3.3 DHCP 工作原理 (Principle)
手动配置 IP 地址（静态 IP）虽然稳定，但对于几百台电脑的公司来说，简直是网管的噩梦。 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议) 应运而生。它的作用很简单：自动给设备分配 IP、掩码、网关和 DNS。
🌐 DHCP 基础网络环境拓扑 (模拟)
🗄️
DHCP Server
192.168.1.1/24
交换网络
💻
PC (Client)
自动获取中...
一个最简单的场景：PC 通过交换机连接到 DHCP 服务器，请求“入网许可证”。
eNSP/EVE-NG 拓扑
（此处待补充真实模拟器拓扑截图）
1. DORA 过程：DHCP 的四步交互
当一台电脑连上网线并设置为“自动获取 IP”时，它会和 DHCP 服务器进行四次对话，我们称为 DORA 流程：
- Discover (发现)
- Offer (提供)
- Request (请求)
- Ack (确认)
💡 交互小结
在标准的 DHCP 首次获取 IP 过程中（DORA）：
- 客户端 (Client)：发送 2 个包 (Discover, Request)，接收 2 个包 (Offer, Ack)。
- 服务器 (Server)：接收 2 个包 (Discover, Request)，发送 2 个包 (Offer, Ack)。
1.1 详解交互流程
DAD (Duplicate Address Detection) 地址冲突检测
在正式使用 IP 之前，客户端会利用 免费 ARP (Gratuitous ARP) 进行自我检测。
- 收到 Offer 后或配置静态 IP 时，发送一个 SIP=0.0.0.0 (或自己IP)，DIP=自己IP 的 ARP 请求。
- 如果有人回应，说明 IP 冲突！发送 DHCP Decline 拒绝该 IP。
1. DHCP Discover (广播)
Client -> Server (0.0.0.0 -> 255.255.255.255)
📤 客户端发出 1 个包
PC 大喊：“有人在吗？我需要一个 IP！(我自己的 MAC 是 AA-AA)”
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2. DHCP Offer (单播/广播)
Server -> Client
📩 客户端收到 1 个包
Server 回复：“我在！我可以租给你 192.168.1.100，租期 24 小时，怎么样？”
*注：华为设备默认单播回复，部分厂商广播回复。
*注：华为设备默认单播回复，部分厂商广播回复。
⚡免费 ARP 探测 (Gratuitous ARP)
收到 Offer 后，谨慎的 PC 不会马上用，而是先发广播：“谁在用 192.168.1.100？”
- ✅ 无人回应：IP 安全，发送 Request。
- ❌ 有人回应：IP 冲突！发送 Decline 拒绝该 IP。
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3. DHCP Request (广播)
Client -> Server (0.0.0.0 -> 255.255.255.255)
📤 客户端发出 1 个包
PC 大喊：“好的！我看中了这台 Server 给我的 192.168.1.100，我要用了！”
*为什么是广播？为了告诉其他 DHCP 服务器“我已经有主了，你们的 Offer 我不要了”。*
*为什么是广播？为了告诉其他 DHCP 服务器“我已经有主了，你们的 Offer 我不要了”。*
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4. DHCP Ack (单播/广播)
Server -> Client
📩 客户端收到 1 个包
Server 回复：“Deal！正式生效。记住了，网关是 .1，DNS 是 8.8.8.8。”
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2. DHCP 的 8 种报文类型
除了最常见的 DORA 四种报文，DHCP 总共有 8 种报文类型，它们各司其职：
| 报文类型 | 作用 |
|---|---|
| DHCP Discover | 客户端请求 IP (广播) |
| DHCP Offer | 服务器响应 Offer (单播/广播) |
| DHCP Request | 客户端选择 IP 或请求续租 (广播/单播) |
| DHCP Ack | 服务器确认，IP 正式生效 |
| DHCP Nak | (Negative Ack) 服务器拒绝。通常是因为 IP 已过期或网段不对。客户端收到后会重新 Discover。 |
| DHCP Release | 客户端主动释放 IP (例如关机或手动 ipconfig /release) |
| DHCP Decline | 客户端检测到 IP 冲突 (DAD)，拒绝使用该 IP，并通知服务器。 |
| DHCP Inform | 客户端已有 IP，仅请求更多信息 (如 DNS、WINS 等)。 |
2.1 补充：DHCP Option 的 TLV 结构
DHCP 的强大之处在于 Options 字段，它采用 TLV (Type-Length-Value) 格式，既简约又灵活。
- T (Type): 类型代码 (1 Byte)，例如
53代表消息类型，1代表子网掩码。 - L (Length): 长度 (1 Byte)，表示 Value 的长度。
- V (Value): 具体的值，例如
255.255.255.0。
示例：Option 43 (厂家自定义选项)
- Type: 43
- Length: 4
