当你访问一个网站时，数据是怎么传输的呢

摘要： 本文详细阐述了电脑访问网站时数据从电脑端逐步传输到服务器端的完整过程，深入剖析了每一步骤中数据的形态变化以及所涉及的网络协议，包括应用层的 HTTP 与 DNS、传输层的 TCP、网络层的 IP 以及数据链路层的以太网等协议的协同工作机制，旨在让读者全面深入地理解这一复杂但至关重要的网络数据传输流程。

一、引言

在当今数字化信息时代，电脑访问网站已成为人们日常工作、学习和生活中不可或缺的一部分。看似简单的在浏览器中输入网址并瞬间获取网页内容的操作，背后实则隐藏着一套复杂而精妙的网络数据传输体系。从电脑端发起请求到服务器端响应并返回数据，数据需要在多个网络层次和众多协议的协同作用下，穿越各种网络设备，才能最终呈现在用户面前。深入探究这一过程，不仅有助于我们更好地理解网络技术的底层原理，对于网络故障排查、网络性能优化以及网络安全保障等方面也具有极为重要的意义。

二、电脑端的前期准备与请求发起

（一）域名解析（DNS）

当用户在电脑浏览器中输入一个网站的域名（如 www.example.com）时，电脑首先要做的是将这个便于人类记忆的域名转换为网络设备能够识别的 IP 地址，这一过程由域名系统（DNS）协议来完成。

1. 本地缓存查询
   浏览器会先检查自身的缓存，看是否已经存在该域名对应的 IP 地址记录。如果在近期曾经访问过该网站，那么很可能在浏览器缓存中就能找到对应的 IP 地址，这样就可以直接跳过后续的 DNS 查询步骤，大大提高访问速度。例如，用户在短时间内多次访问同一个网站时，通常第一次访问后，后续访问就会因为浏览器缓存而迅速加载页面。
2. 本地 DNS 服务器查询
   如果浏览器缓存中没有找到相应记录，浏览器会向本地 DNS 服务器发送查询请求。本地 DNS 服务器一般由网络服务提供商（ISP）设置，它会在自己的缓存中查找域名对应的 IP 地址。如果本地 DNS 服务器的缓存中有该记录，它会将 IP 地址返回给电脑浏览器。
3. 递归查询过程
   若本地 DNS 服务器缓存中也未找到，它会向根 DNS 服务器发起查询。根 DNS 服务器并不直接知晓目标域名的具体 IP 地址，但它知道顶级域名（TLD）服务器的地址。根 DNS 服务器会返回顶级域名服务器（如.com、.net、.org 等）的地址给本地 DNS 服务器。本地 DNS 服务器接着向顶级域名服务器查询，顶级域名服务器会返回权威 DNS 服务器的地址，该权威 DNS 服务器专门负责管理目标域名的解析信息。最后，本地 DNS 服务器向权威 DNS 服务器查询，权威 DNS 服务器返回目标域名对应的 IP 地址给本地 DNS 服务器，本地 DNS 服务器再将其传递给电脑浏览器，并将该记录缓存起来，以备后续使用。

