我们计算机的IP地址如何来的
DHCP的工作原理
DHCP的一些疑惑解答

我们计算机的IP地址如何来的

看了前面交换机、路由器、网络包传输的文章，那么就知道要连上网络，就需要IP地址，那么IP地址是如何来的呢？IP地址其实只是一个标志，例如是在公网上的唯一标志，在局域网上的唯一标志，通过这个标志来找到某个网段对应这个IP的计算机。
最早的时候我们都是自己手动配置电脑的IP地址。获取IP地址有两种方式，一种是手动配置获取，一种是通过DHCP服务器获取。

获取IP地址的两种方式：
一种是手动配置获取，一种是通过DHCP服务器获取

手动配置IP

如果是我们自己手动配置IP，我们怎么知道配置成什么IP呢？随便都可以吗？

当然随便配置都可以，但是回想上一篇的路由器传输网络包的原理，我们本机的数据包在网络层封装好后要发出，先判断目的地IP地址是否在同一个局域网（同一个局域网即网段相同），如果不同则把数据包发往网关IP上去。在网络层知道了要发往的IP地址，但是还需要根据ARP协议来根据IP地址获取MAC地址。例如我们配置的IP是66.66.66.66，连接同一台交换机的计算机IP是：192.168.215.17，这个时候不在同一个网段上了，我们的数据包会发往网关，如果网关也是不在同一个网段上，例如网关为：
192.168.215.254，这个时候会发送出错，我们就无法连上网络。

如果这是一个跨网段的调用，它便不会直接将包发送到网络上，而是企图将包发送到网关。

综上所述，所以我们要手动配置的话，要配置在和当前局域网的网关是同一个网段上的IP地址，如上，我们需要配置成192.168.215.开头的IP，那么最后的一个数字也可以随便配置的吗？这个数字范围是1-254，如果我们在这个范围随便配置一个，也不一定能连上网，因为可能这个IP被其他计算机占用了，会IP冲突，我们要配置的IP还没有被当前网段的其他计算机使用的才能正常连上网。
上面解释的文字还是有点多，再画个图大家更好理解一下。

通过DHCP配置IP

动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol），简称 DHCP。这个协议可以使我们不用手动配置IP地址，所有连接这个局域网的计算机会根据DHCP协议自动分配一个IP地址。这样就相当方便，不然例如公司那么多人，总不能每个人都要给他的计算机手动配置一下IP吧，人那么多，也太麻烦了。

DHCP功能可以让电脑、手机等终端自动获取IP地址，而且这个获取的地址范围是由DHCP控制的

DHCP的工作原理

那么DHCP协议是如何具体分配IP地址的呢？工作原理是怎么样的。
这里有两个定义，DHCP服务器，DHCP客户端。

DHCP服务器：相当于我们一个服务程序，部署在服务器端提供服务的（一般路由器也有集成DHCP服务器，也可以不用单独部署）
DHCP客户端：即我们连入这个局域网的计算机、手机、各种设备

例如我们早上刚把笔记本带到公司，把网线插进笔记本，这个时候我们DHCP服务器还没有分配IP给我们的笔记本。

第一步，我们的笔记本（DHCP客户端）要发送一个广播包给当前整个局域网

新来的机器使用 IP 地址 0.0.0.0 发送了一个广播包，目的 IP 地址为 255.255.255.255。广播包封装了 UDP，UDP 封装了 BOOTP。其实 DHCP 是 BOOTP 的增强版，但是如果你去抓包的话，很可能看到的名称还是 BOOTP 协议。在这个广播包里面，新人大声喊：我是新来的（Boot request），我的 MAC 地址是这个，我还没有 IP，谁能给租给我个 IP 地址！

为什么要广播？因为这个时候我们客户端也不知道DHCP服务端的IP是什么，在哪个位置，只能广播给当前网段的所有计算机。

包的格式类似如下

这里参考了刘超老师的《趣味网络协议》，感觉写的很好，有兴趣直接去看看《趣味网络协议》

当交换机收到目标 MAC 地址是 ff:ff:ff:ff:ff:ff 的报文时，便知道这是一个广播报文，才会将它转发给局域网中的所有主机，否则只会转发给 MAC 地址对应端口上的主机。

