3.DHCP与PXE:IP是怎么来的,又是怎么没的?

总结

配置IP:手动配置和DHCP(自动分配

手动配置ip地址:CIDR、子网掩码、广播地址和网关地址。

DHCP自动配置:20年前的IP地址是有管理员分配的,但这个极为不方便,于是出现自动配置IP地址

192.168.1.255与255.255.255.255广播的区别

192.168.1.255属于网络号(192.168.1)+全1(255=11111111)类型,是对此网络号的定向广播;
255.255.255.255是全1的本地受限广播,是主机在知道自己的IP地址或本地网络的IP地址前缀之前使用的;
区别在于前者为定向广播,后者为本地受限广播;前者可以跨越网络使用(但需谨慎配置),即跨越路由器进行广播,后者正是主机未获得IP前临时所用,是无法穿越的。
广播是本地网络范围内的,一般路由器是会将其过滤掉得,以免在形成广播风暴等网络负担,跨路由广播则类似IP多播,可以将本地的广播数据包发送到其他的局域网。

手工配置ip和网关地址

我设置了一个ip:16.158.23.6
目标ip:192.168.1.6
直接发送数据包是行不通的,这时候还没有填写MAC地址;只要是在网络上跑的包,都是完整的,可以有下层没上层,绝对不可能有上层没下层。ip起到定位功能,mac是精确找到哪一台机器,只有是一个网段的,它才会发送 ARP 请求,获取 MAC 地址。

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,然后将包发出去。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,但是无奈 MAC 地址不是它的,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。

如果将网关配置为 192.168.1.6 呢?不可能,Linux 不会让你配置成功的,因为网关要和当前的网络至少一个网卡是同一个网段的,怎么可能 16.158.23.6 的网关是 192.168.1.6 呢?

所以,当你需要手动配置一台机器的网络 IP 时,一定要好好问问你的网络管理员。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。

在跨网段调用中,自己的MAC地址自己知道,但是如何获取目标IP的mac地址的?

  1. 从源IP网关获取所在网关mac,
  2. 然后又替换为目标IP所在网段网关的mac,
  3. 最后是目标IP的mac地址

动态主机配置协议(DHCP)

动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol),简称DHCP

有了这个协议,网络管理员就轻松多了。他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。

所以说,如果是数据中心里面的服务器,IP 一旦配置好,基本不会变,这就相当于买房自己装修。DHCP 的方式就相当于租房。你不用装修,都是帮你配置好的。你暂时用一下,用完退租就可以了。

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。广播包封装了 UDP,UDP 封装了 BOOTP。其实 DHCP 是 BOOTP 的增强版,但是如果你去抓包的话,很可能看到的名称还是 BOOTP 协议。

在这个广播包里面,新人大声喊:我是新来的(Boot request),我的 MAC 地址是这个,我还没有 IP,谁能给租给我个 IP 地址!
在这里插入图片描述

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 地址,这个过程我们称为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 的格式就像这样,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 地址租用期等信息。

新来的机器很开心,它的“吼”得到了回复,并且有人愿意租给它一个 IP 地址了,这意味着它可以在网络上立足了。当然更令人开心的是,如果有多个 DHCP Server,这台新机器会收到多个 IP 地址,简直受宠若惊。

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 服务器地址等,并告诉所有 DHCP Server 它将接受哪一台服务器提供的 IP 地址,告诉其他 DHCP 服务器,谢谢你们的接纳,并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,接受某个 DHCP Server 的分配的 IP。

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,表明已经接受客户机的选择,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。

最终租约达成的时候,还是需要广播一下,让大家都知道。

IP 地址的收回和续租

既然是租房子,就是有租期的。租期到了,管理员就要将 IP 收回。

如果不用的话,收回就收回了。就像你租房子一样,如果还要续租的话,不能到了时间再续租,而是要提前一段时间给房东说。DHCP 也是这样。

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 消息包,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。

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