趣谈网络协议学习笔记——DHCP, ARP, ICMP

DHCP

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）是局域网内将IP和Mac配对的协议，局域网内的DHCP服务器负责局域网内主机的IP分配。

DHCP的IP分配过程：

一台主机新加入局域网，使用IP地址0.0.0.0（因为此时还没有IP）向255.255.255.255（广播地址）发出一个UDP包，这个包的意思就是：我的MAC地址是XXX，我还没有IP，谁负责给我一个IP？

局域网内的DHCP Server收到这个广播包，要检查两个条件：第一，没有重复的MAC地址，因为MAC是主机在网络上的唯一身份标识，所以必然不能重复，否则寻址系统就会被破坏。这在使用物理机的时候不会存在问题，但是使用虚拟机就很有可能了，比如你从同事那里copy过来的虚拟机，如果启动的时没有重新分配MAC，并且使用了直连局域网的方式，就存在了MAC地址冲突的可能性，如果你先接入局域网，你同事的虚拟机就不能再获取到IP了。反之亦然。第二就是要有可分配的IP，比如一个局域网内的254个IP都分配完了，那么也没有办法给新接入的电脑分配IP了。如果条件都满足，则广播或者单播新分配的MAC-IP对。

这个新加入的主机收到这个MAC-IP地址对之后，要向DHCPServer确认自己使用这个IP。因为有可能存在多个DHCPServer，同时分配多个MAC-IP对给新主机。新主机要确认自己使用了哪一个。此时仍使用的是广播。

最后DHCP将IP和Mac对记录下来，再广播一个DHCP ACK正式发放offer，从此以后新主机就加入了这个局域网。

ARP

通过IP求Mac的协议，发送一个广播包，谁是这个IP谁来回答。如果一个局域网中有多个交换机，APR广播可能会引起广播风暴

ICMP

ICMP（Internet Control Message Protocol）保存封装在IP包中，相当于侦察兵，用于通报网络传输中发生的事情。

ping就是基于ICMP协议工作的，是一种查询类型的报文。

还有一种类型的报文是差错类型，在网络发生错误的时候收到。

一种错误是终点不可达，又细分为网络不可达，主机不可达，端口不可达和需要分片但是设置了不分片的标志位。

第二种错误是源抑制，让发送的慢一些。

第三种是时间超时

第四种是路由重定向，让下次发送给另外一个路由器。

traceroute也是基于ICMP的应用。

traceroute的第一个应用是追踪去往目的地沿途经过的路由：先发送一个TLL为1的UDP数据包给某个IP，一旦遇到一个路由，就超时了，会返回一个ICMP的包，得到第一个路由的IP，然后将TTL设置为2，再次发送这个UDP的包……直到能到达目的地。第二个trick是，这个UDP的包使用了一个不存在的端口，这回返回一个端口不可达的ICMP包，于是traceroute就获得了想要的信息。有些路由器是不回复ICMP的，这样的话traceroute就无法得知他们的路由了。

traceroute的另外一个应用是探求路径上的MTU。发送一个不分片的标志的包，如果路径上有窄的关卡，就会返回“端口不可达和需要分片但是设置了不分片的标志位”这个错误，然后减小分组长度，直到能到达目标主机。

最后一点，ICMP报文出错了就错了，没有消息返回了。