0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

电脑怎么知道自己的IP地址的?

小林coding 来源:八股文网站 作者:八股文网站 2022-11-04 14:21 次阅读

今天这篇文章,很有意思,它来源于我曾经的一次真实面试里的其中一个小问题。

当时是终面,面我的是那家公司的技术顾问,在面试前hr还让我看了他的履历,是一位1996年就进了麻省理工计算机系的大佬。

属实有被震惊到,什么概念?1996年,没记错的话那是个用BP机和大哥大的年代?有几个人能用上电脑?又有几个人有这种机会能出国深造。

这是哪部爽文小说的主人公剧情?

就算放到现在,这也是非常强的事情。

我这辈子是没希望了,也不知道我的儿子或者孙子辈有没有机会能做到。

也就是说,这位大佬,至少领先了我两代人。

那一天,我感受到了,那种跨越时代的碾压感。

好了,不讲骚话了,直接开始主题吧。

我们知道,如果你知道某台电脑的IP,就可以向这个IP发起连接请求,建立连接后就可以操作收发数据。

8f781cfe-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

五层网络协议对应的消息体变化分析

要发送的数据,会在网络层里加入IP头。

8f8ae28a-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

ip报头

这里面最重要的是发送端和接收端的IP地址。这个IP地址就像是一个门牌号一样,有了它,数据包就能在这个纷繁复杂的网络世界里找到该由谁来接收这个数据包。

所以说上面的网络通信离不开IP。

假设我有一台新买的电脑,还没联网呢,这时候拿着新买的网线,插入网线口,网线插口亮起来了。

然后就可以开始用它上网了。

那么问题来了。

刚插上网线,电脑怎么知道自己的IP是什么?怎么就突然能上网了呢?

这个话题,我们从DHCP聊起吧。

DHCP是什么

插上网线之后,获得IP的方式主要有两种。

第一种是,自己手动在电脑里配。像下图那样,是macOS的一个截图,在选择手动配置之后,除了IP地址还需要配上子网掩码和路由器的地址。

8f9e6800-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

手动配IP

这就很不科学了,电脑又不只是卖给程序员,这几个词对于大部分普通人来说,比赋能抓手闭环这种黑话还要难理解。

大部分人没事都不应该去配这玩意。

有没有办法可以让这些IP信息自动获得?

有,这就是第二种获取IP的方式,DHCP(DynamicHostConfigurationProtocol,动态主机配置协议)。

8fb24a46-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

DHCP自动生成IP

通过DHCP,在联网之后可以自动获取到本机需要的IP地址,子网掩码还有路由器地址。

DHCP的工作原理

DHCP的工作原理也非常简单。

说白了,就是向某个管IP分配的服务器,也就是DHCP服务器,申请IP地址。其实一般家里用的路由器就自带这个功能。

整个操作流程分为4个阶段。

8fcd5dd6-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

DHCP协议

DHCP Discover:在联网时,本机由于没有IP,也不知道DHCP服务器的IP地址是多少,所以根本不知道该向谁发起请求,于是索性选择广播,向本地网段内所有人发出消息,询问"谁能给个IP用用"。

DHCP Offer:不是DHCP服务器的机子会忽略你的广播消息,而DHCP服务器收到消息后,会在自己维护的一个IP池里拿出一个空闲IP,通过广播的形式给回你的电脑。

DHCP Request:你的电脑在拿到IP后,再次发起广播,就说"这个IP我要了"。

DHCP ACK:DHCP服务器此时再回复你一个ACK,意思是"ok的"。你就正式获得这个IP在一段时间(比如24小时)里的使用权了。后续只要IP租约不过期,就可以一直用这个IP进行通信了。

到这里,问题来了

为什么要有第三和第四阶段

大家有没有发现,在Offer阶段,其实你的机子就已经拿到了IP了,为什么还要有后面的Request和ACK呢?是不是有些多此一举?

这是因为本地网段内,可能有不止一台DHCP服务器,在你广播之后,每个DHCP服务器都有可能给你发Offer。

本着先到先得的原则,你的机子一般会对第一个到的Offer响应DHCP Request,目的是为了确认offer,在你确认Offer这段时间内,DHCP服务器确认这个IP还没被分出去,你才可以安心使用这个IP。

像不像你找工作的过程?

