原创 IP地址和MAC地址是什么？Dhcp和arp又是什么？

   本期武汉海翎光电的小编和大家聊聊 计算机是如何通信的？IP地址和MAC地址是什么？Dhcp和arp又是什么？在我们的家庭网络中，有许多的网络设备，比如我们可以有两台计算机A和B, 一台手机一台电视机，他们都连接到了路由器上，并且路由器都过运营商线路，接入了因特网。

    在这个网络模型中，有许多的应用场景。比如计算机A和计算机B之间可以互相发送文件、手机可以通过APP控制电视、电视机访问计算机A上共享的影片、计算机和手机访问互联网上的网站。在家中通过VPN连接到公司内网进行工作等等。以上几种工作场景都脱离不了一件事，就是通过网络进行通信。

    听到IP地址这个概念，想必大家都不会陌生。如果我们想要和对方进行通信，通常我们需要知道对方的IP地址。但是在网络通信中，还有一个非常重要的地址MAC地址，它在网络中提到了至关重要的作用。到底IP地址和MAC地址是多少？他们又是如何起作用的？请随武汉海翎光电的小编一起耐心地看完本期的内容，你一定会有所收获。

    在现实生活中，我们如果要给对方写信，除了信件内容以外，还需要填写信封地址。信封有两个重要信息。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、收件人。他们就是MAC地址和IP地址。MAC地址就是收件地址，IP地址就是收件人。

    映射到上面的例子，比如说海翎光电的小编我，我是一个可以活动的人，我可以住在自己家，也可以住在公司，也可以住在父母家。如果你要给我写信，首先要知道我现在住在哪里？在网络中也是这样的，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地址就是这些物理建筑的地址。而IP地址就是这些建筑中的人。

    与写信不同，在计算机网络中发送信息，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。

    虽然计算机，手机，电视机他们是不同类型的电子产品，但是他们的通讯，都是由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个字节代表的是该制造厂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，但不在我们的讨论范围。

    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地址与端口进行了绑定。

    我们的网卡接入网络中，如果要通信需要给他配置另一个地址，就是IP地址。IP地址有两种，IPV4地址和IPV6地址。比如我们常用的192.168.1.N，这就是IPV4地址。由4位0-255的数字，用小数点间隔构成。目前IPV4的技术可以使用的IP地址最多有42亿，看上去像是很难用尽，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。相应的科研组织已经研究出128位的IPV6其IP地址的数量最高可达3.4*10-38个，届时每个人家中的每个网络设备，甚至地球上的每一粒沙子都可以拥有自己的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。这时候又有朋友要问了，我的电脑接上网线或者手机连上路由器之后，没有让我配置IP地址也可以正常使用啊？这是因为由称之为dhcp的协议自动帮我们配置了。当电脑插上网线或者手机连入到WIFI操作系统，网络协议栈会自动向外发送一包DHCP请求，请求为其分配IP地址。路由器获取到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。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网卡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地址重复，这样网卡就配置好了IP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？实际上这一步是用arp协议来完成的。当计算机A想向计算机B发送消息时，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192.168.1.0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，以便下次使用。然后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的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B收到了。

    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呢？网关和路由又是什么意思呢？别折腾路由器了，换一个好点的交换机吧！路由器到底能不能代替交换机？（路由器、交换机与网关）