网络:DHCP --- IP是怎么来的,又是怎么没的

如何配置IP地址

两个方法:
(1)使用net-tools

sudo ifconfig eth1 10.0.0.1/24
sudo ifconfig enth1 up

(2)使用iproute2:

sudo ip addr 10.0.0.1/24 dev eth1
sudo ip link set up eth1

你可能会问了,自己配置这个自由度太大了吧,我是不是配置什么都可以?如果配置一个和谁都不搭边的地址呢?比如,旁边的机器都是192.168.1.x,我这边配置了16.158.23.6,会出现什么现象?

不会出现任何现象,就是包发不出去而已。

为什么包会发不出去?

举个例子:

  • 192.168.1.6就在你这台机器的旁边,甚至是同一个交换机上,而你把机器的地址设为了16.158.23.6。
  • 在这台机器上,你企图去ping 192.168.1.6,你觉得只要将包发出去,同一个交互机的另一台机器马上就能收到,对不对?
  • 可Linux系统不是这样的,它没有这么智能。即使机器就在旁边,它也必须根据自己的逻辑来处理
  • 我们知道,只要是在网络上发的包,都是完整的,可以有下层每上层,绝不可能有上层没有下层
  • 所以,这是这里它有了自己的源IP地址16.158.23.6,也有目标IP地址192.168.1.6,但是包却发不出去,这是因为MAC层还没有填
  • 自己的MAC地址自己知道,这个容易。但是目标MAC填什么呢?
    • Linux首先会去判断,要去的这个地址和我是一个网段的吗,或者和我的网卡是同一个网段的吗?
    • 只有是一个网段的,它才会发送ARP请求,获取MAC地址。
    • 如果发现不是呢?Linux默认的逻辑是,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
      • 如果你配置了网关的话,Linux会获取网关的MAC地址,然后讲包发出去。对于192.168.1.6这台机器来讲,虽然路过它家门的这个包,目标IP是它,但是MAC地址不是它,所以它的网卡是不会把包收进去的
      • 如果没有配置网关呢?那包压根就发不出去。
      • 如果将网关配置成192.168.1.6呢?不可能,Linux不会让你配置成功的,因为网卡要和当前的网络至少一个网卡是同一个网段的。

所以,当你需要收到那个配置一台机器的网络IP时,一定要好好问问你得网络管理员。如果在机房里面,要去网络管理员那里申请,让他给你分配一段正确的IP地址。

当然,真正配置的时候,一定不是直接用命令配置的,而是放在一个配置文件里面。不同系统的配置文件格式不同,但是无非就是CIDR、子网掩码、广播地址和网关地址

动态主机配置协议(DHCP)

配置了IP之后一般不会变的,配置一个服务端的机器还可以,如果有人临时需要配置怎么办,每次有客户来了都去配置IP地址,可能是忙不过来的。所以,我们需要一个自动配置的协议,也就是动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocal),即DHCP

有了这个协议,网络管理员就轻松多了。它只需要配置一段共享的IP地址,每一台新接入的机器都通过DHCP协议,来这个共享的IP地址里申请,然后自动配置好就可以了。等人走了,或者用完了,还回去,这样其他的机器也能用。

工作流程

  • 当一台机器新加入一个网络的时候,只知道自己的MAC地址。这个时候,就需要它吼一句,我来了,有人吗?这个过程叫做DHCP Discover
  • 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。广播包封装在UDP里面,UDP封装在BOOTP里面。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),我们的MAC地址是这个,我还没有IP,谁能给我个IP。格式如下:

    在这里插入图片描述

  • 如果一个网络管理员在网络里面配置了DHCP Server的话,他就相当于这些IP的管理员。它立即就知道了来了一个“新人”。这个时候,我们可以体会MAC地址唯一的重要性了。当一台机器带着自己的MAC地址加入一个网络的时候,MAC是它唯一的身份。如果连这个都重复了,就没办法配置了。
  • 只有MAC唯一,IP管理员才能知道这是一个新人,需要租给它一个IP,这个过程我们称之为DHCP Offer。
  • 同时,DHCP Server为此客户保留为它提供的IP地址,从而不会为其他DHCP客户分配此IP地址。
  • DHCP Offer格式如下,里面有给新人分配的地址

    在这里插入图片描述

  • DHCP Server仍然使用广播地址作为目的地址,因为,此时请求分配IP的新人还没有自己的IP。DHCP Server回复说,我分配了一个可用的IP给你,你看如何?除此之外,服务器还发送了子网掩码、网关和IP地址租用等信息
  • 新来的机器得到回复之后就组到了一个IP地址。如果有多个DHCP Server,这台新机器会收到多个IP地址
  • 它会选择其中一个DHCP Offer,一般是最先到达的那个,并且会向网络发送一个DHCP Request广播数据包,包中包含客户端的MAC地址,接受的租约中的IP地址、提供此租约的DHCP服务地址等,并告诉所有DHCP Server它将接受那一台服务器提供的IP地址,告诉其他DHCP服务器,请求撤销它们提供的IP地址,以便提供给下一个IP租用请求者。
  • 此时,由于还没有得到DHCP Server的最后确认,客户端仍然使用0.0.0.0为源IP地址,255.255.255.255为目标地址进行广播。在BOOTP里面,接收某个DHCP Server分配的IP

在这里插入图片描述

  • 当DHCP Server接收到客户机的DHCP request之后,会广播返回给客户机一个DHCP ACK消息包,表明已经接收客户机的选择,并将这一IP地址的合法租用信息和其他的配置信息都放入该广播包,发给客户机,欢迎它加入网络大家庭。

在这里插入图片描述

IP地址的收回与续租

既然是租约,那么就由租期。租期到了,管理员就要将IP收回。如果想要续租的话,需要提前一段时间给房东(DHCP)说。

  • 客户机会在租期过去50%的时候,直接向为其提供IP地址的DHCP Server发送DHCP request消息包。
  • 客户机接收到该服务器回应的DHCP ACK消息把,会根据包中所提供的新的租期以及其他已经更新的TCP/IP参数,更新自己的配置。
  • 这样,IP租用更新就完成了

ps:DHCP协议不仅能够自动分配IP地址,还可以自动安装操作系统,这个过程叫做PXE

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