dhcp服务器1（dhcp原理，arp协议原理）

一.dhcp工作原理

dhcp(Dynamic Host configuration Protocol,动态主机配置协议 )是一个局域网的网络协议，它主要是通过客户端发送广播数据包给整个物理网段内的所有主机，若局域网内有 DHCP 服务器时，才会响应客户端的 IP 参数要求。

客户端取得 IP 参数的过程如下：

（1）客户端：利用广播数据包发送搜索 DHCP 服务器的数据包若客户端网络设置使用 DHCP 协议取得 IP，则当客户端开机或者是重新启动网卡时，客户端主机会发送出查找 DHCP 服务器的 UDP 数据包（discover）给所有物理网段内的计算机。因为客户端还不知道自己属于哪一个网络，所以该数据包的来源地址会为 0.0.0.0，而目的地址则为 255.255.255.255。一般主机接收到这个数据包之后会直接丢弃，若局域网内有 DHCP 服务器，则会开始后续行为。

（2）服务器端：提供客户端网络相关的租约以供选择。（dhcp offer） DHCP 服务器在监听到客户端发出的 dhcp discover 广播后，会针对这个客户端的硬件地址（ MAC）与本身的设置数据进行下列工作：

到服务器的日志文件中查找该用户之前是否曾经租用过某个 IP，若有且该 IP 目前无人使用，则提供此 IP 给客户端。若配置文件针对该 MAC 地址提供特定的固定 IP 时，则提供该固定的 IP 给客户端

若不符合上述两个条件，则随机选取当前没有被使用的 IP 参数给客户端，并记录下来。

dhcp报文

*DHCP DISCOVER：客户端开始DHCP过程发送的包，是DHCP协议的开始。以广播的方式发送dhcp discover报文来寻找局域网中的DHCP服务器。源地址为0.0.0.0 目的255.255.255.255, 网络上所有支持TCP/IP的主机都会收到该dhcp discover报文，但是只有dhcp Server会响应该报文

*DHCP OFFER：服务器接收到DHCP DISCOVER之后做出的响应，通过解析报文，查dhcpd.conf配置文件，如果在地址池中能找到合适的IP地址，DHCP Server会给DHCP Client发送Offer报文。它包括了给予客户端的IP(yiaddr)、客户端的MAC地址、租约过期时间、服务器的识别符自己其他信息。如果存在多个DHCP服务器，依然会发送多个DHCP OFFER报文。

*DHCP REQUEST：客户端对于服务器发出的DHCP OFFER所做出的响应，在续约租期的时候同样会使用。 Client根据先收到的Offer报文来决定使用哪个服务器提供的DHCP的地址。(优先先到的offer报文)然后根据这个Offer提供的地址信息，发送Request报文请求。

a.客户端初始化时，发送广播的DHCP Request报文来回应服务器的DHCP Offer报文

b.客户端重启初始化后，发送广播的DHCP的DHCP Request报文来确认先前被分配的IP地址等配置信息。

c.当客户端已知和某个IP地址绑定后，发送单播的DHCP Request报文来延长IP地址租期。

*DHCP ACK：服务器在接收到客户端发来的DHCP REQUEST之后发出的成功确认的报文。在建立连接的时候，客户端在接收到这个报文之后才会确认分配给他的IP和其他信息可以被允许使用。服务器接收到request报文以后，确认地址池中的这个地址没有被分配，如果没有被分配就回复ACK报文，如果被分配了，就会回复DHCP-NAK报文，告诉Client地址已经被分配了。

*DHCP NAK：DHCP ACK的相反报文，表示服务器拒绝了客户端的请求。

当Client收到服务器分配到的地址后，会向这个广播域内发送一个免费的ARP的请求，如果没有人响应这个请求，Client才正式使用这个IP，如果有人回应的话，会返回一个DHCP-DECLINE报文，要求客户端重新获取IP。

当Client的IP租期到达一半时，会单播发送DHCP-REQUEST报文，请求服务器更新租期，服务器收到以后，如果可以继续使用IP地址的话，会响应Client DHCP-ACK，如果该IP不能继续分配，则响应Client DHCP-NAK。此时Client会在租期的75%再次询问server进行续约，如果该IP地址可用则回复ACK，反则回复NAK。

