前端學HTTP之資料轉送

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×目錄[1]客戶機處理 [2]集線器處理 [3]路由器1處理[4]路由器2處理[5]交換器處理[6]伺服器處理[7]反向傳輸前面的話

　　上一篇中，介紹了網路基礎。本文將詳細介紹客戶機在瀏覽網頁abc.com時，資料在網路中的傳輸過程

　　以圖為例，PC1通過HTTP協議訪問位於Server上的網頁。那麼，網頁資料在網路中是如何傳輸的呢？下面是具體的實現步驟

 

步驟一：客戶機處理

　　HTTP協議的職責是產生針對目標WEB伺服器的HTTP請求報文，該報文就是需要傳遞的資料

　　下沉到傳輸層後，由於HTTP協議使用的是TCP協議，為了方便通訊，將HTTP請求報文按序號分為多個報文段(segment)，並對每個報文段進行封裝。PC1使用本地一個大於1024以上的隨機TCP源連接埠(這裡假設是1030)建立到目的伺服器TCP80號連接埠的串連，TCP源連接埠和目的連接埠被加入到報文段中，學名叫協議資料單元(Protocol Data Unit, PDU)。因TCP是一個可靠的傳輸控制通訊協定，傳輸層還會加入序號、視窗大小等參數

　　傳輸層封裝後的資料分段下沉到網路層後，封裝網路層的頭部，主要就是添加源和目的IP地址，成為資料包。使用者通常使用主機名稱或網域名稱來訪問伺服器，這時就需要通過應用程式層的DNS服務來通過網域名稱尋找IP地址，或逆向從IP地址反查網域名稱。這裡的源IP地址是193.1.1.2，目的IP地址是195.1.1.2

　　網路層封裝後的資料包下沉到資料連結層，封裝幀頭和幀尾。幀尾是添加被稱做CRC的迴圈冗餘校正部分。幀頭主要是添加資料連結層的地址，即資料連結層的源地址和目的地址，用在乙太網路上的體現就是添加源MAC地址和目的MAC地址。PC1比較要去往的目標IP地址，探索服務器的IP地址195.1.1.2不在本網中，PC1知道要發往不同網路中的資料包，首先要發往網關，也就是圖中路由器R1快速乙太網路介面Fa0/0的1P地址193.1.1.1。PC1査詢本地的ARP緩衝，如果找到193.1.1.1對應的MAC地址則進行封裝；如果在ARP緩衝中沒有找到193.1.1.1對應的MAC地址，則使用ARP協議，査詢到網關對應的MAC地址 “00-11-BC-7D-25-03” 。於是，這裡的源MAC地址是PC1的MAC地址“00-1B-24-7D-25-01”，目的MAC地址是網關的MAC地址 “00-11-BC-7D-25-03”

　　資料連結層封裝後的資料幀下沉到物理層，轉換成二進位形式的位元(Bit)流，從PC1的網卡發送出去。物理層的用途就是處理位元流，把位元轉換成電子、光學或微波訊號。反之在接收端，物理層從傳輸媒體中重新得到這些訊號，恢複成位元流，傳輸位元流到資料連結層

　　[注意]協議資料單元在應用程式層、展示層和會話層被稱做資料(Data)，在傳輸層被稱做分段(Segment)，在網路層被稱做包(Packet)，在資料連結層被稱做幀(Frame)，在物理層被稱做位元(Bit)

　　

　　

　　[注意]目的MAC地址是路由器介面的MAC地址，而不是目的伺服器網卡的MAC地址。因為MAC只是用在區域網路內的定址，如果封裝的是目的伺服器的MAC地址，如何體現這個包是發往路由器的呢？假設封裝的目的MAC地址是伺服器的MAC地址 “00-1B-24-7D-25-05”，這樣的資料包被傳到路由器後，路由器比較資料幀中的R的MAC地址，發現與本路由器介面的MAC地址不同，路由器丟棄這個包，資料包不被路由器轉寄，更別想能到達目的伺服器了

　　

步驟二：集線器處理

　　PC1發出的位元流到達集線器，集線器簡單地對位元流進行放大，從除接收埠以外的所有連接埠轉寄出去。PC2接收到這個資料包，把位元流轉換成幀上傳到資料連結層，PC2比較資料幀的目的MAC地址，發現與本機網卡的MAC地址不同，PC2丟棄該資料幀，放棄處理

 

步驟三：路由器1處理

　　路由器R1收到該位元流，轉換成幀上傳到資料連結層，路由器R1比較資料幀的目的MAC地址，發現與路由器接收埠Fa0/0(快速乙太網路，簡寫成Fa0/0，指的是0號插槽上編號為0的介面)的MAC地址相同，路由器知道該資料幀是發往本路由器的。路由器R1的資料連結層把資料幀進行解鎖裝，然後上傳到路由器R1的網路層，路由器R1看到資料包的目的IP地址是195.1.1.2，並不是發給本路由器的，需要路由器進行轉寄