（二）HTTP 请求构建

在获取到目标网站的 IP 地址后，电脑便开始构建 HTTP 请求报文，这是基于超文本传输协议（HTTP）进行的操作。

1. 请求行
   HTTP 请求报文的第一行是请求行，它包含了请求方法、请求的 URL 路径以及 HTTP 协议版本。常见的请求方法有 GET（用于获取资源，如网页内容、图片等）、POST（用于向服务器提交数据，如表单数据）、PUT（用于更新服务器资源）、DELETE（用于删除服务器资源）等。例如，当我们在浏览器中访问一个网页时，通常使用的是 GET 方法，请求行可能如下：“GET /index.html HTTP/1.1”，这里表示使用 GET 方法请求服务器根目录下的 index.html 文件，遵循 HTTP 1.1 版本协议。
2. 请求头
   请求头包含了一系列关于请求的附加信息，如浏览器的类型（通过 User-Agent 字段表示），这有助于服务器了解客户端的环境，以便提供合适的响应内容。例如，“User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/90.0.4430.212 Safari/537.36” 表明用户使用的是 Windows 10 操作系统下的 Chrome 浏览器。还有 Accept 字段用于告知服务器客户端能够接受的内容类型，如 “Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,image/apng,/;q=0.8,application/signed-exchange;v=0.9”，表示浏览器可以接受多种类型的文本、图像等数据。另外，Connection 字段可设置是否保持连接，如 “Connection: keep-alive”，表示希望在本次请求后保持与服务器的连接，以便后续请求能够复用该连接，提高访问效率。
3. 请求体（可选）
   如果是 POST 等需要提交数据的请求方法，请求报文还会包含请求体，用于携带要提交的数据。例如，在用户登录网站时，用户名和密码等信息就会被包含在请求体中发送给服务器。

三、数据在电脑网络协议栈中的封装

（一）传输层：TCP 协议封装

构建好的 HTTP 请求报文会被传递到操作系统的网络协议栈中的传输层，在这里，传输控制协议（TCP）将对数据进行处理。

1. 端口号分配
   TCP 协议首先会为本次连接分配源端口号和目标端口号。源端口号是本地电脑上随机生成的一个未被占用的端口号，用于标识本地应用程序（在这里就是浏览器）。目标端口号则是服务器上特定服务所监听的端口号，对于 HTTP 协议，默认的目标端口号是 80（如果是 HTTPS 则是 443）。例如，源端口号可能是 50000，目标端口号是 80，这样就确定了数据在传输层的两个端点。
2. 三次握手建立连接
   在数据传输之前，TCP 需要通过三次握手与服务器建立可靠的连接。首先，电脑发送一个 SYN（同步）包给服务器，这个包中包含一个随机生成的序列号（seq=x），表示电脑希望与服务器建立连接并初始化序列号。服务器收到后，回复一个 SYN + ACK 包，其中确认号（ack=x + 1）表示确认收到电脑的 SYN 包，同时自己也生成一个序列号（seq=y）并发送给电脑。最后，电脑再发送一个 ACK 包，确认号（ack=y + 1），至此，TCP 连接正式建立。这一过程确保了双方都有发送和接收数据的能力，并且对初始序列号达成共识，为后续可靠的数据传输奠定了基础。
3. 数据分割与编号
   TCP 将 HTTP 请求报文分割成合适大小的报文段，并为每个报文段添加序列号。这些序列号用于在接收端重新组装报文段，以确保数据的顺序性。例如，一个较长的 HTTP 请求报文可能被分割成多个 TCP 报文段，第一个报文段的序列号为 100，第二个可能为 200 等，依次递增。同时，TCP 还会设置窗口大小，用于流量控制，告知对方自己能够接收的数据量，避免发送方发送过多数据导致接收方缓冲区溢出。

（二）网络层：IP 协议封装

经过 TCP 封装后的报文段会被传递到网络层，在这里，网际协议（IP）将对数据进行进一步处理。

1. IP 头部添加
   IP 协议会为数据添加 IP 头部，其中包含源 IP 地址（即电脑的 IP 地址）和目标 IP 地址（通过 DNS 解析得到的服务器 IP 地址）。此外，IP 头部还包括其他信息，如 IP 版本号（通常为 4，即 IPv4）、首部长度、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间（TTL）、协议类型（这里是 TCP，值为 6）以及首部校验和等。例如，一个简化的 IP 头部可能如下：
   | 字段 | 描述 |
   |---|---|
   | 版本 | 4 |
   | 首部长度 | 以 4 字节为单位的首部长度 |
   | 总长度 | 整个 IP 数据包的长度 |
   | 标识 | 用于标识分片 |
   | 标志 | 控制分片相关操作 |
   | 片偏移 | 分片在原始数据中的相对位置 |
   | 生存时间（TTL） | 数据包在网络中可经过的最大跳数，初始值一般为 64 或 128，每经过一个路由器，TTL 值减 1 |
   | 协议 | 6（表示 TCP） |
   | 首部校验和 | 用于检测 IP 头部的错误 |
   | 源 IP 地址 | 电脑的 IP 地址 |
   | 目标 IP 地址 | 服务器的 IP 地址 |
2. 路由选择基础
   IP 数据包的目标 IP 地址是服务器的地址，网络层的路由器会根据这个目标 IP 地址来确定数据的转发路径。路由器通过查询路由表，将目标 IP 地址与路由表中的网络地址和子网掩码进行匹配，找到合适的下一跳地址，从而引导数据包逐步向服务器所在网络移动。

