计算机网络之DHCP工作原理

Love The Way You Lie 2022-10-22 04:13 279阅读 0赞

# 一、动机 #

Socket库的`gethostbyname`函数会请求操作系统**向DNS服务器发送查询消息**(即某域名对应的IP地址是什么)。  
显然，要向DNS服务器发送消息，得先知道DNS服务器的IP地址（有2种方式）。  
①手动设置过DNS服务器的IP地址；  
②**自动获得DNS服务器地址**。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

> 那么计算机是如何自动获得DNS服务器地址的呢？这就要让DHCP来大显身手了！

# 二、动态主机配置协议（DHCP） #

## 1.DHCP（Dynamic Host Configuration Protocal）的作用 ##

常用于给主机动态分配IP地址。

> DHCP提供即插即用联网的机制，即允许一台计算机加入新的网络时自动获取IP地址。  
> 再通俗地解释一遍：当张三买了一台新笔记本，用网线将笔记本和网口连接时，该计算机就自动获取了IP地址。

> DHCP是怎么实现这一个功能的呢？

## 2.DHCP的工作原理 ##

(0)预备知识  
DHCP属于**应用层协议**，使用**UDP协议**提供的服务，采用**客户/服务器**方式工作。

(1)工作过程  
1）需要IP地址的主机在启动时就向**DHCP服务器**`广播`发送发现消息。

> 说明：  
> ①广播的IP地址结构：子网号+主机号全1。  
> ②上述提到的网口可以通俗理解为路由器的一个端口，对应于**1个子网**。  
> 综合①和②，那么就有了**广播IP地址**。  
> ③操作系统内部的**网络控制软件**(也叫**协议栈**)根据**广播地址**把**发送消息**(内容大意：亲爱的DHCP服务器，施舍给小弟1个IP地址吧:))向子网中所有计算机进行**广播**。（当然了，消息实际是从**网卡**经网线传输出去的。）  
> PS：如果计算机可以使用自动获得IP地址功能，那么接入的子网中有DHCP服务器。

2）只有DHCP服务器才响应此广播信息。

> 响应过程：  
> DHCP服务器先在其数据库中查找该计算机的配置信息。若找到，则返回找到的信息（说明分配过IP地址了）；若找不到，则从服务器的IP地址池中**取一个地址分配给该计算机**。

> 广播消息：  
> 向所在子网广播“DHCP提供”消息，包括该计算机的IP地址和相关配置。

3）计算机收到“DHCP提供”消息后，广播“DHCP请求”信息

4）DHCP服务器广播“DHCP”确认消息

> 对该过程进行拟人化描述：  
> ①张三(新笔记本)向自己所在的村子(子网)敲锣打鼓地呼喊“村长(DHCP服务器)在哪啊？给我分配套房(IP地址)呗”；（对应上述`1`）  
> ②只有村长才打理这一声呼喊，并将预分配房的消息通过村里的大喇叭传出去; (对应上述`2`)  
> ③张三听到消息后，满意地点点头，然后呼喊“感谢村长！我就要那套房啦！”；（对应上述`3`）  
> ④村长得知后，就在自己的小本本上(DHCP服务器的数据库)记录了这一分配，并广播“m78号房就是你张三的了！”。(对应上述`4`)

> 这时候小伙伴就要问了，这不是主机自动获得IP地址吗？那主机怎么自动获得DNS服务器IP地址呢？  
> PS：由上述的“广播”也知道DHCP协议是基于UDP协议的。

(2)自动获得DNS服务器IP地址  
1）前言  
张三已经有了IP地址了，那么他下一步就要上网冲浪了。  
而张三打开浏览器，输入网址(**URL**)进行冲浪。浏览器就得调用`gethostbyname`函数(请求将URL中的域名转化为IP地址)，而这是DNS服务器的工作。  
作为新时代负有责任的村长大大(**DHCP服务器**)当然在提供给张三IP地址的同时，要**告诉**他**DNS服务器IP地址**啊。否则，张三只有IP地址，没法将域名转化为目标IP地址，冲不了浪啊。

2）结论  
当计算机选择自动获得DNS服务器IP地址时，DHCP服务器不仅为它分配主机IP地址还告诉它DNS服务器IP地址。

## 3.说明 ##

> 上述内容掩盖了DHCP的一些细节，比如，DHCP服务器分配给主机的IP地址是临时的。但抓住DHCP工作原理的核心部分才是关键！

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