DHCP 动态地址分配

平时手机连上店里的 Wi-Fi、电脑插上网线就能直接上网,不用自己手填 IP 和子网掩码,靠的就是局域网里的 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议)。

家用网络接入结构

手机通过 Wi-Fi、电脑通过网线接入路由器,路由器经光猫连接运营商

家里常见的宽带设备主要有两件:

  • 光猫(ONT/ONU):把入户光纤里的光信号转成网线里的电信号,接入运营商网络。
  • 家用无线路由器:其实是台四合一设备,里面打包了路由器(管 NAT 和外网转发)、交换机(背面的几个 LAN 口)、无线接入点 AP(发 Wi-Fi 信号)以及 DHCP 服务器(给手机电脑发 IP 配置)。

入户光纤接口、光网络终端,以及家用路由器背面的 WAN 和 LAN 接口

左上:Draconichiaro,Fibre Optic Jack,CC BY-SA 4.0;右上:Zuzu,Tellabs ONT611,CC BY-SA 4.0;下:Abhi25t,TP-Link AX1500 背面,CC BY-SA 4.0。图片经裁切、拼接。

路由器背面单独标着 WAN 的口用来连光猫,标着 LAN 的几个口用来接电脑、NAS 或电视。手机开热点也是同理:手机的 Wi-Fi 芯片当无线 AP,4G/5G 基带当 WAN 口出口。

手机搜到的 Wi-Fi 名字叫 SSID,输 WPA2/WPA3 密码连上 Wi-Fi 只是跟无线 AP 建好了二层无线链路。如果连上之后提示“已连接但无法访问互联网”,往往是因为还没从 DHCP 拿到有效的 IP 配置。

DORA 四步获取配置

一台新设备刚插上网线或连上 Wi-Fi 时还没有 IP 地址,会通过 DORA 四步交互(基于 UDP,服务端 67 端口、客户端 68 端口)向 DHCP 服务器拿配置:

  1. Discover(发现):客户端发广播(源 IP 0.0.0.0,目的 IP 255.255.255.255)问:“网里有 DHCP 服务器吗?”
  2. Offer(提议):DHCP 服务器从地址池里挑一个空闲 IP,连同子网掩码、默认网关、DNS 服务器和租期一起回给客户端。
  3. Request(请求):客户端如果收到多个 Offer,就挑其中一个,再发广播声明:“我要用这台服务器给的这个 IP(比如 192.168.12.170)。”
  4. ACK(确认):DHCP 服务器回复确认并登记租约,客户端正式把 IP、掩码、网关和 DNS 配到网卡上。

电脑通过 DHCP 的四次交互取得地址、网关与 DNS

DHCP 分出去的 IP 都有租期(Lease Time),设备通常在租期过半时自动续租,离线超时后地址会被收回重新分配。如果局域网里有打印机、NAS 或服务器需要固定 IP,可以在路由器后台配置 DHCP 静态保留(把它的 MAC 地址和指定 IP 绑死),或者直接在机器上手动配一个避开 DHCP 地址池的静态 IP。

本章阅读

阅读标记