本文主要是介绍图解计算机网络:一条 HTTP 请求的网络拓扑之旅,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
引言
常见的网络拓扑结构如下图所示:
在此拓扑中,终端设备通过 WiFi 连接到路由器,路由器再连接到光猫(或终端设备通过移动网络 4G/5G 连接到基站),之后 ISP 网络服务提供商接管网络通信,将请求最终转发至应用服务器。
从用户设备发出的 HTTP 请求是如何穿越网络的?我们将深入探讨这一过程。
HTTP 请求的网络旅途
OSI 网络体系结构
先从计算机网络的基础架构开始:
上图展示了五层简化版 OSI 网络模型。每层都对网络通信至关重要,特别是在 HTTP 请求的传递过程中。关键点包括:
- 传输层:TCP 头部包含的源端口和目标端口。
- 网络层:IP 头部包含的源 IP 地址和目标 IP 地址。
- 数据链路层:MAC 头部包含的源 MAC 地址和目标 MAC 地址。
接下来我们来看看,在网络设备的转发过程中,这些信息如何发生变化。
HTTP 网络之旅
下图展示了完整的网络路径:
一、用户终端设备 --> 路由器
- HTTP 请求基于 TCP 连接。用户通常会请求一个域名地址,首先必须通过
DNS
解析获取服务器的 IP 地址。DNS
的查询过程如下:- 浏览器 DNS 缓存(如果访问的是 web 网页)。
- 本地操作系统 DNS 缓存。
- 本地
/etc/hosts
文件是否有配置域名到 IP 的直接映射。 - DNS 查询:
- 向域名服务器(地址配置在
/etc/resolv.conf
文件)发起查询:- 域名服务器地址可以是:ISP 域名服务器或公共 DNS 服务器(如 Google 8.8.8.8 或 Cloudflare 1.1.1.1)。
- 通常,终端设备通过路由器连接网络,这时
/etc/resolv.conf
的nameserver
指向的就是路由器的 WAN IP(如 192.168.3.1),路由器将继续转发 DNS 查询。
- 递归查询:根域名服务器 -> 顶级域名服务器 -> 权威域名服务器(存储真实的 DNS 记录)。
- 向域名服务器(地址配置在
- DNS 解析完毕后,数据开始从应用层向下传递并封装:
- 传输层:封装 TCP 头,包含源端口(一般随机生成)和目标端口(HTTP 默认 80)。
- 网络层:封装 IP 头,包含源 IP(用户设备的内网 IP)和目标 IP(远程服务器公网 IP)地址。
- 用户设备通过
ARP
协议查找目标 MAC 地址(此时得到路由器的 MAC 地址)。在数据链路层则封装了 MAC 头部,其中包含了源 MAC(用户设备 MAC)地址和目标 MAC(路由器 MAC)地址。 - 最后,数据在物理层通过无线电波(WiFi)传递二进制数据到路由器(如果是双绞线则是电信号,光纤则是光信号)。路由器接收到数据后,进入下一阶段处理。
二、路由器 --> 光猫
路由器在物理层接收到二进制数据后,将数据解析成上一层的数据链路层格式,随后改写源 MAC 和目标 MAC 地址,将数据发送到下一跳设备(光猫)。
由于路由器没有公网 IP 地址,此时不会进行 NAT(网络地址转换),IP 头部中的源 IP 仍为用户设备的内网 IP。
三、光猫 --> ISP NAT 设备
光猫负责将数据通过一系列中间网络设备,最终传递到 ISP 的 NAT 设备。
四、ISP NAT 设备 --> 服务器
由于公网 IPv4 地址的数量有限,ISP 通常会为同一区域的多个用户共享一个公网 IP。
此时,ISP 的 NAT 设备会将源 IP 地址转换为共享的公网 IP 地址。至此,数据才进入公网传输,并最终达到应用服务器。
服务器在接受到数据后,从下层往上依次解析数据,最终还原出来应用层的 HTTP 请求。
总结
本文介绍了 HTTP 请求从用户终端设备到应用服务器的全过程,并通过图示说明了请求如何在 OSI 模型的不同层次间传递和转化。
这篇关于图解计算机网络:一条 HTTP 请求的网络拓扑之旅的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!