计算机网络

May 02, 2025 · 12349 字

大学

计算机网络体系结构

计算机网络的组成：

按组成成分可分为：硬件、软件、协议。
按工作方式可分为：边缘部分、核心部分。

计算机网络的分类：

按分布范围可分为：广域网、城域网、局域网、个人区域网。
按传输技术可分为：广播式、点对点式。
按网络拓扑结构可分为：总线型、环型、星型、树型、网状型。
按使用者可分为：公用网、专用网。
按传输介质可分为：有线网、无线网。

计算机网络的性能指标：

速率（speed）：连接到网络上的节点在数字信道上传输数据的速率。
带宽（bandwidth）：网络中某一点到另一点之间的最大数据传输速率。
吞吐量（throughput）：在单位时间内通过某个网络的实际数据量。
时延（delay）：数据从网络的一端传输到另一端所需的时间。分为传输时延、传播时延、处理时延、排队时延。
时延带宽积（delay-bandwidth product）：链路上的比特数量。发送端发送的第一个比特到达接收端时，发送端已发出的比特数量。
往返时间（round-trip time）：从发送方发送数据到接收方接收到确认信息所需的时间。
信道利用率（utilization）：信道有百分之多少时间是被利用的。

交换技术

电路交换：在通信之前，建立一条专用的物理线路，通信结束后，释放这条线路。简单实用但是利用率低。

报文交换：将报文（message）划分为固定长度的数据块，每个数据块携带源和目的地址，通过交换机转发。通信无需建立连接，但是每次经过节点都需要完整存储和转发数据块，转发延迟高易发生错误。

分组交换：和报文交换类似，但是通过将数据块划分为更小的分组（Packet），每个分组携带源和目的地址，通过交换机转发。分组交换是目前互联网的主要交换方式。

TCP/IP 模型

应用层：网络应用程序及其应用层协议。应用层的数据单元称为报文（message）。
运输层：提供端到端的数据传输。如 TCP、UDP。运输层的分组称为报文段（segment）。
网络层：将数据报（datagram）从源主机传输到目的主机。如 IP。
链路层：将数据帧（frame）从一个节点传输到相邻节点。
物理层：传输比特流。

OSI 参考模型

应用层（Application Layer）：为应用软件提供服务。如 HTTP、SMTP、FTP、Telnet。
表示层（Presentation Layer）：数据的表示、安全、压缩。
会话层（Session Layer）：建立、管理、终止会话。
传输层（Transport Layer）：提供端到端的可靠报文传输和错误恢复。如 TCP、UDP。
网络层（Network Layer）：为数据包选择路由。如 IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF、BGP。
数据链路层（Data Link Layer）：传输数据帧。如 SDLC、HDLC、PPP、帧中继、以太网。
物理层（Physical Layer）：传输比特流。如 EIA-232C、EIA/TIA RS-449 等。

标准化组织与相关标准

主要的网络标准化组织：

ISO（国际标准化组织）：制定了 OSI 参考模型。
ITU（国际电信联盟）：负责电信标准化工作。
IEEE（电气电子工程师学会）：制定了 IEEE 802 系列标准，如以太网、无线网络标准。
IETF（互联网工程任务组）：负责互联网标准的开发和推广，发布 RFC 文档。
W3C（万维网联盟）：制定 Web 标准，如 HTML、CSS、XML 等。

重要网络标准：

IEEE 802.3：以太网标准。
IEEE 802.11：无线局域网标准。
RFC 791：IPv4 协议规范。
RFC 793：TCP 协议规范。
RFC 768：UDP 协议规范。
RFC 2616：HTTP/1.1 协议规范。

物理层

通信基础

信源：产生和发送数据的源头。
信宿：接收数据的目的地。
信道：信号传输的媒介。
码元传输速率（波特率）：码元的传输速率，单位为波特（Baud）。
信息传输速率（比特率）：比特的传输速率，单位为比特每秒（bps）。

信道的极限容量

奈奎斯特定理：信道能通过的频率有限，高频分量通过信道会衰减造成码间串扰。理想低通信道的极限容量为 $2B \log_2 V$ ，其中 $B$ 为信道的带宽， $V$ 为信号的离散级数。

香农定理：在高斯白噪声信道中，信道的极限容量为 $C = B \log_2(1 + \frac{S}{N})$ ，其中 $B$ 为信道的带宽， $S$ 为信号的平均功率， $N$ 为噪声的功率。

