一. 对上一互联网学习笔记的小结
由前一学习，我们知道，网络通信就是交换数据包。电脑A 向电脑B发送一个数据包，电脑B收到这个数据包后，回复一个数据包，从而实现两台电脑之间的通信。
数据包的结构，基本上是下面这样：
发送这个包，需要知道两个地址：
对方的 MAC 地址
对方的 IP 地址
有了这两个地址，数据包才能准确送到接收者手上。但是前面说过，MAC地址有局限性，如果两台电脑不在同一个子网络，就无法知道对方的MAC地址，必须通过网关（gateway）转发。
上图中，1号电脑要向 4 号电脑发送一个数据包。它先判断 4 号电脑是否在同一个子网络，结果发现不是（后文介绍判断方法），于是就把这个数据包发到网关A。网关A通过路由协议，发现 4 号
电脑位于子网络B，又把数据包发给网关B，网关B再转发到 4 号电脑。
1号电脑把数据包发到网关A，必须知道网关A的 MAC 地址。所以，数据包的目标地址，实际上分成两种情况：
| 场景 | 数据包地址 |
| 同一个子网络 | 对方的 MAC 地址，对方的 IP 地址 |
| 非同一个子网络 | 网关的 MAC 地址，对方的 IP 地址 |
发送数据包之前，电脑必须判断对方是否在同一个子网络，然后选择相应的 MAC 地址。接下来，我们就来看，实际使用中，这个过程是怎么完成的。
二. 用户的上网设置
1. 静态IP设置
你买了一台新电脑，插上网线，开机，这样就能上网了吗？
通常你必须做一些设置。有时，管理员（或者ISP）会告诉你下面四个参数，你把它们填入操作系统，计算机就能连上网来了。
本机的IP地址
子网掩码
网关的IP地址
DNS的IP地址
下图是Windows系统的设置窗口：
这四个参数缺一不可，后文会解释为什么需要知道它们才能上网。由于它们是给定的，计算机每次开机，都会分到同样的 IP 地址，所以这种情况被称作"静态 IP 地址上网"。
但是，这样的设置很专业，普通的用户望而生畏。而且，如果一台电脑的IP地址保持不变，其他的电脑就不能够使用这个地址，不够灵活。出于这个原因，大多数用户使用
“动态IP地址上网”。
2. 动态IP地址
所谓“动态IP地址”，是指计算机开机后，会自动分配到一个IP地址，不用人为设定。它使用的协议叫做DHCP协议。
这个协议规定，每一个子网络中，有一台计算机负责管理本网络的所有IP地址，它叫做“DHCP服务器”。新的计算机加入网络，必须向“DHCP服务器”服务器发送一个“DHCP请求”数据包，
申请IP地址和相关的网络参数。
前面说过，如果两台计算机在同一个子网络，必须知道对方的MAC地址和IP地址，才能发送数据包。但是，新加入的计算机不知道这两个地址怎么发送数据包呢？
DHCP协议做了一些巧妙的规定。
3. DHCP协议
首先，它是一种应用层协议，建立在UDP协议只上，所以整个数据包是这样的：
（1）最前面的"以太网标头"，设置发出方（本机）的 MAC 地址和接收方（DHCP 服务器）的 MAC 地址。前者就是本机网卡的 MAC 地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。
（2）后面的“IP标头”，设置发出方（本机）的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址就设为255.255.255.255.
（3）最后的“UDP标头“，设置发出方的端口和接收方的端口，这一部分是DHCP协议规定好的，发出方的端口号是68，接收方的端口号是67.
这个数据包构造完成后就可以发出了。以太网是广播发送，同一个子网络的每一台计算机都能收到这个数据包。因为接收方的MAC地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，
还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。当看到发出方的IP地址是0.0.0.0，接收方的IP地址是255.255.255.255，DHCP服务器就知道“这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包了。
接下来，DHCP服务器，读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个“DHCP响应”数据包，这个数据包的结构也类似。以太网标头的MAC地址是是双方的网卡地址，IP标头的IP地址，是DHCP服务器（发送方）
的IP地址和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口地址是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和相关的网络参数则包含在data部分。
新加入的计算机收到这个数据包，就知道了自己的IP地址，子网掩码，网关的IP地址，DNS的IP地址等参数。
4. 小结
不管是静态IP地址还是动态IP地址，电脑上网的首要步骤是确定四个参数：
本机的IP地址
子网掩码
网关的IP地址
DNS的IP地址
三. 一个例子
下面来看看，用户访问一个网页的时候，互联网协议是如何运作的。
1.本即参数
假定通过上一节的介绍，用户已经设置好了自己的网络参数：
本机的IP地址：192.168.1.100
子网掩码：255.255.255.0
网关的IP地址：192.168.1.1
DNS的IP地址：8.8.8.8
然后他打开浏览器，想访问Google，在地址栏输入了网址：www.google.com
这意味着，浏览器要向 Google 发送一个网页请求的数据包。
2.DNS 协议
我们知道，发送数据包，必须要知道对方的IP地址，但现在我们只知道它的网址www.google.com，不知道它的IP地址。
DNS协议可以帮助我们，把这个网址转换成IP地址。
已知DNS服务器的IP地址是8.8.8.8，我们向这个地址发送一个DNS数据包（53端口）。
然后，DNS 服务器做出响应，告诉我们 Google 的 IP 地址是 172.194.72.105。于是，我们知道了对方的 IP 地址。
3. 子网掩码
接下来，我们要判断，这个IP地址是不是在同一个子网络，这就要用到子网掩码。
已知子网掩码是255.255.255.0，本机用它对自己的IP地址192.168.1.100做一个二进制的AND运算（两个位数相同，结果为1，否则为0），计算结果为192.168.1.0；然后对Google的IP地址172.195.72.105
也做一个AND运算，计算结果为172.195.72.0。这两个结果不相等，所以本机和Google不在同一个子网络。
因此，我们要向Google发送数据包，必须要通过网关192.168.1.1转发，也就是说，接收方的MAC地址将是网关的MAC地址。
4. 应用层协议
浏览网页用的是HTTP协议，它的整个数据包结构是这样的;
HTTP 部分的内容，类似于下面这样：
GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
Connection: keep-alive
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ......
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: ... ...
我们假定这个部分的长度为 4960 字节，它会被嵌在 TCP 数据包之中。
5. TCP协议
TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认为80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024到65535之间的整数，假定为51775.
TCP数据包的标头默认为20字节，加上嵌入http的数据包，总长度为4980字节。
6. IP协议
TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方（本机）是192.168.1.100，接收方（Google）是172.194.72.105.
IP数据包的标头为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。
7. 以太网协议
最后，IP数据包嵌入以太网的数据包，以太网的数据包需要这只双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.100的MAC地址（通过ARP协议得到）。
以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节，因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20）字节，所以四个包的IP数据包的长度
分别为1500，1500，1500，560
8. 服务器端响应
经过多个网关的转发，Google 的服务器 172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。
根据 IP 标头的序号，Google 将四个包拼起来，取出完整的 TCP 数据包，然后读出里面的"HTTP 请求"，接着做出"HTTP 响应"，再用 TCP 协议发回来。
本机收到 HTTP 响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。