然后DHCP服务器就知道有新的设备接入当前局域网，就会分配一个IP地址给它。

第二步，DHCP服务器也广播一个数据包回复给新加入的计算机分配一个IP

DHCP回复的这个包也是广播？但是这个时候明明知道了客户端的MAC地址，为什么不直接单播呢？
是因为有的客户端协议栈的实现，如果还没有配置 IP 地址，就使用单播的话，协议栈是不接收这个包的，因为 OFFER 和 ACK 的时候，IP 地址还没有配置到网卡上。所以，一切取决于客户端的协议栈的能力，如果没配置好 IP，就不能接收单播的包，那就将 BROADCAST 设为 1，以广播的形式进行交互

DHCP服务器回复的这个包是广播，那如果同时有两台或多台计算机在接入，他们都能接收到这个包，是不是他们都会抢到这个IP？不会的，虽然是广播，但是客户端接收到还会解析到包里面的BOOTP内容，这里面指明了哪个MAC地址分配了这个IP，如果其他计算机接收到这个包，但是这里的MAC不是自己的，就不会获取这个IP了

客户端收到DHCP服务器分配的IP地址后，还会再回复一个数据包确认是使用这个IP
第三步笔记本（客户端）发送一个 DHCP Request 广播数据包，表示自己接收这个IP地址

在第三步之前，客户端还会再发ARP包确认当前网段是否已有这个IP的使用者，确认没有才会进入第三步，有的话则会回到第一步继续请求分配IP

因为计算机接收到DHCP服务器分配的IP信息以后，会在网内发送一个ARP包，查询是否是被占用的IP，如果已经有计算机使用了该IP，则会拒绝分配，并请示DHCP服务器继续分配IP.

第四步DHCP服务器广播一个确认客户端使用这个IP的ACK包

到这里我们的笔记本就拥有了IP地址了，这个IP地址是通过DHCP租用的，有租期。如果超过了租期的50%的时间，就会向DHCP服务器请求续租，续租成功后会延长这个IP的使用时间，到期后这个IP会归还给DHCP服务器。

IP的租期时间是DHCP服务器配置的，根据当前对IP的需求来设置的，如果IP充足，那么租期可以设置长一些；IP短缺，则租期设置短一点，以便尽可能回收IP。

对这个IP的租期，我印象是最深刻的，刚读大一的时候，去教室上课可以直接用windows的自带的远程连接功能连接宿舍的电脑（在同一个局域网可以直接连接），但是远程链接需要指定IP地址，如果每次IP都变化的话，肯定很难记住。所以我是手动配置自己的IP地址的,配置一个自己好记住的，我们学校的DHCP分配的IP租期是7天，所以我一个学期都可以使用同一个IP地址，但是放寒暑假的时候，就超过7天了，这个IP就会归还。所以每个学期开学时都要重新配置一个好记的IP。

自己配置的IP如果DHCP还没有分配给其他计算机的话，我们可以直接使用，使用后DHCP不会再分配这个IP给其他计算机。如果已经分配给其他计算机了，我们手动配置的IP会提示冲突，需要重新配置。

DHCP的一些疑惑解答

1.手动配置IP会冲突吗？

有可能冲突，如果DHCP先分配一个IP给某一主机，而同静态IP的那台主机后上线的话，就冲突了。静态IP先上线的话是不会冲突的

2.局域网必须设置dhcp服务器吗，路由器不是已经自带DHCP了吗，为什么有的公司还非要设置个dhcp服务器？

功能上是一样的。但是dhcp服务器维护起来方便，可以配合软件什么的。路由器上的dhcp维护没有服务器方便。

如果路由器自带DHCP服务的话，默认网关地址就是DHCP服务器的地址

3.DHCP服务器回复包都是是广播？但是这个时候明明知道了客户端的MAC地址，为什么不直接单播呢？

是因为有的客户端协议栈的实现，如果还没有配置 IP 地址，就使用单播的话，协议栈是不接收这个包的，因为 OFFER 和 ACK 的时候，IP 地址还没有配置到网卡上。所以，一切取决于客户端的协议栈的能力，如果没配置好 IP，就不能接收单播的包，那就将 BROADCAST 设为 1，以广播的形式进行交互

4.DHCP服务器回复的这个包是广播，那如果同时有两台或多台计算机在接入，他们都能接收到这个包，是不是他们都会抢到这个IP？

不会的，虽然是广播，但是客户端接收到还会解析到包里面的BOOTP内容，这里面指明了哪个MAC地址分配了这个IP，如果其他计算机接收到这个包，但是这里的MAC不是自己的，就不会获取这个IP了

其他网络总结

计算机网络-学习交换机
计算机网络-学习路由器
计算机网络-路由器和交换机的区别

参考
刘超老师的《趣味网络协议》

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