你海投简历(DHCP Discover),然后拿到了多个offer(DHCP Offer)。

这时候事情还没完,你一般会跟HR说:"你给我两天时间,我要跟家里人商量下"。

HR也会对你说:"那你尽快确认,我这边还有不少候选人等着"。

之后你考虑下来觉得不错,跟HR说要接这个Offer(DHCP Request),HR看了下这个岗位还在,才能确认让你第二天来上班(DHCP ACK)。如果这个公司的岗位已经招到其他候选人了,第四阶段的消息就会改为发DHCP NAK,意思是拒绝了你的接Offer请求。

DHCP抓包

光看原理是有些枯燥,我们可以尝试下抓包看下数据。

在命令行里执行下面的命令,可以强行让电脑的en0网卡重新走一遍DHCP流程。

sudoipconfigseten0DHCP

en0可以替换成其他网卡,比如eth0啥的。

这时候就可以抓到相关的数据包。

8fe9903c-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

我们可以看到蓝色的四个数据包,分别对应上面提到的四个DHCP阶段。

其中第二阶段中的DHCP Offer里会返回给我们需要的IP、子网掩码、路由器地址以及DNS服务器地址。

8ffca3a2-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

offer阶段

另外,通过抓包,我们可以发现DHCP是应用层的协议,基于传输层UDP协议进行数据传输。

9013b678-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

那么问题又来了。

为什么DHCP用UDP,能不能改用TCP?

按道理说,UDP能做到的,TCP一般也能做到。但这次真不行。

主要原因还是因为TCP是面向连接的,而UDP是无连接的。

所谓"连接",他就只有一个发送端和一个接收端,就跟水管一样。

而DHCP由于一开始并不知道要跟谁建立连接,所以只能通过广播的形式发送消息,注意,小细节,广播。

902a09f0-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

广播寻找DHCP服务器.drawio

同样是在本地网段内发广播消息,UDP只需要发给255.255.255.255。它实际上并不是值某个具体的机器,而是一个特殊地址,这个地址有特殊含义,只要设了这个目的地址,就会在一定本地网段内进行广播。

而TCP却不同,它需要先建立连接,但实际上255.255.255.255对应的机器并不存在,因此也不能建立连接。如果同样要做到广播的效果,就需要先得到本地网段内所有机器的IP,然后挨个建立连接,再挨个发消息。这就很低效了。

因此DHCP选择了UDP,而不是TCP。

为什么第二阶段不是广播,而是单播。

903a281c-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

另外一个小细节不知道大家注意到没,上面在提到 DHCP Offer 阶段时,提到的是DHCP服务器会使用广播的形式回复。但抓个包下来却发现并不是广播,而是单播。

其实,这是DHCP协议的一个小优化。原则上大家在DHCP offer阶段,都用广播,那肯定是最稳的,目标机器收到后自然就会进入第三阶段DHCP Request。而非目标机器,收到后解包后发现目的机器的mac地址跟自己的不同,也会丢掉这个包。

但是问题就出在,这个非目的机器需要每次都在网卡收到包,并解完包,才发现原来这不是给它的消息,这。。。真,有被打扰到。

如果本地网段内这样的包满天飞,也浪费机器性能。

如果能用单播,那当然是最好的。但这时候目的机器其实并没有IP地址,有些系统在这种情况下能收单播包,有些则认为不能收,这个跟系统的实现有关。因此,对于能收单播包的系统,会在发DHCP Discover阶段设一个Broadcast flag = 0 (unicast)的标志位,告诉服务器,支持单播回复,于是服务器就会在DHCP Offer阶段以单播的形式进行回复。

90519bbe-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

Discover要求使用单播回复

是不是每次联网都要经历DHCP四个阶段?

只要想联网,就需要IP,要用IP,就得走DHCP协议去分配。

但大家也发现了,DHCP第一阶段和第二阶段都可能会发广播消息。对于家用电脑还好,插个网线,之后就雷打不动。但像手机这样的移动设备,是要带着到处跑的,坐个地铁,进个电梯,公司里到处走走,都可能会涉及到网络切换。

这每次都要来一个完整的四阶段,各种广播消息满天飞,其实对网络环境不太友好。

于是问题叒来了,是不是每次联网都要经历DHCP四个阶段?

