家庭网络通信
1. 家庭网络的基本设置
你在运营商拉了一条宽带，运营商会给你分配一个光猫。你通常会单独再买一台路由器，使用网线将路由器的 WAN 口与光猫相连。通常情况下，颜色不一样的接口就是路由器的WAN口。路由器通过 PPPoE 拨号获取运营商分配的公网 IP（假设为 2.2.2.2），或者光猫负责拨号，路由器获取内网 IP（如 192.168.0.2）。
总之不管怎样，你的路由器WAN口会获取到一个IP。
除了WAN口，路由器还有多个颜色一样的LAN口，为了思路清晰，我这里直接单独提取出这4个LAN口，把它当做一台交换机，并且和路由器这个虚拟的网口LAN建立了连接，路由器连接交换机的这个网口有一个IP地址，假设为192.168.1.1，这个是路由器的内网IP。
访问这个IP可以进入路由器的管理页面，同时也是你家里整个局域网的网关，你家里所有的网络设备，都会通过网线或者WIFI的方式，连接到这台交换机，这是大部分家庭的网络拓扑，装宽带的师傅会帮你配置好，确保你能正常上网。
路由器的虚拟LAN口连接交换机，交换机连接家中的其他设备（如电脑、手机等）。路由器的内网 IP 通常是 192.168.1.1，这是局域网的网关。
2. 电脑获取 IP 地址（DHCP 协议）
当电脑通过网线或 Wi-Fi 连接到网络时，会通过 DHCP（动态主机配置协议）自动获取 IP 地址。
电脑的 DHCP 客户端（操作系统内置了）会发起一个 DHCP 请求，找DHCP服务器获取IP地址，这个请求会被一层层的封装。
以TCP/IP四层网络模型为例，每一层都有其特定的任务。
- 传输层管端口
- 网络层管IP
- 网络接口层管MAC
数据来到传输层，传输层会指定这个DHCP请求-通过什么传输协议发往什么端口。DHCP规定客户端默认使用68号UDP端口，服务端默认使用67号UDP端口，使用UDP的方式传输，这些都是规定好的。
接着数据来到网络层，网络层需要确定，数据包发给哪个网络设备，也就是负责封装IP地址。电脑现在的目的，是找DHCP服务器要IP地址，但他并不知道现在谁是DHCP服务器，不知道该发给谁，所以干脆一不做二不休，直接发给这个网络里的所有设备，所以目标IP是一个广播IP，255.255.255.255，同时接收方也需要知道是谁发给他的数据，所以还需要加上源IP，但是电脑现在还没有IP，于是会直接用0.0.0.0这个未指定的IP。
接着数据会继续向下
来到网络接口层，这一层会封装MAC地址，每个网卡都有唯一的MAC地址，也叫物理地址，源MAC是你电脑网卡的MAC地址，这里假设CC:CC:CC:CC:CC:CC，同样由于不知道数据该发给谁，所以目标MAC是一个全F的广播MAC地址，然后这个经过层层封装的数据包，会从电脑的网卡接口发出。
顺着网线来到了交换机的1号接口，普通的家用交换机是一个只能解析网络接口层数据的设备，也就是说他只能看懂MAC地址，里面的IP和端口等信息，对他来说就是一堆无规则的数据，他看不懂也没必要看懂，交换机内部有一个MAC地址映射表，他会根据MAC地址对数据进行转发，至于你转发的什么内容，它并不关心。
交换机从LAN1收到数据后，会将LAN1对应的MAC地址保存到映射表中，然后查看目标MAC，发现是全F的广播MAC地址，于是交换机会将电脑的数据，给每一个连接的LAN口（Wifi也算）发送一份。
当这台电脑收到数据包的时候，会根据网络模型一层一层的解封装，首先网络接口层会查看目标MAC地址是不是发给自己的，发现是全F，虽然不是自己的MAC地址DD，但这是一个广播MAC地址，所以会接受它。继续向上来到网络层，查看目标IP是全255，虽然不是自己的IP，但这是一个广播IP，广播就类似学校的广播，当广播里说全体注意的时候，你肯定要听一下广播里他在讲啥，所以电脑为了看里面的内容，也会接受这个数据包。
来到传输层，发现是通过UDP的方式发给67号端口，由于这台电脑没有运行DHCP服务，所以并没有监听67号端口，于是会将这个数据包丢弃。
同样的数据来到路由器，一般的家用路由器会提供很多服务，比如DHCP DNS DDNS Qos UPnP DMZ 端口转发 防火墙等等，接口层会接受这个目标MAC全F的广播，同样网络层会接受这个目标IP是全255的广播，向上来到传输层，发现目标端口是UDP的67，一般情况下路由器默认就开启了DHCP服务，而DHCP默认的监听端口就是UDP的67，于是这个数据包将会交给DHCP服务，DHCP服务收到数据后，将会从自己的IP地址池中，选择一个未被占用的IP地址。
假设为192.168.1.3，除了IP地址，还会包含子网掩码 网关 DNS服务器租约等信息。假设租约为12个小时，然后重新封装数据包，源端口是本机的DHCP服务67端口，目标端口是对方发过来的端口也就是68，并且通过UDP传输，网络层封装源IP地址为路由器自己的IP，也就是192.168.1.1，由于对方没有IP，所以目标IP还是全255的广播IP。
来到网络接口层，源MAC是路由器LAN口的MAC地址，路由器从刚才电脑发过来的数据包中，已经知道了电脑的MAC地址，所以目标MAC是电脑的MAC地址，数据来到交换机，刚才说过交换机只能解析MAC地址，当他看到目标MAC是CC的时候，会查看自己的MAC地址映射表，发现CC插在接口1上，于是会将这个数据包从接口1发送出去。电脑收到数据后会一层层的解封装。接口层发现目标MAC是自己。
