我们在上一节中完成了客户端请求和服务器应答的第一个步骤。客户端发出DHCP_DISCOVER消息，局域网内的所有DHCP服务器发出DHCP_OFFER消息，在该消息中包含一个特殊字段叫Your_IP_Address，这是服务器分配给客户端的IP地址，如下图：
客户端可能会同时受到多个DHCP服务器发送的回应，然后它从中选择一个服务器发送过来的IP地址，并构造一个DHCP_REQUEST发送给对方，在数据包的Options字段中，使用一个Option表示它向服务器请求该IP地址：
然后服务器会向客户端发送DHCP_ACK消息表示确认客户端的租借请求：
完成了上面步骤后，服务器会记录客户端硬件地址与租借地址的对应关系，客户端在租用IP后，想要续租时，依旧会与给定服务器交流，在续租时，它会向绑定服务器发送DHCP_REQUEST消息，在消息中附带续租时常，同时如果允许续租的话，服务器会向客户端发送DHCP_ACK消息，在消息里附带了服务器允许客户端继续租用给定IP的时间。
如果客户端需要离开网络，不再使用给定IP，它会向服务器发送DHCP_RELEASE消息表示放弃当前使用的IP，如此服务器就能回收IP资源，将宝贵的IP分发给其他需要的客户端，DHCP_RELEASE消息中包含了客户端当前使用的IP地址，其基本内容如下：
本节我们就使用代码实现该流程。 由于代码涉及到IP分配，为了不影响运行机器的网络功能，我们在运行协议时使用虚构的mac地址：
//构造一个不存在的mac地址
public byte[] deviceFakeMacAddress() {
byte[] fakeMac = new byte[macAddress.length];
for (int i = 0; i < macAddress.length; i++) {
fakeMac[i] = (byte) (macAddress[i] + 1);
}
return fakeMac;
}
在DHCPAppliacation中，我们把上节使用到mac地址的地方都改成上面函数，同时我们修改上节对DHCP_OFFER消息的解读，记录下服务器提供的IP:
private boolean readFirstPart(byte[] data) {
....
byte[] your_addr = new byte[4];
buffer.position(DHCP_YOUR_IP_ADDRESS_OFFSET);
buffer.get(your_addr, 0, your_addr.length);
System.out.println("available ip offer by dhcp server is: ");
try {
//记录下服务器提供的可用ip
server_supply_ip = InetAddress.getByAddress(your_addr);
System.out.println(server_supply_ip.getHostAddress());
} catch (UnknownHostException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
....
}
当我们在DHCP_OVER消息中拿到your_client_ip之后，我们就可以向服务器发送一个DHCP_REQUEST请求来租用这个IP：
private byte[] constructDHCPRequestOptions() {
byte[] option_msg_type = new byte[OPTION_MSG_TYPE_LENGTH];
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(option_msg_type);
buffer.put(DHCP_MSG_TYPE);
buffer.put(OPTION_MSG_REQUEST_LENGTH);
buffer.put(OPTION_MSG_REQUEST_TYPE);
//option 55 Parameter Request List
byte[] parameter_request_list = new byte[OPTION_PARAMETER_REQUEST_LENGTH];
buffer = ByteBuffer.wrap(parameter_request_list);
buffer.put(OPTION_PARAMETER_REQUEST_LIST);
buffer.put(OPTION_PARAMETER_REQUEST_DATA_LENGTH);
byte[] option_buffer = new byte[] {OPTIONS_PARAMETER_SUBNET_MASK, OPTIONS_PARAMETER_STATIC_ROUTER,
OPTIONS_PARAMETER_ROUTER, OPTIONS_PARAMETER_DOMAIN_NAME_SERVER,
OPTIONS_PARAMETER_DOMAIN_NAME, OPTIONS_PARAMETER_DOMAIN_SEARCH,OPTIONS_PARAMETER_PROXY,OPTIONS_PARAMETER_LDPA,
OPTIONS_PARAMETER_IP_NAME_SERVER,OPTIONS_PARAMETER_IP_NODE_TYPE};
buffer.put(option_buffer);
//option 57 Maximum DHCP Message Size
byte[] maximun_dhcp_msg_size = new byte[OPTION_MAXIMUN_DHCP_MESSAGE_SIZE_LENGTH];
buffer = ByteBuffer.wrap(maximun_dhcp_msg_size);
buffer.put(OPTION_MAXIMUM_DHCP_MESSAGE_SIZE_TYPE);
buffer.put(OPTION_MAXIMUN_DHCP_MESSAGE_SIZE_DATA_LENGTH);
buffer.putShort(OPTION_MAXIMUN_DHCP_MESSAGE_SIZE_CONTENT);
//add ip request
byte[] requested_ip_addr = new byte[OPTION_REQUESTED_IP_TYPE_LENGTH + server_supply_ip.getAddress().length];
buffer = ByteBuffer.wrap(requested_ip_addr);
buffer.put(OPTION_REQUESTED_IP_TYPE);
buffer.put(OPTION_REQUESTED_IP_LENGTH);
buffer.put(server_supply_ip.getAddress());
//option 61 Client identifier
byte[] client_identifier = new byte[OPTION_CLIENT_IDENTIFIER_LENGTH];
buffer = ByteBuffer.wrap(client_identifier);
buffer.put(OPTION_CLIENT_IDENTIFIER);
buffer.put(OPTION_CLIENT_IDENTIFIER_DATA_LENGTH);
buffer.put(OPTION_CLIENT_IDENTIFIER_HARDWARE_TYPE);
buffer.put(DataLinkLayer.getInstance().deviceFakeMacAddress());
//option 51 ip address lease time
