DHCP 是怎么分到 IP 的：DORA 四步全过程

开机，连上网线或 WiFi，两秒后就能打开网页。中间发生的事没人注意，但它是整个网络里最基础的一次谈判：这台设备还没有任何地址，却必须先跟一台它也不知道在哪里的服务器，把地址要到手。

这一步叫 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）。报文只有四种，一来一回四次，业内按首字母叫 DORA：Discover、Offer、Request、Ack。看懂这四步，绝大多数「连上了但没有网」和「突然上不了网」都能自己定位。

一、没有地址的时候，包怎么发出去

所有 IP 通信的前提是源地址和目的地址。可刚开机的电脑三样东西全缺：自己的 IP、网关、DNS。没有源地址的包发不出去，这是一个先有鸡还是先有蛋的死循环。

DHCP 的解法是借用两个特殊地址，让第一个包不需要任何前置知识就能上线：

• 源地址写 0.0.0.0，意思是「我现在没有地址」，不是「我是 0 号」
• 目的地址写 255.255.255.255，受限广播，同一广播域所有人都收到，路由器不转发
• 目的 MAC 写 FF:FF:FF:FF:FF:FF，网卡连 IP 层都不用懂就能收下

于是第一个包被扔给同一根线上的所有设备，谁有 DHCP 服务谁来应答。传输层用 UDP，客户端固定 68 端口，服务器固定 67 端口。（IPv6 的 DHCPv6 是 546/547，且用组播 ff02::1:2 而不是广播，逻辑一样。）

注意这里有个前提：客户端和服务器必须在同一个广播域。广播不跨路由器，跨网段的情况要请中继出场，见第五节。

二、DORA 四步

第一步 Discover：0.0.0.0 → 255.255.255.255。内容非常少，主要是自己的 MAC 和一个 transaction ID（xid），后者用来把这四步串成一次协商。option 55 是「参数请求列表」，客户端在这里告诉服务器它想要什么：掩码、网关、DNS、域名、NTP……服务器返回时按这个列表挑。有些客户端还带 option 61（客户端标识），用 UUID 而不是 MAC 当身份，这解释了为什么换了网卡却还能拿到同一个地址的预留。

第二步 Offer：服务器挑一个地址给你。如果有多台 DHCP 服务器，你会收到多个 Offer，每个都带着自己的 option 54（服务器标识）。这时候客户端还没决定用哪个，地址只是「预留」状态，服务器暂时不会分给别人，但有超时。

Offer 通常是广播的，也可以用单播。为什么默认广播：客户端此刻还没有 IP 地址，单播发不回去。RFC 里那个 broadcast flag 就是干这个用的：客户端在 Discover 里置位，服务器就必须广播回复。很多实现干脆一律广播，反正只是一个小包。

第三步 Request：为什么只需要一台服务器，还得广播给所有人。这是最容易被略过、却最关键的设计。假设网里有两台 DHCP 服务器都回了 Offer，客户端挑了 A，可是B 并不知道自己落选了。B 那边那块地址已经标记成「已提供」，要等一段时间才回收。如果客户端只在单播里通知 A，B 就会一直以为地址被占着，久而久之池子里全是「幽灵租约」，真正需要地址的机器拿不到。

所以 Request 必须广播，作用是一次性通告全体服务器「我选了 option 54 里的这一台，其它的请释放」。收到这条广播后，落选服务器立刻把预留还回池子。一条广播解掉了所有服务器的状态同步问题——这就是为什么 Client 明明只要一个地址，却要对着所有人喊一遍。

第四步 Ack：确认并交出配置。Ack 里除了你早已知道的地址，还有一整套参数：租期（51）、网关（3）、DNS（6）、域名（15），以及 T1/T2 两个续租时间点（58/59）。到这一步地址才算真正可用。

如果服务器觉得不行，会回 DHCPNAK，客户端收到后必须立刻放弃手里的地址从头再来。常见于「你搬到了另一个网段，却还在请求旧网段地址」。

三、抓一次包，看里面的字段

Linux 上最省事的抓法，注意要抓 67 和 68 两个端口：

tcpdump -i eth0 -n -vv -e 'udp port 67 or udp port 68'

Discover 长这样：

IP 0.0.0.0.68 > 255.255.255.255.67: BOOTP/DHCP, Request, length 300
  xid 0x5f3a1b21, Flags [Broadcast]
  Client-Ethernet-Address 3c:7c:3f:11:22:33
    DHCP-Message Option 53: Discover
    Parameter-Request Option 55: Subnet-Mask, Router, Domain-Name-Server,
                                Domain-Name, Broadcast-Address, NTP, Classless-Static-Route

