4.從協議到服務
4.1 每家都有它
每家都用到的協議或者是服務是什麼？一定是這個，我先不說它是什麼協議或者服務，先說它是做什麼的。當我們進入一個網絡當中，無論是有線的還是無線的，我們不需要配置上網需要的IP位址，也不需要管什麼是網關什麼是掩碼，而這些東西又不能沒有，那我們是這麼獲得的？對了，就是通過後邊要提到的這個。
先得說說，從協議到服務的距離，一般來說，如果某一個應用程式，需要使用網絡通信，就一定要使用一種協議；反過來說，如果一種協議需要讓大家使用，就一定要又一個服務或者應用程式來支持。
好了，我們可以聊聊這個每家都有的服務了，DHCP服務。DHCP是動態主機設置協議，英語是Dynamic Host Configuration Protocol，簡稱DHCP。它是一個區域網的網絡協議，是一種網絡管理協議，而由DHCP實例化的服務主要有兩個用途：用於為進入網絡的任何新結點動態分配IP位址及相關信息；給用戶用於內部網管理員作為對所有計算機作中央管理的手段。DHCP允許自動配置結點，從而避免了網絡管理員參與的必要性。
DHCP服務分為兩個部分：一個是伺服器端，另一個是客戶端。所有客戶機的IP位址設定資料都由DHCP伺服器集中管理，並負責處理客戶端的DHCP請求；而客戶端則會使用從伺服器分配下來的IP位址。
DHCP 伺服器有很多職責：
- DHCP服務端配置為管理IP位址的提供，是運行DHCP協議的基本要求。服務端管理它分配給結點的所有IP位址的記錄。如果結點在網絡中重新加入或重新定位，則服務端使用其MAC地址識別結點。這有助於防止將相同IP位址意外配置到兩個不同的結點。
- 要使DHCP運行，需要使用它配置客戶端。當支持DHCP的客戶端連接到網絡時，客戶端向DHCP服務端廣播請求以進行網絡設置。
- 服務端通過提供必要的IP配置信息來響應客戶端的請求。
- DHCP伺服器非常適用於定期包含和排除網絡結點(如無線熱點)的情況。在這些情況下，DHCP服務端還會為每個客戶端分配一個租用時間，之後分配的IP位址無效。
DHCP服務端提供三種IP分配方式：
- [x] 自動分配(Automatic Allocation)是當DHCP客戶端第，一次成功地從DHCP服務端分配到一個IP位址之後，就永遠使用這個地址。
- [x] 動態分配(Dynamic Allocation)是當DHCP客戶端第，一次從DHCP服務端分配到IP位址後，並非永，久地使用該地址，每次使用完後，DHCP客戶端就得釋放這個IP位址，以給其他客戶端使用。
- [x] 手動分配是由DHCP服務端管理員專門為客戶端指定IP位址。
DHCP客戶端在啟動時，會搜尋網絡中是否存在DHCP服務端。如果找到，則給DHCP服務端發送一個請求。DHCP服務端接到請求後，為DHCP客戶端選擇TCP/IP配置的參數，並把這些參數發送給客戶端。 如果已配置衝突檢測設置，則DHCP服務端在將租約中的地址提供給客戶端之前會測試作用域中每個可用地址的連通性。這可確保提供給客戶的每個IP位址都沒有被使用手動TCP/IP配置的另一台非DHCP計算機使用。新客戶端的租約過程有4個步驟。
下面我們研究研究DHCP的工作過程：
- 當DHCP客戶端第一次登錄網絡的時候，計算機發現本機上沒有任何IP位址設定，將以廣播方式發送DHCP discover發現信息來尋找DHCP服務端，即向255.255.255.255發送特定的廣播信息。網絡上每一台安裝了TCP/IP協議的主機都會接收這個廣播信息，但只有DHCP服務端才會做出響應。
- 在網絡中接收到DHCP discover發現信息的DHCP服務端就會做出響應，它從尚未分配的IP位址池中挑選一個分配給DHCP客戶端，向DHCP客戶端發送一個包含分配的IP位址和其他設置的DHCP offer提供信息。
- DHCP客戶端接受到DHCP offer提供信息之後，選擇第一個接收到的提供信息，然後以廣播的方式回答一個DHCP request請求信息，該信息包含向它所選定的DHCP服務端請求IP位址的內容。
- 當DHCP服務端收到DHCP客戶端回答的DHCP request請求信息之後，便向DHCP客戶端發送一個包含它所提供的IP位址和其他設置的DHCP ack確認信息，告訴DHCP客戶端可以使用它提供的IP位址。然後，DHCP客戶機便將其TCP/IP協議與網卡綁定，另外，除了DHCP客戶機選中的DHCP服務端外，其他的DHCP服務端將收回曾經提供的IP位址。
這個過程其實是對上邊圖片的描述，另外還有兩個過程，就是重新登錄和更新租約。
- 以後DHCP客戶端每次重新登錄網絡時，就不需要再發送DHCP discover發現信息了，而是直接發送包含前一次所分配的IP位址的DHCP request請求信息。當DHCP服務端收到這一信息後，它會嘗試讓DHCP客戶機繼續使用原來的IP位址，並回答一個DHCP ack確認信息。如果此IP位址已無法再分配給原來的DHCP客戶機使用時，則DHCP服務端給DHCP客戶機回答一個DHCP nack否認信息。當原來的DHCP客戶機收到此DHCP nack否認信息後，它就必須重新發送DHCP discover發現信息來請求新的IP位址。
- DHCP服務端向DHCP客戶端出租的IP位址一般都有一個租借期限，期滿後DHCP服務端便會收回出租的IP位址。如果DHCP客戶端要延長其IP租約，則必須更新其IP租約。DHCP客戶端啟動時和IP租約期限到達租約的50%時，DHCP客戶端都會自動向DHCP服務端發送更新其IP租約的信息。
現在智能設備多了，服務端可以是家裡的Wi-Fi路由器，而客戶端，可能是手機，可能是平板電腦，可能是智能電視，也可能是電腦。甚至可能是冰箱或者水族箱。