byte[] ip_lease_time = new byte[OPTION_IP_LEASE_TIME_LENGTH];
buffer = ByteBuffer.wrap(ip_lease_time);
buffer.put(OPTION_IP_LEASE_TIME);
buffer.put(OPTION_IP_LEASE_TIME_DATA_LENGTH);
buffer.putInt(OPTION_IP_LEASE_TIME_CONTENT);
//option 12 Host Name
byte[] host_name = new byte[OPTION_HOST_NAME_LENGTH];
buffer = ByteBuffer.wrap(host_name);
buffer.put(OPTION_HOST_NAME);
buffer.put(OPTION_HOST_NAME_DATA_LENGTH);
buffer.put(OPTION_HOST_NAME_CONTENT);
//option end
byte[] end = new byte[1];
end[0] = OPTION_END;
byte[] padding = new byte[13];
dhcp_options_part = new byte[ + option_msg_type.length + parameter_request_list.length +
maximun_dhcp_msg_size.length + client_identifier.length +
+ requested_ip_addr.length +
ip_lease_time.length + host_name.length + end.length + padding.length];
buffer = ByteBuffer.wrap(dhcp_options_part);
buffer.put(option_msg_type);
buffer.put(parameter_request_list);
buffer.put(maximun_dhcp_msg_size);
buffer.put(client_identifier);
buffer.put(ip_lease_time);
buffer.put(host_name);
buffer.put(end);
buffer.put(padding);
return buffer.array();
}
public void dhcpRequest() {
if (this.server_supply_ip == null) {
return;
}
byte[] options = constructDHCPRequestOptions();
byte[] dhcpDiscBuffer = new byte[dhcp_first_part.length + MAGIC_COOKIE.length + options.length];
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(dhcpDiscBuffer);
buffer.put(dhcp_first_part);
buffer.put(MAGIC_COOKIE);
buffer.put(dhcp_options_part);
byte[] udpHeader = createUDPHeader(dhcpDiscBuffer);
byte[] ipHeader = createIP4Header(udpHeader.length);
byte[] dhcpPacket = new byte[ udpHeader.length + ipHeader.length];
buffer = ByteBuffer.wrap(dhcpPacket);
buffer.put(ipHeader);
buffer.put(udpHeader);
//将消息广播出去
ProtocolManager.getInstance().broadcastData(dhcpPacket);
}
上面两个函数中，constructDHCPRequestOptions用于构建DHCP_REQUEST数据包的options部分，它与DHCP_DISCOVER唯一的区别在于增加了一个option字段，也就是DHCP_REQUESTED_IP，把要租用的ip地址传递给服务器。接下来的dhcpRequest()与原来实现的dhcpDiscovery差不多，也是生成udp和ip包头后，把数据包发送给服务器。
前面说过，DHCP客户端要维持一个状态机，记录它在协议执行中不同的状态变化，因此我们在代码中也增加了表示当前状态的记录:
private static byte DHCP_MSG_ACK = 5;
private final static int DHCP_STATE_DISCOVER = 0;
private final static int DHCP_STATE_REQUESTING = 1;
private static int dhcp_current_state = DHCP_STATE_DISCOVER;
我们将根据接收到服务器发来的数据包内容改变当前状态:
private void readOptions(byte[] data) {
....
switch(type) {
case DHCP_MSG_TYPE:
//越过长度字段
buff.get();
byte msg_type = buff.get();
if (msg_type == DHCP_MSG_OFFER) {
System.out.println("receive DHCP OFFER message from server");
//接收到DHCP_OFFER后，将状态转变为requesting
dhcp_current_state = DHCP_STATE_REQUESTING;
}
//receive ack msg
if (msg_type == DHCP_MSG_ACK) {
System.out.println("receive DHCP ACK message from server");
}
break;
....
}
....
trigger_action_by_state();
}
private void trigger_action_by_state() {
switch(dhcp_current_state) {
case DHCP_STATE_REQUESTING:
dhcpRequest();
break;
default:
break;
}
}
上面代码用于读取服务器发来数据包的options字段，根据字段中的内容我们转换状态，一开始程序处于DHCP_STATE_DISCOVER状态，一旦收到服务器发来的回应包中包含DHCP_MSG_OFFER字段时，我们将状态转换为DHCP_STATE_REQUESTING状态。
然后根据状态执行相应动作，在函数trigger_action_by_state中，一旦检测到状态为DHCP_STATE_REQUESTING时，他就构造一个DHCP_REQUEST消息吧发送给服务器，然后等待服务器回发DHCP_ACK数据包，这样我们就走完了ip的租借流程。
当运行上面代码后，使用wireshark抓包情况如下：
我们在代码中构造一个虚假mac地址，DHCP服务器为该mac地址分配了一个可用IP是192.168.2.159，同时代码发送一个DHCP_REQUEST消息，同时服务器正常给我们返回了DHCP_ACK，表示接受了我们对该IP的租用请求。
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