互联网高频面：输入URL按下回车后，中间发生了什么

题目

输入URL按下回车后，中间发生了什么

这个问题其实是计算机网络里面很经典的一个问题，不能去死机硬背，很考察对网络架构和通信原理的理解，也是各个互联网大厂喜欢考察的面试题。

一些图片参考了小林的计算机网络面经

从输入网址到确定，用户其实是无感的，因为这个中间事件正常时一秒钟不到。但是在计算机的底层却发生了很多的变化。

因特网的架构是基于TCP/IP的，所以我也从TCP/IP去分析这个过程。

整个互联网的拓扑架构：数据报离开了本地的，中间需要经历多个交换机、路由器。
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TCP/IP

首先得回顾一下tcp/ip的架构。每一层的基本协议包括：
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TCP/IP协议的核心在于网络层和传输层。

分析

URL->IP

输入URL访问南京工程学院，发生在应用层，是应用层之间的操作。
我们知道路由器转发数据包时根据数据包的目的IP地址来转发的，所以需要知道南京工程学院的IP地址，这个如何解决呢？

依靠了应用层的DNS解析，本地电脑会通过DNS解析来将URL转为对应的IP地址。
DNS本质上是一个分布式数据库，里面存着一张二维表格，域名和IP是一一对应的关系，底层用b+树索引，便于快速检索需要的ip地址。
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首先会在本地DNS缓存服务器里面找有没有，如果没有就向根域名服务器发送请求。有两种查询方式一种是迭代查询、另一种是递归查询。

拓展DNS请求的过程所用的是UDP协议。

产生请求消息

请求的内容会变为HTTP报文，本地向服务器发送的是http报文。
http分为get请求和post请求。
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到达传输层

因特网的网络层给上层提供的不可靠的服务，所有的压力都给了传输层。
TCP具有：流量控制、拥塞控制、滑动窗户。为了保证传输的安全，传输之前要建立三次握手，结束后需要进行四次挥手。

UDP可以用来广播，它是不可靠的。

TCP的报文格式：
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首先，源端口号和目标端口号是不可少的，如果没有这两个端口号，数据就不知道应该发给哪个应用。

接下来有包的序号，这个是为了解决包乱序的问题。

还有应该有的是确认号，目的是确认发出去对方是否有收到。如果没有收到就应该重新发送，直到送达，这个是为了解决丢包的问题。

接下来还有一些状态位。例如 SYN 是发起一个连接，ACK 是回复，RST 是重新连接，FIN 是结束连接等。TCP 是面向连接的，因而双方要维护连接的状态，这些带状态位的包的发送，会引起双方的状态变更。

还有一个重要的就是窗口大小。TCP 要做流量控制，通信双方各声明一个窗口（缓存大小），标识自己当前能够的处理能力，别发送的太快，撑死我，也别发的太慢，饿死我。

除了做流量控制以外，TCP还会做拥塞控制，对于真正的通路堵车不堵车，它无能为力，唯一能做的就是控制自己，也即控制发送的速度。不能改变世界，就改变自己嘛。

建立连接进行三次握手:
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一开始，客户端和服务端都处于 CLOSED 状态。先是服务端主动监听某个端口，处于 LISTEN 状态。

然后客户端主动发起连接 SYN，之后处于 SYN-SENT 状态。

服务端收到发起的连接，返回 SYN，并且 ACK 客户端的 SYN，之后处于 SYN-RCVD 状态。

客户端收到服务端发送的 SYN 和 ACK 之后，发送对 SYN 确认的 ACK，之后处于 ESTABLISHED 状态，因为它一发一收成功了。

服务端收到 ACK 的 ACK 之后，处于 ESTABLISHED 状态，因为它也一发一收了。

所以三次握手目的是保证双方都有发送和接收的能力

TCP还会进行数据分割:
如果 HTTP 请求消息比较长，超过了 MSS 的长度，这时 TCP 就需要把 HTTP 的数据拆解成一块块的数据发送，而不是一次性发送所有数据。
在这里插入图片描述 MTU：一个网络包的最大长度，以太网中一般为 1500 字节。
MSS：除去 IP 和 TCP 头部之后，一个网络包所能容纳的 TCP 数据的最大长度。

数据会被以 MSS 的长度为单位进行拆分，拆分出来的每一块数据都会被放进单独的网络包中。也就是在每个被拆分的数据加上 TCP 头信息，然后交给 IP 模块来发送数据
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TCP 协议里面会有两个端口，一个是浏览器监听的端口（通常是随机生成的），一个是 Web 服务器监听的端口（HTTP 默认端口号是 80， HTTPS 默认端口号是 443）。

在双方建立了连接后，TCP 报文中的数据部分就是存放 HTTP 头部 + 数据，组装好 TCP 报文之后，就需交给下面的网络层处理
报文格式如下:
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到达网络层

首先将自己的ip地址封装到数据包里面。

网络层有ARP和ICMP协议。
ICMP 用于告知网络包传送过程中产生的错误以及各种控制信息。
ARP 用于根据 IP 地址查询相应的以太网 MAC 地址

为什么要mac地址

ip地址只能定位，就像可以找到你住的小区一样，而只有MAC地址才能确定一个人的身份信息。所以到了小区里面就要找到MAC地址，这个过程用了ARP协议，通过广播的形式找到目标的MAC地址，回来时单播的形式。
在这里插入图片描述在后续操作系统会把本次查询结果放到一块叫做 ARP 缓存的内存空间留着以后用，不过缓存的时间就几分钟。