（三）数据链路层：以太网协议封装（以以太网为例）

在网络层封装后的 IP 数据包会被传递到数据链路层，这里以最常见的以太网协议为例进行说明。

1. 以太网帧构建
   以太网协议会将 IP 数据包封装成以太网帧。以太网帧包含前导码（7 字节的同步序列）、帧起始定界符（1 字节，标识帧的开始）、目的 MAC 地址（6 字节，初始时为默认网关，如路由器的 MAC 地址）、源 MAC 地址（6 字节，电脑网卡的 MAC 地址）、类型（2 字节，这里表示上层协议为 IP，值为 0x0800）、数据（即 IP 数据包）以及帧校验序列（FCS，4 字节，用于检测帧在传输过程中的错误）。例如，一个以太网帧的结构大致如下：
   | 字段 | 描述 |
   |---|---|
   | 前导码 | 7 字节的同步序列 |
   | 帧起始定界符 | 1 字节，标识帧的开始 |
   | 目的 MAC 地址 | 6 字节，目标设备的 MAC 地址 |
   | 源 MAC 地址 | 6 字节，发送设备的 MAC 地址 |
   | 类型 | 2 字节，上层协议类型 |
   | 数据 | 46 - 1500 字节，IP 数据包 |
   | 帧校验序列 | 4 字节，用于错误检测 |
2. MAC 地址的作用
   目的 MAC 地址在数据链路层起着关键作用，它决定了数据帧在局域网中的传输方向。在初始阶段，电脑不知道服务器的 MAC 地址，所以将数据帧发送到默认网关（路由器）的 MAC 地址，由路由器根据 IP 数据包中的目标 IP 地址进行进一步的转发处理。

四、数据在网络中的传输

（一）从电脑到交换机

电脑将封装好的以太网帧通过网卡发送到网络中，数据首先到达局域网中的交换机。

1. 数据接收与 MAC 地址学习
   交换机接收到以太网帧后，会记录下源 MAC 地址以及该帧进入的端口号，并将其添加到自己的 MAC 地址表中。例如，如果电脑 A 的 MAC 地址为 00:11:22:33:44:55，它发送的帧从交换机的端口 1 进入，交换机就会将 (00:11:22:33:44:55, 1) 添加到 MAC 地址表中。这样，交换机就能够逐渐学习到局域网中各个设备的 MAC 地址与端口的对应关系。
2. 数据转发
   交换机查看以太网帧中的目的 MAC 地址，然后在 MAC 地址表中查找对应的端口。如果找到匹配的条目，交换机就会将该帧从对应的端口转发出去。如果目的 MAC 地址是广播地址（如 FF:FF:FF:FF:FF:FF）或者在 MAC 地址表中没有找到匹配的条目，交换机就会将该帧广播到除了接收端口之外的所有端口。这种广播机制在局域网内某些情况下是必要的，例如在进行 ARP（地址解析协议）请求时，设备需要通过广播来询问某个 IP 地址对应的 MAC 地址。