　　路由器R1査詢自己的路由表，探索資料包應該從串列介面S1/1發出。路由器R1把資料包從Fa0/0介面交換到S1/1介面

　　此時R1並不能直接把這個資料包發出去，因為在R1的Fa0/0介面被解鎖裝，現在需要被重新再封裝。可以想象一個風雪交加的日子，進門的時候拿下帽子，出門的時候需要再戴上帽子。資料封裝也是這樣，在路由器的入介面解鎖裝，在路由器的出介面需要再封裝，和人取下帽子有區別的是，這裡解鎖裝去掉的內容和再封裝加上去的內容是不一樣的。網路層的封裝並沒有被解開，但並不意味著網路層的資訊一點都沒有改變，其實網路層的資料包中源和目的IP地址都沒有被改變(除非在網路位址轉譯的情況下)，但TTL(生存周期)會減1。網路層把資料包交給下層的資料連結層，資料連結層需要封裝二層的地址。串列鏈路不同於乙太網路，因為乙太網路是一個多路訪問的網路，要定位到目的裝置需要藉助於MAC地址，但串列線路一般的封裝協議都是PPP(Point-to-Point Protocol,點到點協議)或HDLC(High-Level Data Link Control,高階資料連結控制協議)封裝，這種封裝被用於點對點線路，也就是說，一根線纜只串連兩台裝置，一端發出，另一端肯定可以收到。假設串列線纜上使用的是PPP協議，則資料連結層封裝的源和目的地址都是PPP

　　資料連結層封裝後的資料幀被傳到物理層，轉換成二進位形式的位元流，從路由器R1的S1/1介面發送出去

 

步驟四：路由器2處理

　　路由器R2收到這個位元流，上傳至資料連結層，資料連結層去掉PPP的封裝。路由器R2査詢資料包的目的IP地址，發現該IP網路直接連接在Fa0/0介面，路由器R2把資料包交換到Fa0/0介面。路由器查看本地的ARP緩衝，如果找到195.1.1.2對應的MAC地址，則直接進行封裝；如果沒有找到，則發送ARP的查詢包。路由器R2發出資料幀的源地址是Fa0/0介面的MAC地址，目的地址是伺服器網卡的MAC地址

　　資料連結層封裝後的資料幀被傳到物理層，轉換成二進位形式的位元流，從路由器R2的Fa0/0介面發送出去

 步驟五：交換器處理

　　路由器R2發出的位元流到達交換器，交換器除了對位元流進行放大外，還根據源MAC地址進行學習，根據目的MAC地址進行轉寄。交換器根據資料幀中的目的MAC地址査詢MAC地址表，把位元流從對應的連接埠發送出去，交換器把位元流發往伺服器，並沒有發往PC3

 

步驟六：伺服器處理

　　伺服器接收到這個位元流，把位元流轉換成框架格式，上傳到資料連結層，伺服器探索資料幀中的目的MAC地址與本網卡的MAC地址相同，伺服器拆除資料連結層的封裝後，把資料包上傳到網路層。伺服器的網路層比較資料包中的目的IP地址，發現與原生IP地址相同，伺服器拆除網路層的封裝後，把資料分段上傳到傳輸層。傳輸層對資料分段進行確認、排序、重組，確保資料轉送的可靠性。資料最後被傳到伺服器的應用程式層

　　從PC1到Server的整個資料包流動過程，PC1執行OSI七層的封裝，然後把位元流傳到集線器；集線器在物理層把訊號簡單放大後，把位元流傳到路由器R1；R1執行OSI下三層的處理後，再把位元流傳到路由器R2；R2執行OSI下三層的處理後，再把位元流傳到交換器；交換器執行OSI下二層的處理後，再把位元流傳到伺服器

　　從這個流動過程中，可以探索資料流在中間裝置上主要執行的是OSI下三層的操作，物理層的裝置不改變幀的格式，廣播式轉寄：資料連結層的裝置也不改變幀的格式，但可以根據資料幀中的目的MAC地址進行轉寄；網路層的裝置改變幀的格式，要執行幀的解鎖裝和再封裝，但不改變資料包中的源和目的IP地址

 

步驟七：反向傳輸

　　伺服器收到PC1發過來的資料後，對PC1進行響應。和PC1處理的過程類似，伺服器也知道要發往一個遠端網路，資料連結層的目的MAC地址需要封裝網關的MAC地址；網路層源和目的IP地址與PC1發送過來的包相反，即把源地址變成目的地址，目的地址變成源地址；傳輸層源和目的連接埠與PC1發送過來的包相反，即把源連接埠變成目的連接埠，目的連接埠變成源連接埠

前端學HTTP之資料轉送