相关设备
- 光猫
- 路由器
- 两台电脑
路由器
有一个wan口和4个lan口，wan口负责连接到光猫，一般由这个口进行pppoe拨号，即可由运营商分配到一个公网IP(例如 2.2.2.2)，如果是由光猫进行拨号，那wan口可能就是分配到一个局域网ip地址（例如：192.168.1.2), 由谁拨号的，谁就会去负责相关服务（dhcp动态主机配置协议，dns域名系统，nat网络地址转换等），如果光猫去拨号，那路由器就变成一个交换机+无限接入点，相当于一个二级设备，最后连接互联网还是要通过光猫，这种模式可以叫做光猫路由模式。但是明显路由器的性能更强一点，所以一般建议光猫选择桥接模式，连接路由器wan口，由wan口进行拨号。
常见家庭网络拓扑
我们先把路由器的四个lan接口单独拆出来单独做成一个交换机，便于我们理解，路由器拨号后有一个公网ip（2.2.2.2），交换机与路由器的虚拟网口建立连接，路由器这个网口有一个ip地址（例如：192.168.1.1), 这是路由器的内网IP，可以直接通过访问这个地址进入路由器管理后台，同时这个ip地址也是家里局域网的网关。家里所有的设备都可以通过wifi或者lan口连接到这台交换机，这就是大部分家庭的网络拓扑。
下面我们先来讲讲每个连接lan的设备是如何获取到ip地址的
现在我将一个电脑1连接到交换机的lan1口，电脑2连接到交换机的lan4口，连接上后，假设电脑获取ip的方式为自动获取，那么dhcp（动态主机配置协议）应用层协议就会开始工作了，电脑的dhcp客户端会发起一个请求。
请求说明如下：
应用层：dhcp
传输层：udp协议 [目标端口：67，源端口：68]，这里dhcp客户端默认68端口，服务端67
网络层：ip协议 [源ip: 0.0.0.0， 目标ip: 255.255.255.255] （这里我们还不知道自己ip是多少，所以直接用0.0.0.0, 也不知道谁是dchp服务器，所以一不做二不休直接发给所有设备，所以这里用了广播IP: 255.255.255.255
网络接口层：封装mac地址, [源mac: CCCCCCCC, 目标mac：FFFFFFFF], 这里目标mac也不知道是发给谁，所以配置了全F的广播mac地址。
接着这个数据包会从网卡接口发出顺着网线来到交换机的lan1口，普通的家用交换机是只能解析网络接口层数据的设备，所以这里只能拿到mac地址，其他信息对它没用。交换机内部有个mac地址映射表，这里获取到源mac后会存入这个表，例如lan1接口对应CCCCCCCC mac地址，下次有其他请求拿到目标mac，会直接从表里面拿到对应的mac，就会知道要发给谁了。这里目标mac是广播mac，交换机会发送给所有设备，接收端是局域网的另一台电脑，因为这台电脑没有启动dchp服务端（监听67端口），就会自动忽略这个请求。此时请求来到路由器，路由器会提供很多服务（dhcp，ddns， dns等），这里路由器就可以处理这个请求，会从自己的dhcp地址池中分配一个未被分配的ip地址，假设为192.168.1.3，绑定此电脑mac地址，并且配置了剩余租期，长时间没有请求，租期到了会回收此ip，等下一次请求再重新分配绑定。分配地址后，重新封装数据包，发起请求，请求如下：
应用层：dhcp协议（包含子网掩码/网关/租期）
传输层：udp协议 [目标端口：68，源端口：67]，这里dhcp客户端默认68端口，服务端67
网络层：ip协议 [源ip: 192.168.1.3， 目标ip: 255.255.255.255] （这里已经分配了ip，所以配置为192.168.1.3, 由于电脑还没接收到分配的ip，所以目标ip还是广播IP: 255.255.255.255
网络接口层：封装mac地址, [源mac: BBBBBBBBB, 目标mac：CCCCCCCC], 源mac是路由器的mac地址，发给电脑CCCCCCCC。
这个请求来到交换机，交换机解析获取mac地址，知道是要发给CCCCCCCC的，回去地址表中获取对应lan口（也就是lan1），并把请求发给该电脑。电脑接收到请求，解析封装，发现是发给自己的请求，就会接收分配的ip，进行相关配置，配置如下：
IP地址：192.168.1.3
子网掩码：255.255.255.0
网关IP：192.168.1.1
DNS: 192.168.1.1
剩余租期：6h
6h后会再发起请求续约IP地址，如果续约成功剩余租期会变成12h （主要看后台配置的租期时间）