Ack 长这样：

IP 192.168.1.10.67 > 192.168.1.50.68: BOOTP/DHCP, Reply, length 300
  xid 0x5f3a1b21, Your-IP 192.168.1.50
    DHCP-Message Option 53: ACK
    Server-ID Option 54: 192.168.1.10
    Lease-Time Option 51: 86400
    Subnet-Mask Option 1: 255.255.255.0
    Router Option 3: 192.168.1.1
    Domain-Name-Server Option 6: 223.5.5.5, 119.29.29.29
    Renewal-Time Option 58: 43200
    Rebinding-Time Option 59: 75600

排错时最值得盯的字段：

还有一步容易被忽略：拿到地址后先做 ARP 探测。客户端在正式启用前会对这个地址发一次 ARP 探测（ARP probe），看有没有人已经在用。如果收到应答，说明地址冲突，客户端立刻发 DHCPDECLINE 声明这个地址不能用，然后重新 Discover。

所以「有人把静态 IP 配在了 DHCP 池里」不是小毛病：冲突会让池子里留下 DECLINE 记录，那个地址被服务器拉黑一段时间，池子越大越容易被慢慢吃掉。正确做法是把静态地址移出池子，或者在服务器上做地址保留（reservation）加池内排除。

四、租期与续租：为什么总在某些时刻集体掉线

DHCP 给你的不是永久所有权，是租期，从几小时到几天不等。三个时间点，动作完全不同：

两个真实的现象都出在这里：

• 为什么早上九点一片人上不了网。公司电脑同时开机、工作时长接近，租期也接近同时到期，续租和重新 Discover 全挤在一个时间窗里。这不是「DHCP 服务器坏了」，是负载尖峰。缓解办法：扩充地址池、把租期按区域错开、或者把 T1 提前。
• 为什么拔了网线换个地方，一开始还能用。租约没到期，客户端会继续拿旧地址工作，然后在新网段发 Request；单播到旧服务器自然没有回音，一路退到 T2 广播，新网段的服务器 Ack 之后地址才换掉。表现就是「刚接上能上，但网页打不开」，几秒到几十秒后自愈。

五、跨网段：DHCP 中继

广播不跨路由器。所以当客户端和 DHCP 服务器不在同一个广播域时，中间那台三层设备要当中继（relay agent）：把广播转成单播发给服务器，并把自己入接口的地址写进 giaddr 字段。服务器靠 giaddr 判断该从哪个池子发地址，回包再交给中继转给客户端。

Cisco 的写法：

interface Vlan10
 ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
 ip helper-address 192.168.1.10

华为 / H3C 是在接口下 dhcp select relay 加 dhcp relay server-ip 192.168.1.10。

中继带来两个衍生问题：

• giaddr 对不上任何池子。服务器会直接丢弃，不会回 NAK——客户端一直收不到 Offer，表现就是死等，直到超时退到 169.254 地址。这时候抓包能看到 Discover 发出去了、服务器也收到了，就是没回音。
• option 82（中继代理信息）。不少交换机默认开启，要求服务器回包时原样带回；如果服务器不支持 option 82，会把包丢掉。典型症状：换了一台新交换机之后，只有某个 VLAN 拿不到地址，别的 VLAN 一切正常。

六、七个真实的坑

七、一套四步排错顺序

不用背命令，按这个顺序问自己四个问题，绝大多数问题在前两步就能定位：

1. 有没有地址？是 169.254.x.x → 一个 Offer 都没收到，问题在二层、中继或服务器；有地址但不是预期的网段 → 有人在抢答，抓包看 option 54。
2. 能 ping 通网关吗？不通 → 掩码和网关（option 1 / 3）配错了，或者 VLAN 划错。IP 和掩码怎么核对，可以拿子网划分练习里的算法手算一遍。
3. 能 ping 通 IP、但域名不行？那就不是 DHCP 分配失败，是 DNS（option 6）的问题，或者分辨率顺序的问题。
4. 都对，但只有某些机器不行？去看交换机：端口 VLAN、DHCP snooping、私接设备。

Windows 上四条命令够用：

ipconfig /all      :: 看租约起止时间、DHCP 服务器、网关、DNS
ipconfig /release  :: 主动释放
ipconfig /renew    :: 重新走一遍 DORA
ipconfig /flushdns :: 顺手清个解析缓存

Linux 上先看日志再看报文：

sudo dhclient -v eth0
sudo networkctl status
sudo journalctl -u systemd-networkd -b | grep -i dhcp
cat /var/lib/dhcp/dhclient.leases

八、一句话

DHCP 只负责「借一个地址」。接下来每一步都靠它借来的东西运转：有了地址，要用 ARP 找到网关的 MAC；出网要过 NAT 换成公网地址；把域名换成 IP 得靠 DNS。这四件事串起来，才是一次完整的「打开网页」。

接着往下看：ARP 与 MAC 地址（地址有了，怎么找到对方）、NAT 如何用一个公网 IP（出门时怎么换身份）、一次 DNS 解析要走多少步（名字怎么变成地址）。端口号可以直接查站内的TCP/UDP 常用端口速查。