大家好，我是IT售前工程師Bernie.

(相關(guān)資料圖)

本文簡(jiǎn)要介紹下，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中DHCP的技術(shù)原理，歡迎閱讀。

我們知道，無論是手機(jī)、電腦、筆記本，還是其他智能終端，只要連上WIFI或者網(wǎng)線，就能夠直接上網(wǎng)。當(dāng)我們查看筆記本的IP信息時(shí)，就會(huì)顯示當(dāng)前設(shè)備的IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、子網(wǎng)掩碼等，這些信息是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包中必須的，放在數(shù)據(jù)報(bào)頭。

但是，我們并沒有手動(dòng)的配置上述信息。

設(shè)備的IP是怎么來的呢？

小伙伴們不妨查看下自己的筆記本Internet選項(xiàng)，不出意外的話就會(huì)顯示“自動(dòng)獲得IT地址的默認(rèn)配置”。其實(shí)，這些IP是通過DHCP服務(wù)器下發(fā)，自動(dòng)獲取的。

接下來，我們以簡(jiǎn)單辦公場(chǎng)景講一下DHCP服務(wù)的概念和技術(shù)原理。

什么是DHCP？

DHCP的英文全稱是Dynamic Host Configuration Protocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議。

直白一點(diǎn)講就是：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，端設(shè)備可以在DHCP服務(wù)器上動(dòng)態(tài)獲得IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)地址，以便可以在網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)注自己的身份，獲得上網(wǎng)的資格。

比如一個(gè)局域網(wǎng)中，有一臺(tái)pc和一部手機(jī)，雙方都連接到路由器。那么，pc和手機(jī)都可以從路由器上得到IP地址、網(wǎng)關(guān)地址和子網(wǎng)掩碼。在這里，路由器就是他們的dhcp服務(wù)器。

那么他們是如何獲取IP地址的呢？這里要重點(diǎn)講一下

DHCP服務(wù)原理

第1步：discover

當(dāng)一臺(tái)終端設(shè)備，插入網(wǎng)線或者連接WIFI時(shí)。在初始化階段，它是沒有IP地址的。那么這時(shí)第一個(gè)任務(wù)就是通過廣播的形式尋找子網(wǎng)下的dhcp服務(wù)器。

我們知道，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中任何一條數(shù)據(jù)包都是要包含源IP地址、目的IP地址的。這里就矛盾了，因?yàn)閜c3發(fā)送廣播消息的目的就是獲取IP地址，它既不知道自己的IP地址應(yīng)該是多少，也不知道dhcp服務(wù)器的地址是多少。

這里往往會(huì)給這個(gè)數(shù)據(jù)包賦值源IP為0.0.0.0，目的IP為255.255.255.255.

特別說明一點(diǎn)， 0.0.0.0并不是一個(gè)真正意義的IP地址，它其實(shí)是缺省路由，即：告訴對(duì)方我不知自己IP是多少，所以用0.0.0.0代替。

而255.255.255.255也不是一個(gè)嚴(yán)格意義的IP地址，它是限制廣播地址，即：告訴同一個(gè)網(wǎng)段的所有端設(shè)備，這里的設(shè)備都注意啦！255.255.255.255是不能被路由器轉(zhuǎn)發(fā)的，因?yàn)樗旧聿]有太多意義。

這個(gè)廣播消息會(huì)被二層交換機(jī)發(fā)送到同一個(gè)vlan下的所有設(shè)備中，包括pc1、pc2、dhcp1和dhcp2。

第2步：offer

由于pc1和pc2是端設(shè)備，不具備dhcp的功能，他們會(huì)自動(dòng)忽略這個(gè)廣播消息，

dhcp server1和dhcp server2接收到IP地址獲取的請(qǐng)求消息時(shí)，他們都會(huì)分配一個(gè)IP地址、網(wǎng)關(guān)地址和掩碼等信息給pc3。

這時(shí)候，pc3就會(huì)接收到兩套不同的IP信息，他們都可以正常使用。同一網(wǎng)段中有幾個(gè)dhcp服務(wù)器，就會(huì)分配給pc3幾套IP地址信息。

注意：這里不僅僅包含IP信息，還包含這個(gè)IP的使用期限，過了期限就會(huì)自動(dòng)回收或者自動(dòng)續(xù)期。比如：寬帶路由器的dhcp租用周期最小1min，最大是兩天，默認(rèn)值為120min。

第3步：request

上面pc3一條廣播得到了2套不一樣的IP信息，顯然它是不能全部霸占的，只能使用1套。于是，pc3會(huì)選取其中的一套（一般選擇最先到達(dá)的那個(gè)）。比如IP1的先到達(dá)，pc3就會(huì)選擇IP1作為自己的IP地址信息。

這樣就結(jié)束了？

并沒有！

因?yàn)閐hcp server1并不知道自己提供的IP地址被選中了，同樣，dhcp server2也不知道自己提供的IP地址被淘汰了。

所以需要pc3發(fā)一條廣播消息告知自己的選擇結(jié)果。

有的小伙伴可能會(huì)感到奇怪，明明pc3已經(jīng)有了自己的IP了，為何數(shù)據(jù)報(bào)中還是用0.0.0.0.這是因?yàn)檫€沒有得到確認(rèn)，也不能發(fā)送單播告知dhcp server1，其他的dhcp server也要知道的。

第4步：ack

終于到了最后一步，這一步的工作就是確認(rèn)。

當(dāng)收到pc3的選擇結(jié)果后，dhcp server1會(huì)更新自己的路由表和mac 地址映射表，同時(shí)也會(huì)發(fā)送一條確認(rèn)消息給pc3。

由于dhcp2之前分配給pc3的IP地址落選了，那么，它將把IP回收，以便在后續(xù)分配給其他的接入設(shè)備。同時(shí)，也會(huì)更新自己的mac地址表和路由表。

總結(jié)

以上便是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備獲取DHCP服務(wù)的全過程，整個(gè)過程包含4個(gè)部分：discover、offer、request和ack。他們是層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的關(guān)系。

特別說明：DHCP服務(wù)器分配出去的IP是臨時(shí)租用！一般情況下，只要不設(shè)置租用時(shí)間為infinite(永久租用)，端設(shè)備需要在租期到達(dá)50%的時(shí)候，給dhcp server發(fā)送request數(shù)據(jù)包更新自己的租用時(shí)間。

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