当然不需要。

我们会发现每次断开wifi再打开wifi时,机子会经历一个从没网到有网的过程。

这时候去抓个包,会发现。

9063fe58-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

其实只发生了DHCP的第三和第四阶段。这是因为机子记录了曾经使用过 192.168.31.170这个IP,重新联网后,会优先再次请求这个IP,这样就省下了第一第二阶段的广播了。

另外需要注意的是,抓包图里DHCP Request之所以出现两次,是因为第一次Request发出后太久没得到回应,因此重发。

DHCP分配下来的IP一定不会重复吗?

一般来说DHCP服务器会在它维护的IP池里找到一个没人用的IP分配给机子,

这个IP如果重复分配了,那本地网段内就会出现两个同样的IP,这个IP下面却对应两个不同的mac地址。但其他机器上的ARP缓存中却只会记录其中一条mac地址到IP的映射关系。

于是,数据在传递的过程中就会出错。

因此本地网段内IP必须唯一。

那么DHCP分配下来的IP有没有可能跟别的IP是重复的?

都这么问了,那肯定是可能的。

有两个常见的情况会出现IP重复。

文章开头提到,IP是可以自己手动配的,自己配的IP是有可能跟其他DHCP分配下来的IP是相同的。解决方案也很简单,尽量不要手动去配IP,统一走DHCP。或者在DHCP服务器里维护的IP范围里,将这条IP剔除。

一个本地网段内,是可以有多个DHCP服务器的,而他们维护的IP地址范围是有可能重叠的,于是就有可能将相同的IP给到不同的机子。解决方案也很简单,修改两台DHCP服务器的维护的IP地址范围,让它们不重叠就行了。

不过吧,上面的解决方案,都需要有权限去修改DHCP服务器。

得到DHCP ACK之后立马就能使用这个IP了吗?

这就好像在问,拿到offer之后你是第一时间就去上班吗?

不。

你会先告诉你的同事同学朋友,甚至会发朋友圈。

你的机子也一样。

在得到DHCP ACK之后,机子不会立刻就用这个IP。

而是会先发三条ARP消息。

907b2fba-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

大家知道ARP消息的目的是通过IP地址去获得mac地址。所以普通的ARP消息里,是填了IP地址,不填mac地址的。

但这三条ARP协议,比较特殊,它们叫无偿ARP(Gratuitous ARP),特点是它会把IP和mac地址都填好了,而且填的还是自己的IP和mac地址。

目的有两个。

一个是为了告诉本地网段内所有机子,从现在起,xx IP地址属于xx mac地址,让大家记录在ARP缓存中。

另一个就是看下本地网段里有没有其他机子也用了这个IP,如果有冲突的话,那需要重新再走一次DHCP流程。

在三次无偿ARP消息之后,确认没有冲突了,才会开始使用这个IP地址进行通信。

总结

电脑插上网线,联网后会通过DHCP协议动态申请一个IP,同时获得子网掩码,路由器地址等信息。

DHCP分为四个阶段,分别是 Discover,Offer, Request和ACK。如果曾经连过这个网,机器会记录你上次使用的IP,再次连接时优先使用原来的那个IP,因此只需要经历第三第四阶段。

DHCP是应用层协议,考虑到需要支持广播功能,底层使用的是UDP协议,而不是TCP协议。

DHCP分配下来的IP是有可能跟某台手动配置的IP地址重复的。

DHCP得到IP之后还会发3次无偿ARP通告,在确认没有冲突后开始使用这个IP。

最后给大家留个问题吧。我们上面的IP都是从DHCP服务器上申请的,在服务器返回DHCP Offer的时候,可以看到上面写了DHCP服务器的IP。比如192.168.31.1,这明显是个局域网内的IP,但这能说明,你的DHCP服务器一定在这个局域网里吗?

90931076-5c05-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

审核编辑 :李倩

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • IP
    IP
    +关注

    关注

    5

    文章

    1599

    浏览量

    149224
  • 数据包
    +关注

    关注

    0

    文章

    248

    浏览量

    24338

原文标题:你不好奇刚插上网线,电脑怎么知道自己的 IP 地址的?

文章出处:【微信号:小林coding,微信公众号:小林coding】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    根据ip地址查网页怎么查询?

    一、通过命令提示符查询查网页(Windows系统) ①按“Win+R”键,打开运营窗口。 根据ip地址查网页怎么查询? ②输入“cmd”+“回车”,打开命令提示符窗口。 ③输入“nslookup
    的头像 发表于 09-29 10:56 576次阅读
    根据<b class='flag-5'>ip</b><b class='flag-5'>地址</b>查网页怎么查询?

