前言
最近在整理網絡抓包分析相關的資料，同時又在閱讀《網絡是怎樣連接的》。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一定的基礎，對TCP/IP四層協議有一定的了解，也大致了解網絡通訊抓包。
設備聯網
在一個局域網內，在網絡層，通過IP確定來確定數據包發往哪里，在同一個局域網內，IP地址必須唯一。而在數據鏈路層，則通過MAC地址保證設備的唯一。
DHCP
加入設備剛聯網沒有設置靜態IP時，需要通過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地址范圍，客戶機登錄服務器時就可以自動獲得服務器分配的IP地址和子網掩碼。
在一個局域網內可以有一個或多個DHCP服務器。比如日常家里使用路由器上網，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，則通常需要部署一個DHCP服務器或多個DHCP服務器形成一個DHCP服務集群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）。
- 由於客戶端首次連接互聯網，並不知道DHCP服務器的地址，因此客戶端首先需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網絡數據包如下圖所示。
此時並沒有IP地址，所以原始IP地址為0.0.0.0，客戶端的MAC地址是95:57:02:4a:09:01。每個DHCP處理階段都會有一個會話ID，用於標記是哪次的DHCP請求。
- 當DHCP服務器收到請求時，會從可用的IP池中獲取一個IP，通過
DHCP Offer請求返回。
由於客戶端一個網卡只能設置一個IP。因此即使有多個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地址為95:57:02:4a:09:01的客戶端返回的IP地址為192.168.137.60。
- 由於同一個局域網內可能有多個DHCP服務器，因此，為了告訴其他的DHCP服務器，被使用的新的IP，客戶端會通過
DHCP Request請求進行廣播告訴所有人當前客戶端選擇使用的IP地址。
這樣如果這個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，如果不是當前DHCP服務分配的，它就會忽略該請求。
在以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范圍不能重合，否則可能導致分配個多個設備同樣的IP，導致設備無法上網。實際路由器應該可以識別將
DHCP Request的IP也設置為被租賃狀態，避免該IP再次被使用。不確定現在新的路由器設備是否還會有該問題。
- DHCP服務確認返回
在返回確認的同時，還會告知客戶端IP可使用的期限。當到達期限時，這個IP就會被DHCP回收，客戶端需要重新向DHCP服務器申請一個新的IP。
最后當設備設置IP時，就會發送一個ARP探針請求的廣播，發送該請求時，客戶端還沒有設置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
現在我們的設備已經有了IP地址，可以訪問局域網了，只要路由器有連外網，就可以將設備的請求轉發到互聯網，也就是說我們的設備已經可以連接互聯網了。
當我們需要訪問互聯網時，比如要訪問connectivitycheck.platform.hicloud.com，我們首先要獲取到該地址的IP。通過DNS協議可以將域名轉換為實際IP。但是在講解DNS之前，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協議就發揮作用了。
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，為什么我們有了IP地址，還需要MAC地址呢？因為在通常情況下我們發送數據到目標IP時，IP是確定的（除非NAT地址轉換），但是我們通過路由器需要轉發到下個路由器時，則需要通過修改MAC地址為下一跳的路由器的MAC地址實現數據轉發。因此在網絡通訊的時候光有IP地址還不夠，我們需要獲取到設備的MAC地址才行。
通過ARP協議發送廣播詢問對應IP的MAC地址，所有設備收到會校驗當前的IP，若與ARP請求的IP一致，則會將自己的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響應后就會把對應的IP和MAC地址保存到自己的ARP緩存種，下次請求IP時就不需要再查詢MAC地址，直接可以從緩存中獲取。
當客戶端獲取到了DNS的MAC地址時，就可以向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協議通過DNS請求查詢指定域名的地址或別名等信息。DNS服務器如果存在該域名，則返回查詢到的信息，否則從上一級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。
當通過DNS協議查詢到域名對應IP時，請求就可以通過該IP發送到對端。若目標IP不在當前同一子網內，因此會通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
- 《網絡是怎樣連接的》
- 《Wireshark數據包分析實戰詳解》
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出處：https://www.cnblogs.com/Jack-Blog/p/13423355.html
作者：傑哥很忙
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