向 xxxhub 發了一個數據包，發現了···
大家好，我是軒轅。
那天，我突然想到一個問題：
當我訪問那個讓萬千宅男程序員為之著迷的GitHub時，我電腦發出的數據包是如何抵達大洋彼岸的GitHub服務器的呢，這中間又要經過哪些節點呢?
讓我們一起來探究下這個問題，請注意系好安全帶，軒轅的計算機網絡快車要發車了···
IP報文
互聯網把無數的手機、電腦、服務器、路由器、交換機等各種設備連接在一塊兒，那這些設備之間要通過網絡通信，自然就需要一套通信協議，TCP/IP就是這樣一套協議。
包括瀏覽器在內的這些應用程序發出的數據，被HTTP、TCP、IP協議層層封裝，最終形成一個個的IP報文，交給底層網卡發出去。
IP報文經過網絡中節點的不斷路由轉發，最終來到了目標服務器。
那如何知道路由轉發過程中，都經過了哪些網絡節點呢?
Windows上的tracert程序和Linux上的traceroute程序就能夠做到。
它們是如何做到的呢?
IP報文總不能無限制轉發吧，萬一搞了個循環轉發，那不就沒完沒了了?網絡中的IP報文有一個生存時間的概念，位于IP報文頭部字段中——TTL：time to live。
每經過一次轉發，TTL的值就會減1。如果某一個節點發現TTL變成了0，就會丟掉這個IP報文，并給這個數據報文的發送者發一個超時的通知消息過去。
tracert和traceroute正是利用了IP協議中的這個特點，將TTL的值從1開始遞增，觀察都是誰給自己發回了這個通知，就能判斷路由過程中經歷了哪些節點了。
這兩個程序的區別在于，tracert發送的是ICMP報文，traceroute發送的則是UDP報文。
路由跟蹤
好了，基礎知識交代完畢，趕緊來試一下，訪問GitHub的情況。
首先ping了一下，拿到了GitHub的IP地址：140.80.121.3。注意，這個地址，不同地區的人拿到的可能不一樣。
接下來路由跟蹤一下吧：
- F:\work>tracert 140.82.121.3
- 通過最多 30 個躍點跟蹤
- 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 * * * 請求超時。
- 5 1 ms * 2 ms 171.208.199.81
- 6 * 25 ms * 202.97.29.45
- 7 * * * 請求超時。
- 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 * * * 請求超時。
- 17 * * * 請求超時。
- 18 332 ms 332 ms 340 ms ae0.cs1.lhr15.uk.eth.zayo.com [64.125.29.119]
- 19 * * * 請求超時。
- 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 * * * 請求超時。
- 25 * * * 請求超時。
- 26 335 ms 343 ms 343 ms lb-140-82-121-3-fra.github.com [140.82.121.3]
可以看到，經過了26個節點的轉發后，最終到達了GitHub服務器。也就是說，你電腦發出的IP報文的TTL至少要大于等于26才能抵達GitHub，否則就會中道崩殂。
接下來，咱們來看一下，這一路都去了哪里?
1-2數據包從我的計算機發出后，遇到的第一個轉發節點就是我的本地局域網網關：10.??.??.1。為了安全性，我把IP地址進行了脫敏，中間兩段用?代替。
這之后第二個節點還是局域網的地址，由此可見，我所在的網絡格局，經過了兩級局域網路由轉發才上了公網。
3第三個轉發節點是一個公網地址：182.150.63.1，查了一下發現位于成都市武侯區，這和我的實際情況相符。
4接下來的第四個路由節點就有點迷了，三個時間點都是*，tracert顯示請求超時。出現這個意味著tracert程序在將TTL設置為4后，沒有收到通知，或者等待的時間太久。網絡中的有一些節點出于安全考慮可能并不會發送超時通知。
如此一來，tracert便無法知道這第四個節點到底是誰。
5第五個節點是：171.208.199.81，仍然還在成都。
6第六個節點時：202.97.29.45，到了北京了。
7第七個節點和第四個一樣，也看不到。
8第八個節點：202.97.91.190，來到上海了。
9第九個節點：202.97.27.242，還在上海。
10第十個節點：出國了，美國加利福尼亞州。
后面的咱就不看了，就是在美國境內各個節點的轉發了。
接下來看一下，這是一條什么樣的路徑呢?
ChinaNet
網絡數據包出了咱們本地的局域網后，就會通過電信運營商提供的城域網最終接入到更大的骨干網。
中國大陸地區的民用骨干網主要有四個：
- ChinaNet：中國電信163骨干網
- CN2：中國電信下一代承載網
- CHINA169：中國聯通169骨干網
- CMNET：中國移動骨干網
其中中國電信的163骨干網和中國聯通的169骨干網是最主要的兩個骨干網，承載了中國互聯網絕大多數的流量。
我所在的網絡，最后接入的就是中國電信的163骨干網，下面是163骨干網的一個大致網絡拓撲圖。
163骨干網在全國總共有9個核心節點：
- 超級核心：北京、上海、廣州
- 普通核心：天津、西安、南京、杭州、武漢、成都
9個核心節點各自負責中國大陸的一部分區域。
在北京、上海、廣州三個超級核心下還掛有國際網間互聯設備(X路由器) ，ChinaNet通過X路由器與世界上其他運營商互聯和流量互訪。
因此，通過163網絡出國，必然經過北上廣三個核心節點之一。
GitHub的服務器位于美國，對于一個要出國的數據包，它在出國前的大致旅程是這樣的：
本地局域網 -> 市級網絡 -> 省級網絡 -> 核心節點 -> 國際出口 -> 境外接入點
這個過程跟我們上面tracert追蹤到的路徑是吻合的。
想不到吧，就那么一回車，數據包竟然就跑了這么多地方，計算機網絡真是一個神奇的玩意。
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