梳理 OSI 网络模型：基于访问一个网站的全过程
本文最后更新于 2025年8月17日 22:12
这篇文章基于访问一个网站的全过程，来梳理一下数据从网络中的一个 Node 传输到另一个 Node 所经历的状态，以及其中涉及到的 OSI 网络七层模型的知识。
什么是 OSI 七层网络模型
OSI 定义了网络互连的七层框架：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层（自底向上）。每一层实现各自的功能和协议，并完成与相邻层的接口通信。OSI 的服务定义详细说明了各层所提供的服务，某一层的服务就是该层及其下各层的一种能力，它通过接口提供给更高一层，各层所提供的服务与这些服务是怎么实现的无关。每层的主要功能如下图所示：
当我们在浏览器的地址栏输入了一个域名，按下回车后，浏览器是如何渲染出这个页面的呢？接下来我们就基于这个背景，梳理一下整个过程。
URL 解析
用户在地址栏中输入的域名 https://www.example.com 包含多个部分：
- 协议：
https://，使用 HTTPS（基于三次握手建立 TCP 连接后，多了一个 SSL/TLS 握手的过程）。 - 主机名：
www.example.com，需要解析为 IP 地址。 - 端口号（隐含）：默认 HTTPS 使用 443 端口，HTTP 使用 80 端口。
- 路径（如
/index.html）：指向服务器的具体资源。
DNS 解析
由于计算机只能识别 IP 地址，浏览器需要将域名 www.example.com 解析为服务器的 IP 地址。这涉及 DNS（Domain Name System），具体流程如下：
浏览器缓存检查
浏览器会先检查 本地缓存（浏览器 DNS 缓存、操作系统缓存，如 hosts 文件）中是否已有 www.example.com 的 IP 地址。
递归查询 DNS 服务器
如果缓存中没有，浏览器向 本地 DNS 服务器（LDNS，通常由 ISP 提供） 发送 DNS 查询请求。
- 如果本地 DNS 服务器已有缓存，则直接返回 IP。
- 如果没有，本地 DNS 服务器执行 递归查询，向上级 DNS 服务器请求解析。
- 根 DNS 服务器（
.） 返回.com顶级域 DNS 服务器的地址。 - 顶级域 DNS 服务器（如
.com） 返回example.com的 权威 DNS 服务器 地址。 - 权威 DNS 服务器 直接返回
www.example.com的 IP 地址（如192.0.2.1）。
- 根 DNS 服务器（
- 本地 DNS 服务器将 IP 地址缓存一段时间，以提高解析速度。
最终，浏览器获取 www.example.com -> 192.0.2.1，DNS 解析完成。
通过 ARP 协议获取 MAC 地址
现在，浏览器准备向 192.0.2.1 发送数据，但 IP 地址（用于网络层）无法直接用于本地网络通信。此时，计算机需要通过 ARP 协议（网络层协议）获取服务器的 MAC 地址（MAC 地址用于数据链路层），过程如下：
检查 ARP 缓存
主机检查本地 ARP 表（arp -a）是否已有 192.0.2.1 的 MAC 地址。
发送 ARP 请求
如果本地 ARP 表没有目标 MAC 地址，计算机会广播发送 ARP 请求：
1 | |
服务器响应 ARP
服务器收到 ARP 请求后，返回 ARP 响应，包含 192.0.2.1 的 MAC 地址。
1 | |
本机收到 MAC 地址后，会将其缓存到 ARP 表中。
三次握手建立 TCP 连接
现在，我们已经有了服务器的 IP 地址和 MAC 地址，可以使用 TCP 建立连接。TCP 通过 三次握手 确保连接可靠：
- 客户端 → 服务器：发送
SYN包，请求建立连接：SYN=1, Seq=X - 服务器 → 客户端：服务器响应
SYN-ACK，确认连接：SYN=1, ACK=1, Seq=Y, Ack=X+1 - 客户端 → 服务器：客户端发送
ACK，连接建立：ACK=1, Seq=X+1, Ack=Y+1
TLS 握手（HTTPS 协议）
如果是 HTTPS，则进行 TLS（传输层安全协议） 握手，以建立加密通道：
- 客户端 → 服务器：发送
ClientHello，包括支持的加密算法。 - 服务器 → 客户端：发送
ServerHello和 SSL 证书。 - 密钥交换：客户端验证证书，生成共享密钥。
- 建立安全通道，后续通信被加密。
发送 HTTP 请求
客户端向服务器发送 HTTP 请求，如：
1 | |
- **
GET**：请求网页资源 - **
Host**：目标服务器 - **
User-Agent**：浏览器信息
服务器处理请求并返回响应
服务器接收到 HTTP 请求后，执行以下操作：
- 检查资源是否存在，如果
/index.html找不到，则返回404 Not Found。 - 查询数据库，如果请求动态内容（如用户信息）。
- 返回 HTTP 响应：
1 | |
数据传输过程（IP 数据包 + 物理传输）
IP 分片
如果数据包过大（超过 MTU，通常 1500 字节），IP 层会进行 分片，以便在网络上传输。
数据链路层封装
IP 数据包 添加 MAC 头部，形成 以太网帧：
text 1
目标 MAC | 源 MAC | 以太网类型 | 数据（IP 包）以太网帧通过 交换机（Switch） 进行转发。
物理层传输
- 数据以 电信号（有线）或 无线信号（Wi-Fi）发送到服务器。
浏览器解析 HTML 并渲染
- 构建 DOM 树（解析 HTML）
- 解析 CSS 并应用样式
- 执行 JavaScript（如动态加载）
- 绘制页面，显示给用户
连接关闭（TCP 四次挥手）
- 客户端 → 服务器：发送
FIN，请求关闭连接。 - 服务器 → 客户端：返回
ACK，确认关闭。 - 服务器 → 客户端：发送
FIN，请求关闭。 - 客户端 → 服务器：返回
ACK，连接断开。