于是接受该数据。网络层发现目标IP是广播IP，同样也接受了，传输层发现是发往UDP的68号端口，而DHCP客户端监听了该端口，于是数据将会由DHCP应用程序处理，DHCP会拿着这些信息，给电脑进行相关配置，于是我们的电脑就有了IP地址 网关DNS等信息了，并且在6个小时之后，也就是租约的1/2，会再次发起DHCP请求续约IP地址，续约成功的话，租期就会再次变成12个小时。
如果DHCP服务器没有回应的话。会在时间剩余1/4 1/8的时候，再尝试发送续约请求，如果续约成功，将会再次变成12个小时。如果失败了。说明路由器提供的DHCP服务挂了。等到租约到期之后。将会自动释放IP。然后重新发起DHCP获取IP的广播请求。
但是由于这个局域网内，唯一的DHCP服务器挂了，所以电脑永远也得不到DHCP回应，当尝试多次都没有收到回复之后，DHCP客户端会给电脑，自动分配一个全球统一的网段，IP地址为169.254.X.X，确保和局域网的其他设备还能正常通信，所以当你发现电脑获取到了169.254开头的IP，说明你家里的局域网中，没有提供DHCP服务的设备，建议检查网络。
除了一台都没有的情况，还有可能配置不当，导致整个局域网中，存在多台DHCP服务器的情况，这也会出现网络问题，这里存在DHCP攻击。
如果电脑关机了，没有再次发送续约请求，租约到期后，路由器的DHCP服务就会释放掉这个IP，重新放回地址池，再分配给其他有需要的人，所以像是机场或者商场之类的公共场所，WIFI设置的DHCP租期都会比较短，一般十来分钟，确保你人走后，IP能够尽快的释放出来给别人用，防止地址池被占满，家庭网络的话可以设置的久一点，一般默认是720分钟，也就是12个小时，这就是DHCP的整个执行流程。
实际的DHCP要更复杂。
所以简单一点流程就是：广播（目标 IP 为 255.255.255.255，目标 MAC 为 FF:FF:FF:FF:FF:FF）。路由器收到请求后，从 IP 地址池中分配一个 IP（如 192.168.1.3）给电脑，并附带子网掩码、网关和 DNS 信息。DHCP 分配的 IP 有租期（通常为 12 小时），电脑会在租期过半时尝试续约。如果续约失败，IP 会被释放，电脑会重新发起 DHCP 请求。
除了DHCP分配IP，还可以手动配置IP，但需要提前知道家里的局域网是在哪个网段，比如路由器的地址为192.168.1.1，那你的设备就要在192.168.1.2到192.168.1.254之间，子网掩码默认为255.255.255.0，网关和DNS一般设置为路由器的IP，这样就不需要DHCP分配，保证IP地址固定不变。
DHCP也可以通过绑定MAC地址实现每次都给电脑分配同样的IP，路由器都有这个功能，叫做DHCP静态IP分配。
3. 域名解析（DNS 协议）
当你在浏览器输入 baidu.com 时，浏览器需要将域名转换为 IP 地址。电脑向路由器的 DNS 服务发送 DNS 请求（目标端口为 UDP 53）。路由器作为 DNS 中继，将请求转发给运营商提供的上游 DNS 服务器。上游 DNS 服务器返回 baidu.com 的 IP 地址（如 220.181.38.148）。路由器将 IP 地址缓存一段时间，局域网内的其他设备再次访问 baidu.com 时，可以直接从缓存中获取 IP。
4. 地址解析协议（ARP 协议）
ARP协议就是根据IP地址查询Mac地址的协议
我是192.168.1.3
谁是192.168.1.1
这里贴一个YouTube地址，讲的非常好，
https://www.youtube.com/watch?v=P38FmPAq09E&t=183s
5. 访问百度服务器（HTTP 请求）
拿到百度服务器的 IP 地址后，浏览器向这个IP发起一条 HTTP 请求（目标端口为 TCP 80）。电脑发现目标 IP 不在同一网段（通过子网掩码判断），于是将数据包发送给默认网关（路由器）。路由器通过 NAT（Network Address Translation网络地址转换）将内网 IP（192.168.1.3）转换为路由器WAN口公网 IP（2.2.2.2），并随机选择一个空闲端口，替换掉源端口，假设将9526->4134，然后将修改前后的对应关系保存到路由器的NAT映射表中，并记录端口映射，此时数据就可以在公网上路由了。
转换叫做NAT（Network Address Translation 网络地址转换）。
接着封装MAC地址，源MAC是路由器WAN的MAC地址，目标MAC是吓一跳某个路由设备的MAC，然后数据从WAN口发送到了互联网，经过十几个路由设备转发，最终到达百度服务器。百度服务器处理请求后，将网页数据返回给路由器，路由器通过 NAT 将数据转发给电脑。
6. 关键技术与协议
- DHCP：动态分配 IP 地址，简化网络配置。
- DNS：将域名转换为 IP 地址，方便用户访问网站。
- NAT：将内网 IP 转换为公网 IP，实现多设备共享公网 IP。
- ARP：通过广播获取目标设备的 MAC 地址。