（二）从交换机到路由器

交换机将数据帧转发到相应的端口后，数据帧会沿着网络线路传输到路由器。

1. 数据接收与解封装
   路由器接收来自交换机的数据帧，并将其解封装到网络层，得到 IP 数据包。路由器会检查 IP 数据包的头部信息，包括源 IP 地址、目标 IP 地址、TTL 等。
2. 路由选择与转发
   路由器根据目标 IP 地址，查询自己的路由表来确定数据的转发路径。路由表中包含了网络地址、子网掩码、下一跳地址、出接口等信息。路由器通过将目标 IP 地址与路由表中的网络地址和子网掩码进行匹配，找到最合适的路由条目。例如，如果目标 IP 地址为 192.168.2.10，路由表中有一条目为网络地址 192.168.2.0/24，子网掩码 255.255.255.0，下一跳地址 192.168.1.2，出接口为以太网接口 0，且目标 IP 地址与该网络地址匹配，路由器就会将数据转发到下一跳地址 192.168.1.2 对应的设备（可能是另一个路由器或服务器所在网络的接入设备）。路由器在网络层起着核心的路由转发作用，它能够根据网络拓扑结构和路由策略，将数据包从源网络逐步转发到目标网络。

（三）在广域网中的传输

如果服务器位于广域网中的其他网络，数据在经过本地网络的交换机和路由器后，会进入广域网进行传输。在广域网中，数据可能会经过多个运营商的网络设备，如骨干路由器、光传输设备等。这些设备同样依据 IP 协议和路由表进行数据的转发。在广域网传输过程中，数据可能会跨越不同的地域和网络类型，如从城市 A 的局域网通过城域网连接到骨干网，再传输到城市 B 的网络，最终到达服务器所在的网络。

五、服务器端的接收与处理

（一）数据接收与解封装

当数据帧最终到达服务器所在的网络后，会通过服务器网络接入设备（如交换机）到达服务器的网卡。服务器网卡将接收到的数据帧解封装到网络层，得到 IP 数据包，再解封装到传输层，得到 TCP 报文段，最后将其交给服务器的操作系统内核中的 TCP/IP 协议栈进行处理。

（二）HTTP 请求处理

服务器的 Web 服务器软件（如 Apache、Nginx 等）会解析 HTTP 请求报文，根据请求的方法、URL 等信息，执行相应的业务逻辑。如果请求的是一个静态网页资源，服务器会直接从文件系统中读取该文件，并按照 HTTP 协议构建响应报文。如果请求的是一个动态网页资源，服务器可能会将请求交给后端的应用程序服务器（如 PHP、Python Django 等）进行处理，应用程序服务器会执行相应的代码，如查询数据库、生成动态内容等，然后将结果返回给 Web 服务器软件，Web 服务器软件再构建 HTTP 响应报文。

六、服务器响应数据的返回

服务器构建好 HTTP 响应报文后，会按照与接收请求类似的过程，将响应数据通过 TCP/IP 协议栈进行封装，依次添加 TCP 头部、IP 头部和数据链路层头部等信息，然后通过网卡将数据帧发送到网络中。数据会沿着网络路径，经过路由器、交换机等设备，最终返回到客户端电脑。客户端电脑的浏览器接收到响应数据后，会解封装并解析 HTTP 响应报文，根据响应头中的信息处理响应体中的数据，如显示网页内容、处理图片等，从而完成整个电脑访问网站的过程。

七、总结

电脑访问网站时数据的传输过程是一个涉及多个层次、多种协议以及众多网络设备协同工作的复杂体系。从域名解析开始，到 HTTP 请求构建、各层协议的封装、数据在网络中的传输，再到服务器端的处理和响应返回，每一个环节都紧密相连，不可或缺。深入理解这一过程对于网络工程师、计算机专业学生以及对网络技术感兴趣的人士来说至关重要，它不仅有助于我们更好地理解网络的运行机制，在网络故障排查、性能优化、安全防护等方面也具有不可替代的作用。随着网络技术的不断发展，如 IPv6 的逐步普及、新型网络协议的出现以及网络架构的不断演进，这一基本的数据传输过程也在不断地发展和完善，以适应日益增长的网络应用需求和更高的性能要求。

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_60315436/article/details/144176375

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