图解DHCP协议，搞懂你的电脑/手机如何自动获取IP的

大家好，我是IT售前工程师Bernie。

本文简要介绍下，在计算机网络中DHCP的技术原理，欢迎阅读。

我们知道，无论是手机、电脑、笔记本，还是其他智能终端，只要连上wifi或者网线，就能够直接上网。当我们查看笔记本的IP信息时，就会显示当前设备的IP地址、网关地址、子网掩码等，这些信息是计算机网络中数据包中必须的，放在数据报头。

但是，我们并没有手动的配置上述信息。

设备的IP是怎么来的呢？

小伙伴们不妨查看下自己的笔记本Inte.NET选项，不出意外的话就会显示“自动获得IT地址的默认配置”。其实，这些IP是通过DHCP服务器下发，自动获取的。

接下来，我们以简单办公场景讲一下DHCP服务的概念和技术原理。

什么是DHCP？

DHCP的英文全称是Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议。

直白一点讲就是：计算机网络中，端设备可以在DHCP服务器上动态获得IP地址、子网掩码和网关地址，以便可以在网络中标注自己的身份，获得上网的资格。

比如一个局域网中，有一台pc和一部手机，双方都连接到路由器。那么，pc和手机都可以从路由器上得到IP地址、网关地址和子网掩码。在这里，路由器就是他们的dhcp服务器。

那么他们是如何获取IP地址的呢？这里要重点讲一下

DHCP服务原理

第1步：discover

当一台终端设备，插入网线或者连接WIFI时。在初始化阶段，它是没有IP地址的。那么这时第一个任务就是通过广播的形式寻找子网下的dhcp服务器。

我们知道，在计算机网络中任何一条数据包都是要包含源IP地址、目的IP地址的。这里就矛盾了，因为pc3发送广播消息的目的就是获取IP地址，它既不知道自己的IP地址应该是多少，也不知道dhcp服务器的地址是多少。

这里往往会给这个数据包赋值源IP为0.0.0.0，目的IP为255.255.255.255.

特别说明一点， 0.0.0.0并不是一个真正意义的IP地址，它其实是缺省路由，即：告诉对方我不知自己IP是多少，所以用0.0.0.0代替。

而255.255.255.255也不是一个严格意义的IP地址，它是限制广播地址，即：告诉同一个网段的所有端设备，这里的设备都注意啦！255.255.255.255是不能被路由器转发的，因为它本身并没有太多意义。

这个广播消息会被二层交换机发送到同一个vlan下的所有设备中，包括pc1、pc2、dhcp1和dhcp2。

第2步：offer

由于pc1和pc2是端设备，不具备dhcp的功能，他们会自动忽略这个广播消息，

dhcp server1和dhcp server2接收到IP地址获取的请求消息时，他们都会分配一个IP地址、网关地址和掩码等信息给pc3。

这时候，pc3就会接收到两套不同的IP信息，他们都可以正常使用。同一网段中有几个dhcp服务器，就会分配给pc3几套IP地址信息。

注意：这里不仅仅包含IP信息，还包含这个IP的使用期限，过了期限就会自动回收或者自动续期。比如：宽带路由器的dhcp租用周期最小1min，最大是两天，默认值为120min。

第3步：request

上面pc3一条广播得到了2套不一样的IP信息，显然它是不能全部霸占的，只能使用1套。于是，pc3会选取其中的一套（一般选择最先到达的那个）。比如IP1的先到达，pc3就会选择IP1作为自己的IP地址信息。

这样就结束了？

并没有！

因为dhcp server1并不知道自己提供的IP地址被选中了，同样，dhcp server2也不知道自己提供的IP地址被淘汰了。

所以需要pc3发一条广播消息告知自己的选择结果。

有的小伙伴可能会感到奇怪，明明pc3已经有了自己的IP了，为何数据报中还是用0.0.0.0.这是因为还没有得到确认，也不能发送单播告知dhcp server1，其他的dhcp server也要知道的。

第4步：ack

终于到了最后一步，这一步的工作就是确认。

当收到pc3的选择结果后，dhcp server1会更新自己的路由表和mac 地址映射表，同时也会发送一条确认消息给pc3。

由于dhcp2之前分配给pc3的IP地址落选了，那么，它将把IP回收，以便在后续分配给其他的接入设备。同时，也会更新自己的mac地址表和路由表。

总结

以上便是计算机网络终端设备获取DHCP服务的全过程，整个过程包含4个部分：discover、offer、request和ack。他们是层层递进、环环相扣的关系。

特别说明：DHCP服务器分配出去的IP是临时租用！一般情况下，只要不设置租用时间为infinite(永久租用)，端设备需要在租期到达50%的时候，给dhcp server发送request数据包更新自己的租用时间。