如果客户端重启后，会自动发送DHCP REQUEST广播给DHCP服务器以便请求继续租用原来使用的IP地址，如果服务器收到这个消息，确认客户端可以使用该地址，则回答一个DHCP ACK确认消息，如果此IP地址已经无法再分配，则返回一个DHCP NAK否认信息，客户端收到这个信息以后，则必须重新发送DHCP Discover消息获取新的地址。若没有得到响应，则尝试与网关通信，如果通信正常，这个租期还没到期的话，则可以继续使用，但是不能和网关通信的话，则会获得169.254.0.1~169.254.255.254之间的IP地址，然后每隔5min尝试更新租约。

*DHCP RELEASE：一般出现在客户端关机、下线等情况。这个报文将会使DHCP服务器释放发出此报文的客户端的IP地址。当客户端可通过DHCP RELEASE报文主动释放服务器分配给它的地址，当服务器收到此报文后，可将这个IP地址分配给其他客户端。

*DHCP INFORM：客户端发出的服务器请求一些信息的报文。如DNS, 网关。

*DHCP DECLINE: 当客户端发现服务器分配的IP地址无法使用(IP地址冲突)，将发出此报文，通知服务器禁止使用该IP地址。

二.arp工作原理

每个主机都会在自己的 ARP 缓冲区中建立一个 ARP 列表，以表示 IP 地址和 MAC 地址之间的对应关系。
主机（网络接口）新加入网络时（也可能只是mac地址发生变化，接口重启等），会发送免费ARP报文把自己IP地址与Mac地址的映射关系广播给其他主机。
网络上的主机接收到免费ARP报文时，会更新自己的ARP缓冲区。将新的映射关系更新到自己的ARP表中。
某个主机需要发送报文时，首先检查 ARP 列表中是否有对应 IP 地址的目的主机的 MAC 地址，如果有，则直接发送数据，如果没有，就向本网段的所有主机发送 ARP 数据包，该数据包包括的内容有：源主机 IP 地址，源主机 MAC 地址，目的主机的 IP 地址等。
当本网络的所有主机收到该 ARP 数据包时：

（A）首先检查数据包中的 IP 地址是否是自己的 IP 地址，如果不是，则忽略该数据包。

（B）如果是，则首先从数据包中取出源主机的 IP 和 MAC 地址写入到 ARP 列表中，如果已经存在，则覆盖。

（C）然后将自己的 MAC 地址写入 ARP 响应包中，告诉源主机自己是它想要找的 MAC 地址。

6.源主机收到 ARP 响应包后。将目的主机的 IP 和 MAC 地址写入 ARP 列表，并利用此信息发送数据。如果源主机一直没有收到 ARP 响应数据包，表示 ARP 查询失败。

当一台主机a向主机b发送一个数据包时，数据帧进入交换机后，交换机将会把主机a的mac地址缓存在本地mac地址表中，然后查询mac地址表中是否存在主机b的mac地址，如果存在，将数据帧直接转发给主机b，若不存在，将会以广播的形式迫使所有接口复制转出（除进入接口的流量外）。收到该数据帧的主机将会检查数据帧中的ip是否为自己的ip，若不是，将会忽略该数据帧，若是，将会回应发送数据帧的主机

实例

搭建网络拓扑，pc1，pc2，pc3，交换机sw1

pc1ip 192.168.1.1/24

pc2ip 192.168.1.2/24

pc3ip 192.168.1.3/24

使用pc1 ping pc3，在pc1，pc2，pc3下抓包验证

使用pc1 ping pc3

Welcome to use PC Simulator!PC>ping 192.168.1.3Ping 192.168.1.3: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break
From 192.168.1.3: bytes=32 seq=1 ttl=128 time=62 ms
From 192.168.1.3: bytes=32 seq=2 ttl=128 time=47 ms
From 192.168.1.3: bytes=32 seq=3 ttl=128 time=47 ms
From 192.168.1.3: bytes=32 seq=4 ttl=128 time=31 ms
From 192.168.1.3: bytes=32 seq=5 ttl=128 time=47 ms--- 192.168.1.3 ping statistics ---5 packet(s) transmitted5 packet(s) received0.00% packet lossround-trip min/avg/max = 31/46/62 msPC>

pc1抓包

当pc1向pc3发送数据帧时，知道pc3的ip地址，不知道pc3的mac地址，流量进入交换机时若没有pc3的mac地址，将会以广播形式迫使pc2，pc3复制转发该数据帧（目标mac为全f）。

pc2抓包

当pc2收到该数据帧进入pc2时，pc2会查询该数据帧中的ip和自己是否相同，若不同将会忽略

pc3抓包

当pc3收到该数据帧，查询到该数据帧的ip与自己的相同，将会以单播形式回应pc1

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