向xxxhub发了一个数据包,发现了一些不可告人的秘密

代码熬夜敲
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大家好,我是周杰伦。

那天,我突然想到一个问题:

当我访问那个让万千宅男程序员为之着迷的GitHub时,我电脑发出的数据包是如何抵达大洋彼岸的GitHub服务器的呢,这中间又要经过哪些节点呢?

让我们一起来探究下这个问题,请注意系好安全带,计算机网络快车要发车了···

IP报文

互联网把无数的手机、电脑、服务器、路由器、交换机等各种设备连接在一块儿,那这些设备之间要通过网络通信,自然就需要一套通信协议,TCP/IP就是这样一套协议。

包括浏览器在内的这些应用程序发出的数据,被HTTP、TCP、IP协议层层封装,最终形成一个个的IP报文,交给底层网卡发出去。

IP报文经过网络中节点的不断路由转发,最终来到了目标服务器。

那如何知道路由转发过程中,都经过了哪些网络节点呢?

Windows上的tracert程序和Linux上的traceroute程序就能够做到。

它们是如何做到的呢?

IP报文总不能无限制转发吧,万一搞了个循环转发,那不就没完没了了?网络中的IP报文有一个生存时间的概念,位于IP报文头部字段中——

TTL:time to live。

在这里插入图片描述

每经过一次转发,TTL的值就会减1。如果某一个节点发现TTL变成了0,就会丢掉这个IP报文,并给这个数据报文的发送者发一个超时的通知消息过去。

tracert和traceroute正是利用了IP协议中的这个特点,将TTL的值从1开始递增,观察都是谁给自己发回了这个通知,就能判断路由过程中经历了哪些节点了。

这两个程序的区别在于,tracert发送的是ICMP报文,traceroute发送的则是UDP报文。

路由跟踪

好了,基础知识交代完毕,赶紧来试一下,访问GitHub的情况。

首先ping了一下,拿到了GitHub的IP地址:140.80.121.3。注意,这个地址,不同地区的人拿到的可能不一样。

接下来路由跟踪一下吧:

F:\work>tracert 140.82.121.3

通过最多 30 个跃点跟踪
到 lb-140-82-121-3-fra.github.com [140.82.121.3] 的路由:

  1    <1 毫秒   <1 毫秒   <1 毫秒 10.??.??.1
  2    <1 毫秒   <1 毫秒   <1 毫秒 10.??.??.??
  3     2 ms     1 ms     1 ms  182.150.63.1
  4     *        *        *     请求超时。
  5     1 ms     *        2 ms  171.208.199.81
  6     *       25 ms     *     202.97.29.45
  7     *        *        *     请求超时。
  8    36 ms    37 ms    36 ms  202.97.91.190
  9   184 ms   191 ms   185 ms  202.97.27.242
 10   195 ms   194 ms   194 ms  xe-10-0-0.mpr4.sjc7.us.zip.zayo.com [64.125.14.45]
 11   190 ms   190 ms   190 ms  ae16.cr2.sjc2.us.zip.zayo.com [64.125.31.14]
 12   324 ms   325 ms   324 ms  ae27.cs2.sjc2.us.eth.zayo.com [64.125.30.232]
 13     *        *      333 ms  ae16.cs2.den5.us.zip.zayo.com [64.125.28.215]
 14   334 ms     *        *     ae5.cs4.ord2.us.eth.zayo.com [64.125.29.217]
 15     *      327 ms   325 ms  ae3.cs2.lga5.us.eth.zayo.com [64.125.29.212]
 16     *        *        *     请求超时。
 17     *        *        *     请求超时。
 18   332 ms   332 ms   340 ms  ae0.cs1.lhr15.uk.eth.zayo.com [64.125.29.119]
 19     *        *        *     请求超时。
 20   343 ms   338 ms     *     ae4.cs1.ams17.nl.eth.zayo.com [64.125.28.36]
 21   355 ms   353 ms   353 ms  ae2.cs1.fra6.de.eth.zayo.com [64.125.29.58]
 22   335 ms   334 ms   338 ms  ae1.mcs1.fra6.de.eth.zayo.com [64.125.29.57]
 23   340 ms   341 ms   341 ms  82.98.193.31
 24     *        *        *     请求超时。
 25     *        *        *     请求超时。
 26   335 ms   343 ms   343 ms  lb-140-82-121-3-fra.github.com [140.82.121.3]

可以看到,经过了26个节点的转发后,最终到达了GitHub服务器。也就是说,你电脑发出的IP报文的TTL至少要大于等于26才能抵达GitHub,否则就会中道崩殂。

【配套技术文档】

接下来,咱们来看一下,这一路都去了哪里?

1-2

数据包从我的计算机发出后,遇到的第一个转发节点就是我的本地局域网网关:10.??.??.1。为了安全性,我把IP地址进行了脱敏,中间两段用?代替。

这之后第二个节点还是局域网的地址,由此可见,我所在的网络格局,经过了两级局域网路由转发才上了公网。

3

第三个转发节点是一个公网地址:182.150.63.1,查了一下发现位于成都市武侯区,这和我的实际情况相符。

在这里插入图片描述

4

接下来的第四个路由节点就有点迷了,三个时间点都是*,tracert显示请求超时。出现这个意味着tracert程序在将TTL设置为4后,没有收到通知,或者等待的时间太久。网络中的有一些节点出于安全考虑可能并不会发送超时通知。

如此一来,tracert便无法知道这第四个节点到底是谁。

5

第五个节点是:171.208.199.81,仍然还在成都。

在这里插入图片描述

6

第六个节点时:202.97.29.45,到了北京了。

在这里插入图片描述

【配套技术文档】

在这里插入图片描述

7

第七个节点和第四个一样,也看不到。

8

第八个节点:202.97.91.190,来到上海了。

在这里插入图片描述

9

第九个节点:202.97.27.242,还在上海。

在这里插入图片描述

10

第十个节点:出国了,美国加利福尼亚州。

在这里插入图片描述

后面的咱就不看了,就是在美国境内各个节点的转发了。

接下来看一下,这是一条什么样的路径呢?

ChinaNet

网络数据包出了咱们本地的局域网后,就会通过电信运营商提供的城域网最终接入到更大的骨干网。

中国大陆地区的民用骨干网主要有四个:

    ChinaNet:中国电信163骨干网
    CN2:中国电信下一代承载网
    CHINA169:中国联通169骨干网
    CMNET:中国移动骨干网

其中中国电信的163骨干网和中国联通的169骨干网是最主要的两个骨干网,承载了中国互联网绝大多数的流量。

我所在的网络,最后接入的就是中国电信的163骨干网,下面是163骨干网的一个大致网络拓扑图。

在这里插入图片描述

163骨干网在全国总共有9个核心节点:

    超级核心:北京、上海、广州
    普通核心:天津、西安、南京、杭州、武汉、成都

9个核心节点各自负责中国大陆的一部分区域。

在北京、上海、广州三个超级核心下还挂有国际网间互联设备(X路由器) ,ChinaNet通过X路由器与世界上其他运营商互联和流量互访。

因此,通过163网络出国,必然经过北上广三个核心节点之一。

GitHub的服务器位于美国,对于一个要出国的数据包,它在出国前的大致旅程是这样的:

本地局域网 -> 市级网络 -> 省级网络 -> 核心节点 -> 国际出口 -> 境外接入点

这个过程跟我们上面tracert追踪到的路径是吻合的。

想不到吧,就那么一回车,数据包竟然就跑了这么多地方,计算机网络真是一个神奇的玩意。

【配套技术文档】

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