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家庭网络场景

在我们的家庭网络中有许多的网络设备，比如我们有两台计算机A和B，一台手机，一台电视机，他们都连接到了路由器上，并且路由器通过运营商线路接入因特网。

在这个网络模型中有许多的应用场景：

1. 计算机A和B之间互相发送文件
2. 手机通过app控制电视机
3. 电视机访问计算机A上共享的影片
4. 计算机和手机访问互联网上的网站
5. 在家中通过VPN连接到公司内网中进行工作

以上几种应用场景都脱离不了一件事，就是通过网络进行通信

围绕这些话题，芝士君准备通过五期教程剖析计算机网络世界，看了这五期教程，相信你可以从网络小白一跃成为网络达人。

五期内容分别是：

1. MAC地址与IP地址
2. 交换机与路由器
3. 家庭网络与因特网
4. TCP协议与UDP协议
5. VPN

想要学习的赶紧先点赞收藏吧！

写信的两个关键信息

在现实生活中，我们如果要给对方写信，除了信件内容外，我们还需要填写信封，信封上有写两个重要信息，一个是收件地址，一个是收件人。收件地址表示这封信要寄到哪里，收件人表示信要寄给谁。

同样的道理，在网络世界中，我们要发信息给别人，也需要知道收件地址和收件人，他们就是MAC地址与IP地址。MAC地址就是收件地址，IP地址就是收件人。

如果把网络比喻为我们生活的城市，那网卡就是城市中的建筑，MAC地址就是这栋建筑的物理地址，而IP地址就是在这些建筑中的人。

与写信不同，在计算机网络中发送消息，我们只需要填写内容和对方的IP地址，操作系统会根据目标IP自动查询arp表获取对方的mac地址，补齐这封信，从网卡发出。

IP地址与MAC地址

我们再回过头看来看一下这个网络模型，虽然计算机，手机，电视他们是不同的类型的电子产品，但是他们的通信都是由其内部的网卡设备所进行的，所以我们统一用网卡来表示设备。

每张网卡在出厂时，都写入一个地址，就是mac地址，这个地址是由6个字节构成的，其中前3个数表示的是网络硬件厂商的编号，由IEEE（国际性电子技术与电子工程师协会）分配，后3个字节代表该制造商所制造的网卡的序列号。所以mac地址是全球唯一的地址。虽然可以通过一些其他手段修改mac地址，但不在我们讨论的范围。

我们上面说了，mac地址表示了网卡在网络中的确定位置，那这个位置是如何表示与确定的呢？

比如我们的计算机A通过网线接入到了交换机的端口1，那这个端口1就是网络中的具体位置，就像我们的门牌号一样，交换机就知道了某个mac地址在端口1上，从而就把mac地址和端口进行了绑定。关于交换机的具体话题以及交换机与路由器的区别，我们在下期内容再进行详聊。

我们的网卡接入网络后如果要通信，需要给它配置另一个地址，就是IP地址，IP地址有两种，IPV4地址和IPV6地址，如我们常用的192.168.1.x就是IPV4地址，由四位0-255的数字用小数点间隔构成。

目前IPv4技术可能使用的IP地址最多可有4,294,967,296个，看上去像是很难会用尽，但由于早期编码和分配上的问题，很多区域的编码实际上被空出或不能使用。随着互联网的快速成长，IPv4的42亿个地址最终于2011年2月3日用尽。

相应的科研组织已研究出128位的IPv6，其IP地址数量最高可达3.402823669 × 10^38个，届时每个人家居中的每件网络设备，甚至地球上每一粒沙子都可以拥有自己的IP地址。

DHCP协议获取IP地址

现在我们知道了，网卡上需要配置好IP地址才可以工作。这时候又有同学要问了，我的电脑接上网线，或者手机连上路由器之后，没让我配置IP地址也可以正常使用啊。

这是因为由称之为DHCP的协议帮我们自动配置了。

1. 当电脑插上网线，或者手机连接到wifi，操作系统网络协议栈会自动向外发送一个dhcp请求，请求为其分配IP地址
2. 路由器收到DHCP请求后，会为其分配一个IP地址，并通过DHCP回复报文发送回去
3. 操作系统收到了DHCP回包后，将其分配的IP地址配置到网卡上，注意，在一个局域网中，IP地址也是唯一的，路由器不会分配重复的IP地址给不同的设备

当然，你也可以手动把DHCP关掉，这样你需要手动来配置一下网卡的IP地址，但是你要保证，你配置的IP地址不能与此网络中的其他人重复

这样网卡就配置好了IP地址

ARP协议获取MAC地址

我们上面提到，mac地址是由操作系统来补齐的，那操作系统是如何知道对方的mac地址的

实际上，这一步是由arp协议来完成的

当计算机A想向计算机B发送消息你好时，操作系统并不会立即发出，他会先发送一包arp广播报文出去，问一下，192.168.1.10的mac地址是多少。

此时网络中的所有设备都收到了这一包请求报文，除了192.168.1.10以外的设备，都会丢弃这包请求报文，只有192.168.1.10会回复自己的mac地址是多少

计算机A收到了回复，知道了计算机B的MAC地址，他首先会把计算机B的mac地址缓存起来，以便下次再用，然后填写MAC地址，把这封信补全，从网卡发送出去，交换机根据数据包中的目标mac地址找到了计算机B所在的端口，从此端口发送出去，数据就被计算机B收到了

三个疑问

看到这里，不知道大家有没有一个疑问，交换机是如何找到目标端口的，以及交换机和路由器有什么区别，网关和路由又是什么意思，我们统一在下个视频进行讲解。欢迎大家点赞留言评论转发。

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