应报文，其中HTTP响应体是网页内容，然后将报文发回。

我的电脑的浏览器收到响应报文之后，分解出其中的网页内容，开始渲染。

至此，网络部分的传送细节已经结束。

而之后浏览器渲染网页的过程属于前端开发的范畴，而非计网课程的内容，有机会再开一篇推文来写。

(后续1：分层网络每层对应的协议)

(后续2：浏览器渲染网页过程)

(未完待续)

本文大部分内容来自《计算机网络：自顶向下方法》（第六版），当然还有龙博的上课讲解。

之前自学前端的时候关注这个问题很久了，但由于还没上过计网课，所以知识点很零散。现在终于快上完计网课了，刚好老师也很着重强调这个问题，在课程尾声总结了一轮，还布置了课后作业。借此机会再自己总结一下。