访问互联网时发生了什么？

目录

• 前言
• 设备联网
  • DHCP
• 发送数据
  • ARP
  • DNS
• 参考文献

前言

最近在整理网络抓包分析相关的资料，同时又在阅读《网络是怎样链接的》。本篇文章从网络协议对设备连网的过程和发送数据的过程进行探讨。
在对网络进行分析时，会使用wireshark进行抓包分析。

在讨论本篇文章时，假设读者对网络协议有必定的基础，对TCP/IP四层协议有必定的了解，也大体了解网络通信抓包。

设备联网

在一个局域网内，在网络层，经过IP肯定来肯定数据包发往哪里，在同一个局域网内，IP地址必须惟一。而在数据链路层，则经过MAC地址保证设备的惟一。

DHCP

加入设备刚联网没有设置静态IP时，须要经过DHCP协议向DHCP服务器获取到一个可用的IP地址。

DHCP（动态主机配置协议）是一个局域网的网络协议。指的是由服务器控制一段IP地址范围，客户机登陆服务器时就能够自动得到服务器分配的IP地址和子网掩码。

在一个局域网内能够有一个或多个DHCP服务器。好比平常家里使用路由器上网，路由器内置了DHCP服务，当手机、平板、笔记本等设备联网时就会向路由器获取一个可用的动态IP。在企业的局域网中，则一般须要部署一个DHCP服务器或多个DHCP服务器造成一个DHCP服务集群用于维护局域网内的动态IP。

DHCP获取动态IP有四个阶段：发现阶段（DHCP Discover）、提供阶段（DHCP Offer）、选择阶段（DHCP Request）和确认阶段（DHCP ACK）。

1. 因为客户端首次链接互联网，并不知道DHCP服务器的地址，所以客户端首先须要向局域网内发送一条DHCP Disconver广播。

当DHCP服务器收到该请求时，就会处理请求，非DHCP服务器收到该请求不会处理，直接丢弃。DHCP Discover网络数据包以下图所示。

此时并无IP地址，因此原始IP地址为0.0.0.0，客户端的MAC地址是95:57:02:4a:09:01。每一个DHCP处理阶段都会有一个会话ID，用于标记是哪次的DHCP请求。

2. 当DHCP服务器收到请求时，会从可用的IP池中获取一个IP，经过DHCP Offer请求返回。

因为客户端一个网卡只能设置一个IP。所以即便有多个DHCP服务都返回了响应，客户端也仅会获取第一个收到的IP进行设置。

如上图所示，DHCP Offer向MAC地址为95:57:02:4a:09:01的客户端返回的IP地址为192.168.137.60。

3. 因为同一个局域网内可能有多个DHCP服务器，所以，为了告诉其余的DHCP服务器，被使用的新的IP，客户端会经过DHCP Request请求进行广播告诉全部人当前客户端选择使用的IP地址。

这样若是这个IP地址是当前DHCP服务分配的，该服务器就会返回一个确认包，若是不是当前DHCP服务分配的，它就会忽略该请求。

在之前家用路由器多个路由器进行桥接时，若都提供DHCP服务功能，则分配的IP范围不能重合，不然可能致使分配个多个设备一样的IP，致使设备没法上网。实际路由器应该能够识别将DHCP Request的IP也设置为被租赁状态，避免该IP再次被使用。不肯定如今新的路由器设备是否还会有该问题。

4. DHCP服务确认返回

在返回确认的同时，还会告知客户端IP可以使用的期限。当到达期限时，这个IP就会被DHCP回收，客户端须要从新向DHCP服务器申请一个新的IP。

最后当设备设置IP时，就会发送一个ARP探针请求的广播，发送该请求时，客户端尚未设置IP，，若局域网已有设备使用这个IP，就会返回MAC地址。

发送数据

ARP

如今咱们的设备已经有了IP地址，能够访问局域网了，只要路由器有连外网，就能够将设备的请求转发到互联网，也就是说咱们的设备已经能够链接互联网了。

当咱们须要访问互联网时，好比要访问connectivitycheck.platform.hicloud.com，咱们首先要获取到该地址的IP。经过DNS协议能够将域名转换为实际IP。可是在讲解DNS以前，设备必须限访问DNS服务器，而此时设备刚联网获取到IP，并不知道DNS服务器的地址，解析来ARP协议就发挥做用了。

ARP协议是根据IP获取MAC地址的一个TCP/IP协议。有些人可能会奇怪，为何咱们有了IP地址，还须要MAC地址呢？由于在一般状况下咱们发送数据到目标IP时，IP是肯定的（除非NAT地址转换），可是咱们经过路由器须要转发到下个路由器时，则须要经过修改MAC地址为下一跳的路由器的MAC地址实现数据转发。所以在网络通信的时候光有IP地址还不够，咱们须要获取到设备的MAC地址才行。

经过ARP协议发送广播询问对应IP的MAC地址，全部设备收到会校验当前的IP，若与ARP请求的IP一致，则会将本身的MAC地址响应给对端。若不一致就会丢弃请求。当请求者获取到ARP响应后就会把对应的IP和MAC地址保存到本身的ARP缓存种，下次请求IP时就不须要再查询MAC地址，直接能够从缓存中获取。

当客户端获取到了DNS的MAC地址时，就能够向DNS发送请求查询域名对应的IP了。

DNS

DNS是域名系统（Domain Name System）的缩写。DNS协议经过DNS请求查询指定域名的地址或别名等信息。DNS服务器若是存在该域名，则返回查询到的信息，不然从上一级DNS服务器获取信息，仍不存在继续向上以及DNS服务器获取，直到到达根域名服务器。当DNS服务器从上一级DNS服务器获取到指定域名的查询信息时，DNS服务器会将其缓存起来。

当经过DNS协议查询到域名对应IP时，请求就能够经过该IP发送到对端。若目标IP不在当前同一子网内，所以会经过路由器或交换机等设备进行转发，本篇文章不对这个过程进行具体的探讨。

参考文献

1. 《网络是怎样链接的》
2. 《Wireshark数据包分析实战详解》