- Value: 1.2.3.4 (AC IP 地址)
3. 其他场景的交互流程 (More Scenarios)
DORA 只是最顺利的“初次见面”。在实际网络中，还有以下几种常见情况：
3.1 租期更新 (Renewal) - T1/T2 机制
IP 地址不是永久送给你的，是租给你的。默认租期 (Lease) 通常是 1 天 (24h)。
- T1 (50% 租期)：12小时。客户端向服务器发送单播 Request 请求续租。
- 成功：租期重置为 24h。
- 失败：继续使用，直到 T2。
- T2 (87.5% 租期)：21小时。客户端向网络发送广播 Request，试图联系任何一台 DHCP 服务器进行续租。
- 100% 租期：IP 失效，客户端必须停止使用该 IP，并重新开始 Discover 流程。
⏳ 续租时间轴
0%
DORA获取IP
DORA获取IP
50% (T1)
单播 Request
单播 Request
87.5% (T2)
广播 Request
广播 Request
100%
停用IP
停用IP
- T1 (50% 租期)：
- 动作：PC 向 Server 发送 单播 DHCP Request：“老哥，我能续租吗？”
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- 结果：Server 回复 DHCP ACK，租期刷新，重新计时。
- 动作：PC 向 Server 发送 单播 DHCP Request：“老哥，我能续租吗？”
- T2 (87.5% 租期)：
- 动作：如果 T1 时 Server 没理我（可能挂了），等到 87.5% 时，PC 会改为 广播 DHCP Request：“原房东联系不上，有没有别的 DHCP 服务器能管管我？”
🔍 点击查看 T2 广播续租报文详情
- 结果：通常此时会联系上备用 Server 或者原 Server 恢复。
- 动作：如果 T1 时 Server 没理我（可能挂了），等到 87.5% 时，PC 会改为 广播 DHCP Request：“原房东联系不上，有没有别的 DHCP 服务器能管管我？”
- 租期到期 (100%)：
- 动作：彻底没招了。PC 必须立即停止使用该 IP，并重新开始 DORA 流程。
3.2 客户端拒绝 IP (Decline) - 遇到“坏”IP
这种情况发生在 IP 冲突 时。服务器给的 IP 竟然已经有人在用了！
🙅♂️
场景还原：
1. Server 分配
2. PC 收到后，先发个 免费 ARP 探测一下。
3. 居然收到了 ARP 回复！说明局域网里有个 “非法占位者” 已经在用这个 IP 了。
4. PC 愤怒地发送 DHCP Decline 给 Server：“这 IP 有毒（冲突），我不要，换一个！”
5. PC 重新发送 Discover。
1. Server 分配
192.168.1.100 给 PC。2. PC 收到后，先发个 免费 ARP 探测一下。
3. 居然收到了 ARP 回复！说明局域网里有个 “非法占位者” 已经在用这个 IP 了。
4. PC 愤怒地发送 DHCP Decline 给 Server：“这 IP 有毒（冲突），我不要，换一个！”
5. PC 重新发送 Discover。
3.3 客户端主动释放 (Release) - 文明退房
当你输入 ipconfig /release 时，就是一次文明的“退房”操作。
- 动作：PC 发送 单播 DHCP Release 给 Server。
- 结果：Server 收到后，将该 IP 在数据库中标记为 Idle (空闲)，可以立即分配给下一位客人。
- 注意：PC 关机时通常不会发送 Release（为了下次开机能快速拿到同一个 IP），服务器只能等租约自然过期。
3.4 补充：DHCP Inform - 我只要点“额外信息”
有时候，客户端已经通过手工配置了静态 IP 地址，但它还想知道一些网络参数（比如 DNS 服务器、WINS 服务器）。这时它就会发送 DHCP Inform 报文。
- 场景：静态 IP 用户需要自动获取 DNS。
- 动作：客户端发送 Inform 请求。
- 结果：服务器回复 Ack，带上请求的 Option 参数，但不分配 IP 地址。
4. DHCP 报文格式 (抓包必看)
DHCP 基于 UDP 协议，Server 端口 67，Client 端口 68。
OpCode
1=Req, 2=Rep
1=Req, 2=Rep
HwType
1=Ethernet
1=Ethernet
HwLen
6
6
Hops
Relay用
Relay用
Transaction ID (事务 ID) - 随机数，用于匹配请求/响应
Seconds
Flags (Broadcast bit)
Ciaddr (Client IP) - 续租时填
Yiaddr (Your IP) - Server 给你的 IP
Siaddr (Server IP) - 引导 Server IP
Giaddr (Gateway IP) - 中继代理 IP
Chaddr (Client Hardware Address) - 客户端 MAC
Options (最重要的字段)
- Option 53 (Message Type): 标记这是 Discover 还是 Offer。
- Option 50 (Requested IP): 客户端想要哪个 IP。
- Option 54 (Server Identifier): 标记 Server 的 IP。
- Option 55 (Parameter Request List): 客户端想要哪些参数(掩码、网关、DNS...)。
- Option 43 (Vendor Specific): 厂商自定义选项（如 AC 地址）。