    IP地址小分享

    一、IP地址的作用与重要性 唯一标识:在网络通信中,每个连接到互联网的设备都必须拥有唯一的IP地址,这样才能确保数据在网络中正确地路由和传递。想象一下,如果网络中的设备没有
    的头像 发表于 09-25 14:21 145次阅读
    <b class='flag-5'>IP</b><b class='flag-5'>地址</b>小分享

    IP地址会被黑?

    IP地址会被黑?是的,你的IP地址如果不幸被恶意分子盯上,就会被恶意利用,这会引发一系列明显的异常表现。就像网络会突然变得异常缓慢,下载速度骤降,网页无法加载,更甚至在打游戏时,频繁出
    的头像 发表于 09-12 14:24 241次阅读

    如何查看公共IP地址安全?这些要点要牢记

    网络已经离不开我们的生活,当你在访问网络时,不管是为了娱乐、工作还是其他目的,不可避免要接触公共IP地址,为确保自己的个人隐私、工作数据等的安全我们必须要确保IP
    的头像 发表于 09-07 11:18 242次阅读

    关于IP地址的那些事儿

    网络现如今已经成为我们生活中不可或缺的一部分。很多人就开始会开始好奇,“我的IP是什么?”“我一直使用同一个IP吗?”“我能拥有属于自己IP吗?”今天我们就来讨论这些问题。   我的
    的头像 发表于 09-06 16:04 181次阅读

    IP地址与子网划分

    子网的划分,实际上就是设计子网掩码的过程,它指的是指将一个给定的IP网络地址空间划分为更小的子网络。 在子网掩码中用1和0来分别网络号和主机号,其中是1的表示是网络部分,0表示的是主机部分,所有
    的头像 发表于 09-06 09:46 250次阅读

    IP地址安全与隐私保护

    在当今数字化时代,IP地址作为网络设备的唯一身份标识,在网络安全与隐私保护中扮演着至关重要的角色。然而,随着网络技术的飞速发展,IP地址也面临着诸多挑战,对用户的隐私和网络安全构成了潜
    的头像 发表于 09-03 15:59 294次阅读

    IP地址与NAT技术的结合与应用

    随着互联网用户增多,IPv4地址资源日益紧张,IPv6尚未完全普及,而私有IP地址的的使用让内部网络可以灵活构建,但无法直接访问互联网。NAT技术的出现解决了这一矛盾,它允许内部网络使用私有I
    的头像 发表于 08-28 17:30 279次阅读

    购买海外虚拟IP地址可以通过以下几种方式#虚拟IP地址

    ip地址
    jf_62215197
    发布于 :2024年08月16日 07:16:04

    IP地址与DNS的关系

    IP地址和DNS是网络架构中的重要组成部分。IP地址是计算机网络中用于标识设备的唯一地址,而DNS则是负责将域名解析为
    的头像 发表于 08-12 17:40 345次阅读

    IP地址的分配

    公有IP地址与私有IP地址 公有IP地址:用于互联网上的全球唯一
    的头像 发表于 08-09 14:55 407次阅读

    IP地址基础科普

    IP地址是我们在网络上识别设备的“身份证”。 1. 什么是IP地址IP地址是一个用来标识网络
    的头像 发表于 07-22 11:55 409次阅读

    IP地址与网络监控

    在当今的数字时代,网络安全已成为企业和个人都十分关注的重要话题。通过IP地址进行网络监控,可以有效地检测异常流量和可疑活动,从而保护网络免受潜在威胁。本文将详细讨论如何利用IP地址进行
    的头像 发表于 07-09 16:41 348次阅读

    如何绑定ip地址与mac物理地址呢?

    如何绑定ip地址与mac物理地址呢? 绑定IP地址与MAC物理地址是一种网络管理和安全措施,可以
    的头像 发表于 12-07 09:33 6349次阅读

    局域网IP地址不够用怎么解决

    如果是在一个小型的局域网里可能完全不必要考虑IP地址不够的情况,但是在超过“255台”电脑的大型局域网里,就必须要考虑电脑IP
    的头像 发表于 12-05 10:13 929次阅读
    局域网<b class='flag-5'>IP</b><b class='flag-5'>地址</b>不够用怎么解决