一起学DHCP系列（五）指派、获取

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    本节将主要讲述DHCP客户端获取IP的过程，也是此系列中非常重要的一节。

    为了让大家更好的理解DHCP客户端和服务器之间是如何交互工作的。这里搭建了一个很小的环境来辅助演示。如下图：

     首先在win2k3上安装DHCP服务器，一台XP主机与之直连。有关DHCP的安装过程，请参考上一节的内容。DHCP安装完成后，如下图：

服务器名称为win2k3，IP为192.168.1.1。依据上节所说，我们需要创建一个新的作用域并激活，这样才能为客户端指派IP地址等信息。这里我创建的范围是192.168.1.1—192.168.1.10，别的选项类型暂时先不设置。如下图：

scope1为当前的作用域，同时已激活，现在可以正常使用了。

OK，万事俱备只等客户端了。通常情况下，DHCP客户端从DHCP上获取一个IP地址需要4个步骤，这里我们通过演示来一起验证一下。

这里依然使用wireshark工具来观察DHCP服务器收、发数据包的情况。在理想的情况下，客户机启动后，会自动联系可用的DHCP来获取IP地址，其实整个过程是很快的，我们先从整体上看一下客户端获取IP的前后过程吧。如下图：

这个图比较大，基本上可以分为5部分，现在一个个来。

第一部分：

1、客户端发送DHCP Discover 数据包。如下图：

解释一下：抓包的时间和前一张图不对应，主要是中途做有别的事了，请见谅。

稍微说一下这张图：当客户端被配置为DHCP自动获取地址时，一旦接入网络，且检测到自己没有IP地址，系统就会发出DHCP Discover 数据包，其中包括了客户机的主机名、MAC地址、甚至还有上一次获取到的IP地址等信息。169.254在这里的含义是告诉DHCP服务器，我是否可以申请这个地址？显然不行，因为这个地址不在DHCP现在的作用域内（下同）。这些信息都包含在Bootstrap Protocol（也就是BOOTP）协议中。这也是DHCP的原始协议。请留意，客户端利用本机的68号端口发出DHCP查询请求，服务端则用67号端口接受此请求。

其实，不仅仅是刚接入会发送查询包，还有在机器刚启动或请求被拒绝时也会触发DHCP Discover数据包。

2、服务器回应DHCP Offer 数据包。如下图：

DHCP服务器会响应客户端的DHCP Discover请求后，会检查自己的配置，如果有多余且有效的地址，则会返回一个DHCP Offer的广播消息。因为此时服务器也不知道客户端在那里。数据包除了有IP地址、掩码外，还有这个地址对应的租约时限。

3、客户端收到IP地址后用DHCP Request 数据包回应DHCP服务器。如下图：

DCHP Request这个数据包是通知当前所有的DHCP服务器，当然也包括分配给它IP地址的那台。目的是让大家知道，客户端XP2已经接受某一台DHCP服务器指派了一个IP地址，并将IP地址通告出去。因为可能网内不止一台DHCP，而且XP2发的第一个包是面向全体的，XP2自己也不知道谁会给它分配IP，同时其他DHCP服务器收到查询请求后必然也会检查各自的配置，然后都会分配IP出来。关键看XP2最先收到谁的Offer，这就和我们面试一样，那个公司现给我们Offer，通常情况下也会先去那家公司，当然，我们不会像客户端那么傻直接回绝其他所有的Offer，哈哈！当其他DHCP服务器收到Request请求数据包后，就会收回已经派出的地址，留做他用。

不过这还没玩，客户端必须得到指派给它IP地址的那台DHCP服务器的确认消息，这个IP地址也就是192.168.1.1才可以正式为XP2所用。一起来看第四个数据包。

4、DHCP收到Request报用DHCP ACK包回应客户机。如下图：

DHCP服务器用ACK数据包作为一个确认来回应客户端的Request包，数据包中的Option同样也包含了租约的IP地址、掩码和期限等信息。

到此为止，客户端和服务器利用DHCP完成了一次交互查询和响应的过程。尽管服务器的IP固定，但这4个过程都是通过广播方式进行的。

这样算不算完了？还不算，现在XP2获取的地址是192.168.1.1，有朋友可能有疑问了，这个IP不就是DHCP服务器的地址吗？没错！的确是这样。那这怎么能行呢？大家不用急，我们来看看主机XP2是如何处理的。

第二部分：

客户机在收到DHCP ACK数据包之后，会利用Gratuitous ARP协议对这个IP地址进行冲突检测，目的是确定网内是否有人使用这个IP。这个机制存在于2000或之后系统内。如果网内有相同机器使用这个IP，那么就会返回数据包。并用广播方式告知对方IP冲突。整个检测过程有三个数据包，但如果没有得到任何回应，也就不会有第二和第三个数据包了。

以下是这三个数据包：

1、客户端发送Gratuitous ARP的Request数据包。如下图：

这个数据包是客户端用来检测IP冲突的。检测的大致原理已经在图中说明了，请注意查看。

2、有相同IP的主机发送Gratuitous ARP的Reply数据包。如下图：

很不幸的是，XP2收到了Reply数据包，这证明网内有于自己相同的IP。此时DHCP服务器也就是192.168.1.1这个IP的原始拥有者会发送一个IP冲突的提示。

看一下第三个数据包。

3、有相同IP的主机以广播方式发送Gratuitous ARP冲突提示信息。如下图：

第三个数据包是DHCP服务器发出了一个冲突提示，在服务器的日志中也有体现

可见，为了防止IP冲突，DHCP客户端收到指派的地址后都会利用ARP协议进行一次冲突检测。

第三部分：

既然检测到这个IP有冲突，自然就无法使用了，接下来客户端会怎么做呢？

1、向DHCP服务器发送Decline拒绝数据包，表示192.168.1.1这个IP无法使用。

大家请注意这个数据包的Transaction ID和最开始的4个DHCP数据包一致，顺利的话，只需要4个数据包即可完成整个过程，但如果有冲突或出现别的情况就会产生额外的过程。这里的DHCP Decline 就是其中的一个。

第三部分：

在此之后，客户机进行第二次的IP地址获取。这部分和第一部分的申请过程一样，只是事务ID有所变化。

第二次申请时，因为192.168.1.1刚才已经指派过，且被拒绝，所以按照顺序接下来会指派下一个可用的IP给XP2主机，显然是192.168.1.2，因为只有它一台主机在申请。

主要看一下DHCP Offer数据包里的IP地址是什么就知道了。如下图：

第四部分：

第二次IP冲突检测，通常情况下会一次发出三个ARP包进行检测。如下图：

第五部分：

IP地址获取成功后，对于客户端来说下一步就是查找WINS服务器，进行NETBIOS名称的注册（这部分请参考《一起学WINS》系列文章）。

    还有一点要说明。为什么会出现DHCP Decline的数据包，也就是为什么192.168.1.1会被分配出去，这个不是服务器的IP吗？原来我在设置作用域的时候不把192.168.1.1也包含了进去，所以DHCP会首先把第一个地址也就是192.168.1.1分配给XP2。所以会出现这种情况。解决的办法很简单，修改作用域，不包含1.1这个地址就可以了，或者设置排除地址，或者添加保留地址，可见第一种方法是最简单的。

    到这里IP地址的获取过程就讲解完了，我们到DHCP服务器管理界面里看一下：

再到XP2上看一下当前的IP地址信息。如下图：

可以看到现在XP2的IP地址是192.168.1.2，Dhcp 的状态也是 Enabled 的。

    有关DHCP服务器的租约、授权、以及DHCP客户端IP的释放和重新获取的内容将在下一节中讲解。

谢谢！