以上就是一个完整自动获取的ip分配流程了。当然你也可以手动配置静态IP，但是IP必须在路由器网段中，以这个路由器为例，网络地址必须在 192.168.1.2 ～ 192.168.1.254之间，另外注意手动配置不要与其他设备冲突。另外路由器后台也可以直接通过mac地址给此电脑分配的ip地址，一般路由器都有这个功能。
电脑浏览器如何联网
分配完地址就可以开始上网了，打开浏览器，访问baidu.com, 由于域名只是方便人类记忆的字符串，电脑是不知道该域名绑定的ip地址是多少的，所以需要通过域名找到绑定的ip，这个工作是dns服务负责的。电脑需求发起dns请求，请求如下：
应用层：dns协议，baidu.com的IP是多少？
传输层：UDP协议,[目标端口：53， 源端口：9527]，这里源端口一般就是电脑空闲的端口，dns服务默认用的是53端口。
网络层：IP 【源：192.168.1.3，目标：192.168.1.1】，目标IP是电脑配置的DNS服务器，也就是路由器的IP地址
网络接口层：mac地址【源：CCCCCCCC, 目标:BBBBBBBB] 由于不知道目标mac地址，所以会先发送一个ARP(Address Resolution Protocol地址解析协议)广播请求（我是192.168.1.3，谁是168.168.1.1，mac目标地址是广播地址FFFFFFFF），来到交换机发现是广播地址，会转发给所有接口，其他电脑接收后发现不是自己，就会忽略这请求，但是会把ARP请求相关ip信息存下来，知道了192.168.1.3是CCCCCCCC,存入ARP缓存表，下次要发送给这台电脑就不需要走ARP请求了，此时ARP请求来到路由器，此时发现是找自己的，会发送回应请求（带上自己的mac地址BBBBBBBB），交换机接收到请求通过mac地址知道是发给lan1端口的电脑，电脑接收到路由器的mac地址并且存到ARP缓存表，以便下次请求获取，获取到dns的目标mac地址后，就可以发起dns请求了。
dns请求来到交换机，看到目标mac地址是指向路由器（lan0）的，则发送给路由器处理。路由器解封装确定是发给自己后，然后就转发给兼听监听53端口的dns服务，dns服务本身也不知道baidu.com的ip地址，会发给他的上游dns服务器是，上游是通过pppoe拨号获取到运营商分配的dns服务器，于是路由器会找到该dns服务器获取百度的ip地址，接收到dns响应后路由器会把ip信息缓存一段时间，也称为dns缓存，之后路由器创建一个回复请求告诉电脑。
请求如下：
应用层：dns，百度IP为6.6.6.6
传输层：UDP协议，源端口：53，目标端口：9527
网络层：IP，源IP：192.168.1.1，目标IP：192.168.1.3
网络接口层：mac地址，源：BBBBBBBB, 目标：CCCCCCCC
电脑1接收到请求后就知道了IP地址，也会存入dns缓存，下次就不用再请求dns服务器了。此时浏览器知道IP后发起一个http请求，由于电脑配置的ip地址是局域网，不和百度ip处在同一个网段，需要路由器网关帮我们转发，所以还需要发起一个请求让路由器帮忙进行转发。
请求如下：
应用层：HTTP，baidu.com首页
传输层：UDP协议，源端口：9527，目标端口：80
网络层：IP，源IP：192.168.1.3，目标IP：6.6.6.6
网络接口层：mac地址，源：CCCCCCCC, 目标：BBBBBBBB
这里由于之前的操作，交换机都知道mac地址对应哪个设备了，可以直接发到路由器，路由器接收后解析发现目标mac地址是自己，但是目标ip不是自己，如果换做其他设备会直接丢弃这请求，但是路由器不一样，路由器会帮忙转发数据包，发现目标ip是公网IP，转发给wan口，准备发送到互联网，但是路由器发现源ip是192.168.1.3，是只能在局域网内部使用的ip地址，无法在公网上进行路由，所以路由器需要做一件事，就是nat网络地址转换，将源ip地址192.168.1.3改成wan口的公网地址2.2.2.2, 这里会做一个nat映射表，源ip和源端口都替换成wan口的ip和端口，如：
| 原IP | 原端口 | 映射IP | 映射端口 |
|---|---|---|---|
| 192.168.1.3 | 9527 | 2.2.2.2 | 4134 |
这样就可以在互联网进行路由了，经过十几个路由设备的转发，最终到达百度服务器，百度服务器处理后会返回数据给路由器，路由器接收后发现4134端口，再去nat映射表中发现9527端口，会进行nat转换，转换成原来ip和端口并且发送回给电脑1，这样电脑1就能正常访问百度浏览器了。