42-DHCP协议
DHCP协议
动态主机设置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）是一个局域网的网络协议，是一个应用层协议，并使用UDP协议工作，主要有两个用途：给内部网络或网络服务供应商自动分配IP信息（IP地址、网关地址、DNS服务器…..），帮助网络管理员管理所有计算机作，以减少工作量。
如果逐一为每一台主机分配IP地址是非常繁琐的事情，特别是使用笔记本，平板电脑等设备，每次移动到新地方都要重新设置新的IP地址。于是为了实现自动设置IP地址，同一管理IP地址的分配，DHCP协议就起到了至关重要的作用。
也就是说，只要你上网，就一定会用到HDCP协议的，因此，我们还是有必要学习一下HDCP协议。
DHCP协议通常使用CS模式，Server端使用UDP的67端口、Client端使用68端口进行通信。
DHCP的问题
首先我们要搞明白以下几个问题：
1. DHCP协议是用来帮助客户端设置IP地址信息的，但是现在客户端没有IP地址，那么如果客户端要使用DHCP协议获取IP地址的话，客户端需要发送DHCP数据包获取IP地址的，那么问题来了，因为前面我们说过，客户端发送的数据包必须封装源客户端的IP地址，所以当客户端没有IP地址的时候是怎么发送的DHCP数据报？
2. 另外，现在客户端没有IP地址，那么客户端想要获取IP地址的话，问题又来了：客户端发送的DHCP数据包该发送给谁？也就是该找谁要IP地址？
3. 还有，如果是在多服务器下，也就是说，现在客户端不知道自己是谁，同时也不知道该找谁要ip地址的情况下，是如何获取到ip地址的？
DHCP协议原理
图1-DHCP协议原理
这四个DHCP数据报分别为：
1.Discover（DHCP发现）：客户在物理子网上发送广播来寻找可用的服务器。网络管理员可以配置一个本地路由来转发DHCP包给另一个子网上的DHCP服务器。该客户实现生成一个目的地址为255.255.255.255或者一个子网广播地址的UDP包。
2.Offer（DHCP提供）：当DHCP服务器收到一个来自客户的IP租约请求时，它会提供一个IP租约，DHCP为客户保留一个IP地址
3.Request（DHCP请求）：当客户PC收到一个IP租约提供时，它必须以广播的形式告诉所有其他的DHCP服务器它已经接受了一个租约提供，当其他DHCP服务器收到了该消息后，它们会收回所有可能已提供给客户的租约。
4.ACK（DHCP确认）：当DHCP服务器收到来自客户的REQUEST消息后，这时候TCP/IP配置过程就完成了。
图2-四个DHCP数据报
DHCP协议工作原理如图1所示：
1. 因为客户端不知道自己的ip地址，也不知该找谁，所以会以广播的形式发送DHCP发现（Discover）数据包给同一局域网下的所有主机设备，用于请求客户端的IP地址，该数据包中会封装上客户端的mac地址。
2. 服务端同样也会以广播的形式发送DHCP提供（offer）数据包回应客户端，表示分配给客户端的IP地址。
3. 客户端收到服务端的回应后，会发送DHCP请求（request）数据包告诉服务端，表示客户端收到服务端分配的IP地址，客户端接受并使用服务端分配的IP地址，且该IP地址不能被其他主机使用，其他服务器收到该消息后会收回所有可能已经提供给客户端的ip地址，这样节省了ip地址资源。
4. 服务端收到客户端的DHCP请求（request）后，会发送一个DHCP确认（ACK）给客户端，表示服务器开始给客户端配置ip地址的过程，并确认该过程结束。
经过以上4个过程，客户端的IP地址信息分配完毕。
我们举个栗子来具体说明一下DHCP协议的原理过程：
假设，客户端就是张三，服务器就是李四，该局域网就是一个教室，座位是iP地址。
现在张三在这个教室中啥都不知道，不知道自己座位在哪里，也不知道自己该找谁要座位。
因为张三不知道坐在哪里？所以在教室中大喊了一下：“我是张三，我的座位在哪里？”。
教室中中的人都听见了，然后李四又大喊了一声：“张三，你坐在7号座位”。
然后张三又说：“那我坐7号座位了，其他人不要坐这个位置”。表示这个座位已经是张三的了
最后李四回答说：“7号座位归你了”。
DHCP为何是4个数据包
从DHCP的原理过程来看，如果客户端向服务器请求分配ip地址的话，实际上2个数据包（一个请求，一个回答）就足以完成IP地质分配了，那么为什么还要使用4个数据包呢？
再假设这么一种情况，比如在一个大型的网络中，，比如：一个校园网中有几千个学生上网，但是只有一台服务器用于认证和分配IP地址，如果这台服务器一下子挂了的话，那么其他学生就不能通过服务器分配到IP地址了，也就不能上网了。
为了解决这种问题，一般服务器会进行主从备份多台服务器。也就是说如果学生A要上网，会发送一个DHCP广播请求服务器分配IP地址，当服务器收到请求后，多个服务器会发送多个IP地址给学生A。
如果DHCP只用2个数据包的话，这时候因为遵从先到先得的原则，学生A拿到其中一个服务器的IP地址后，没有发确认消息给服务器，这时候服务器就不知道这个IP地址有没有被使用，另外，由于学生A已经有了IP地址，那么其他服务器的IP地址发送过来会被丢弃，也就导致这些IP地址浪费了。
如果DHCP使用的是4个数据包，学生A在接受了一个IP地址后，对于其他服务器发送过来的IP地址，学生A会发送一个广播请求拒绝使用这些IP地址，然后其他服务器收到学生A的拒绝消息后，会发送一个ACK回答，客户端确认服务器收到拒绝消息后，然后服务器会把offer消息发出去的ip地址收回来。
DHCP总结
数据包的作用
发现包用于广播发现局域网的DHCP服务器；提供包用于预回复客户端，告知其即将给的IP地址；请求包正式对感兴趣的服务器/IP地址发起请求；确认包对客户端进行最终的正式确认（这个时候服务器会将此分配出去的IP地址移开本地地址池）。为什么需要4个包来获取地址，而不是2个包？
2个包无法解决多个服务器下，ip地址浪费的问题。DHCP初始请求过程中，客户端本地是没有IP地址的，那么如何对外发送发现和请求包呢？
DHCP在初始化的时候，客户端是没有IP地址的，客户端再发送数据时IP地址是全部以0进行填充，然后再封装mac地址。DHCP数据包全部采用广播的形式实现的，目标ip地址为255.255.255.255，主要是为了防止ip地址冲突。DHCP协议中，客户端使用的是67端口，服务端使用的是68端口。
到这里，对于之前提出的几个DHCP的问题相信你已经有了答案了，在下一篇我们将通过实验来深入学习DHCP协议。