圖解DHCP協議，搞懂你的電腦/手機如何自動獲取IP的
大家好，我是IT售前工程師Bernie。
本文簡要介紹下，在計算機網絡中DHCP的技術原理，歡迎閱讀。
我們知道，無論是手機、電腦、筆記本，還是其他智能終端，只要連上WIFI或者網線，就能夠直接上網。當我們查看筆記本的IP信息時，就會顯示當前設備的IP地址、網關地址、子網掩碼等，這些信息是計算機網絡中數據包中必須的，放在數據報頭。
但是，我們并沒有手動的配置上述信息。
設備的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，不出意外的話就會顯示“自動獲得IT地址的默認配置”。其實，這些IP是通過DHCP服務器下發，自動獲取的。
接下來，我們以簡單辦公場景講一下DHCP服務的概念和技術原理。
什么是DHCP？
DHCP的英文全稱是Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議。
直白一點講就是：計算機網絡中，端設備可以在DHCP服務器上動態獲得IP地址、子網掩碼和網關地址，以便可以在網絡中標注自己的身份，獲得上網的資格。
比如一個局域網中，有一臺pc和一部手機，雙方都連接到路由器。那么，pc和手機都可以從路由器上得到IP地址、網關地址和子網掩碼。在這里，路由器就是他們的dhcp服務器。
那么他們是如何獲取IP地址的呢？這里要重點講一下
DHCP服務原理
第1步：discover
當一臺終端設備，插入網線或者連接WIFI時。在初始化階段，它是沒有IP地址的。那么這時第一個任務就是通過廣播的形式尋找子網下的dhcp服務器。
我們知道，在計算機網絡中任何一條數據包都是要包含源IP地址、目的IP地址的。這里就矛盾了，因為pc3發送廣播消息的目的就是獲取IP地址，它既不知道自己的IP地址應該是多少，也不知道dhcp服務器的地址是多少。
這里往往會給這個數據包賦值源IP為0.0.0.0，目的IP為255.255.255.255.
特別說明一點， 0.0.0.0并不是一個真正意義的IP地址，它其實是缺省路由，即：告訴對方我不知自己IP是多少，所以用0.0.0.0代替。
而255.255.255.255也不是一個嚴格意義的IP地址，它是限制廣播地址，即：告訴同一個網段的所有端設備，這里的設備都注意啦！255.255.255.255是不能被路由器轉發的，因為它本身并沒有太多意義。
這個廣播消息會被二層交換機發送到同一個vlan下的所有設備中，包括pc1、pc2、dhcp1和dhcp2。
第2步：offer
由于pc1和pc2是端設備，不具備dhcp的功能，他們會自動忽略這個廣播消息，
dhcp server1和dhcp server2接收到IP地址獲取的請求消息時，他們都會分配一個IP地址、網關地址和掩碼等信息給pc3。
這時候，pc3就會接收到兩套不同的IP信息，他們都可以正常使用。同一網段中有幾個dhcp服務器，就會分配給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IP的使用期限，過了期限就會自動回收或者自動續期。比如：寬帶路由器的dhcp租用周期最小1min，最大是兩天，默認值為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會選取其中的一套（一般選擇最先到達的那個）。比如IP1的先到達，pc3就會選擇IP1作為自己的IP地址信息。
這樣就結束了？
并沒有！
因為dhcp 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發一條廣播消息告知自己的選擇結果。
有的小伙伴可能會感到奇怪，明明pc3已經有了自己的IP了，為何數據報中還是用0.0.0.0.這是因為還沒有得到確認，也不能發送單播告知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。
當收到pc3的選擇結果后，dhcp server1會更新自己的路由表和mac 地址映射表，同時也會發送一條確認消息給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，以便在后續分配給其他的接入設備。同時，也會更新自己的mac地址表和路由表。
總結
以上便是計算機網絡終端設備獲取DHCP服務的全過程，整個過程包含4個部分：discover、offer、request和ack。他們是層層遞進、環環相扣的關系。
特別說明：DHCP服務器分配出去的IP是臨時租用！一般情況下，只要不設置租用時間為infinite(永久租用)，端設備需要在租期到達50%的時候，給dhcp server發送request數據包更新自己的租用時間。
文章出自：??IT一指禪??，如有轉載本文請聯系【IT一指禪】今日頭條號。
