訪問互聯網時發生了什麼？

目錄

• 前言
• 設備聯網
  • DHCP
• 發送數據
  • ARP
  • DNS
• 參考文獻

前言

最近在整理網絡抓包分析相關的資料，同時又在閱讀《網絡是怎樣鏈接的》。本篇文章從網絡協議對設備連網的過程和發送數據的過程進行探討。
在對網絡進行分析時，會使用wireshark進行抓包分析。

在討論本篇文章時，假設讀者對網絡協議有必定的基礎，對TCP/IP四層協議有必定的瞭解，也大體瞭解網絡通信抓包。

設備聯網

在一個局域網內，在網絡層，經過IP肯定來肯定數據包發往哪裏，在同一個局域網內，IP地址必須惟一。而在數據鏈路層，則經過MAC地址保證設備的惟一。

DHCP

加入設備剛聯網沒有設置靜態IP時，須要經過DHCP協議向DHCP服務器獲取到一個可用的IP地址。

DHCP（動態主機配置協議）是一個局域網的網絡協議。指的是由服務器控制一段IP地址範圍，客戶機登陸服務器時就能夠自動得到服務器分配的IP地址和子網掩碼。

在一個局域網內能夠有一個或多個DHCP服務器。好比平常家裏使用路由器上網，路由器內置了DHCP服務，當手機、平板、筆記本等設備聯網時就會向路由器獲取一個可用的動態IP。在企業的局域網中，則一般須要部署一個DHCP服務器或多個DHCP服務器造成一個DHCP服務集羣用於維護局域網內的動態IP。

DHCP獲取動態IP有四個階段：發現階段（DHCP Discover）、提供階段（DHCP Offer）、選擇階段（DHCP Request）和確認階段（DHCP ACK）。

1. 因爲客戶端首次鏈接互聯網，並不知道DHCP服務器的地址，所以客戶端首先須要向局域網內發送一條DHCP Disconver廣播。

當DHCP服務器收到該請求時，就會處理請求，非DHCP服務器收到該請求不會處理，直接丟棄。DHCP Discover網絡數據包以下圖所示。

此時並無IP地址，因此原始IP地址爲0.0.0.0，客戶端的MAC地址是95:57:02:4a:09:01。每一個DHCP處理階段都會有一個會話ID，用於標記是哪次的DHCP請求。

2. 當DHCP服務器收到請求時，會從可用的IP池中獲取一個IP，經過DHCP Offer請求返回。

因爲客戶端一個網卡只能設置一個IP。所以即便有多個DHCP服務都返回了響應，客戶端也僅會獲取第一個收到的IP進行設置。

如上圖所示，DHCP Offer向MAC地址爲95:57:02:4a:09:01的客戶端返回的IP地址爲192.168.137.60。

3. 因爲同一個局域網內可能有多個DHCP服務器，所以，爲了告訴其餘的DHCP服務器，被使用的新的IP，客戶端會經過DHCP Request請求進行廣播告訴全部人當前客戶端選擇使用的IP地址。

這樣若是這個IP地址是當前DHCP服務分配的，該服務器就會返回一個確認包，若是不是當前DHCP服務分配的，它就會忽略該請求。

在之前家用路由器多個路由器進行橋接時，若都提供DHCP服務功能，則分配的IP範圍不能重合，不然可能致使分配個多個設備一樣的IP，致使設備沒法上網。實際路由器應該能夠識別將DHCP Request的IP也設置爲被租賃狀態，避免該IP再次被使用。不肯定如今新的路由器設備是否還會有該問題。

4. DHCP服務確認返回

在返回確認的同時，還會告知客戶端IP可以使用的期限。當到達期限時，這個IP就會被DHCP回收，客戶端須要從新向DHCP服務器申請一個新的IP。

最後當設備設置IP時，就會發送一個ARP探針請求的廣播，發送該請求時，客戶端尚未設置IP，，若局域網已有設備使用這個IP，就會返回MAC地址。

發送數據

ARP

如今咱們的設備已經有了IP地址，能夠訪問局域網了，只要路由器有連外網，就能夠將設備的請求轉發到互聯網，也就是說咱們的設備已經能夠鏈接互聯網了。

當咱們須要訪問互聯網時，好比要訪問connectivitycheck.platform.hicloud.com，咱們首先要獲取到該地址的IP。經過DNS協議能夠將域名轉換爲實際IP。可是在講解DNS以前，設備必須限訪問DNS服務器，而此時設備剛聯網獲取到IP，並不知道DNS服務器的地址，解析來ARP協議就發揮做用了。

ARP協議是根據IP獲取MAC地址的一個TCP/IP協議。有些人可能會奇怪，爲何咱們有了IP地址，還須要MAC地址呢？由於在一般狀況下咱們發送數據到目標IP時，IP是肯定的（除非NAT地址轉換），可是咱們經過路由器須要轉發到下個路由器時，則須要經過修改MAC地址爲下一跳的路由器的MAC地址實現數據轉發。所以在網絡通信的時候光有IP地址還不夠，咱們須要獲取到設備的MAC地址才行。

經過ARP協議發送廣播詢問對應IP的MAC地址，全部設備收到會校驗當前的IP，若與ARP請求的IP一致，則會將本身的MAC地址響應給對端。若不一致就會丟棄請求。當請求者獲取到ARP響應後就會把對應的IP和MAC地址保存到本身的ARP緩存種，下次請求IP時就不須要再查詢MAC地址，直接能夠從緩存中獲取。

當客戶端獲取到了DNS的MAC地址時，就能夠向DNS發送請求查詢域名對應的IP了。

DNS

DNS是域名系統（Domain Name System）的縮寫。DNS協議經過DNS請求查詢指定域名的地址或別名等信息。DNS服務器若是存在該域名，則返回查詢到的信息，不然從上一級DNS服務器獲取信息，仍不存在繼續向上以及DNS服務器獲取，直到到達根域名服務器。當DNS服務器從上一級DNS服務器獲取到指定域名的查詢信息時，DNS服務器會將其緩存起來。

當經過DNS協議查詢到域名對應IP時，請求就能夠經過該IP發送到對端。若目標IP不在當前同一子網內，所以會經過路由器或交換機等設備進行轉發，本篇文章不對這個過程進行具體的探討。

參考文獻

1. 《網絡是怎樣鏈接的》
2. 《Wireshark數據包分析實戰詳解》