编码与调制

数字数据调制为数字信号：

不归零编码（NRZ）：高电平表示 1，低电平表示 0。
归零编码（RZ）：高电平为 1，低电平为 0，每个比特的中间跳变到 0 电平，可用于同步时钟，但会影响传输速率。
反向不归零编码（NRZI）：电平的跳变表示 0，不跳变表示 1。既能传输时钟信号又能保持传输速率。USB 2.0 使用的编码方式。
曼彻斯特编码：每个码元的中间都发送跳变，向上跳变表示 1，向下跳变表示 0。
差分曼彻斯特编码：每个码元的开始处发送跳变，向上跳变表示 0，向下跳变表示 1。中间的跳变不表示数据。抗干扰能力更强。

数字数据调制为模拟信号：

调幅（AM）：调制信号的振幅表示数字信号的 0 和 1。
调频（FM）：调制信号的频率表示数字信号的 0 和 1。
调相（PM）：调制信号的相位表示数字信号的 0 和 1。

模拟数据调制为模拟信号：

需要较高的频率来保证数据的精度。还可使用频分复用（FDM）和时分复用（TDM）来提高信道的利用率。

传输介质

双绞线：最常用的传输介质，分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。
同轴电缆：因为外导体的屏蔽作用，具有良好的抗干扰特性，可以用于传输较高速率的信号。分为 50Ω（基带数字信号）和 75Ω（宽带信号）。
光纤：由光纤芯、包层和包覆层组成。具有高带宽、低衰减、抗干扰、安全等特点。
无线传输介质：无线电波、微波、红外线、激光等。

物理层设备

中继器（Repeater）：整形、放大并转发信号。
集线器（Hub）：多个端口的中继器，将所有端口的数据转发到其他端口。

信道复用技术

频分复用（FDM）：将整个带宽分为多个子信道，不同用户占用不同子信道。
时分复用（TDM）：将时间分为多个时隙，不同用户占用不同时隙。
统计时分复用（STDM）：根据用户实际需求动态分配时隙，提高信道利用率。
波分复用（WDM）：在光纤中传输不同波长的光信号，相当于光的频分复用。
码分复用（CDM）：使用特殊的编码技术，让各用户使用不同的编码，同时占用同样的信道。

宽带接入技术

ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）：非对称数字用户线，利用现有电话线提供上下行不对称的高速数据传输。
HFC（Hybrid Fiber Coax）：光纤同轴混合网络，由光纤主干和同轴电缆组成。
FTTx（Fiber To The x）：光纤到 x，如 FTTH（光纤到户）、FTTB（光纤到楼）等。
无线接入：如 Wi-Fi、4G、5G 等无线接入技术。

数据链路层

数据链路层功能

数据链路层主要负责节点到节点（Node-to-Node）的数据传输，其主要功能包括：

封装成帧：将网络层的数据包封装成帧，添加帧头和帧尾。
透明传输：确保数据中的任何比特组合都能够正确传输。
差错控制：检测并可能纠正传输过程中的差错。
流量控制：控制发送方的发送速率，使接收方来得及处理。

封装成帧与透明传输

封装成帧是将网络层的数据包添加帧头和帧尾，构成数据链路层的传输单元——帧。常见帧定界方法：

字符计数法：在帧头中标明帧内字符数。
字符填充法：使用特殊字符作为帧的开始和结束标记，同时使用转义字符实现透明传输。
比特填充法：在比特流中插入额外的位来区分数据和控制信息。
违规编码法：使用物理层编码中不会出现的码型作为帧定界符。

透明传输确保数据中任何比特组合都能正确传输，而不被误解为控制信息。

差错控制

差错控制技术包括：

检错编码：
- 奇偶校验码：在数据末尾添加一位校验位，使得”1”的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。
- 循环冗余码（CRC）：根据数据位计算校验位，能检测出所有突发长度小于或等于校验位长度的错误。
纠错编码：
- 海明码：能检测双比特错，纠正单比特错。校验位位置在 2 的整数次幂处。

流量控制

流量控制的主要协议包括：

停止-等待协议：发送方发送一帧后必须等待接收方确认，然后才能发送下一帧。
滑动窗口协议：允许发送方在收到确认前发送多个帧，提高信道利用率。
- 后退 N 帧（Go-Back-N）：接收方丢弃错误帧后的所有帧，发送方重传错误帧及其后续帧。
- 选择重传（Selective Repeat）：接收方缓存正确接收的帧，只要求发送方重传错误帧。

介质访问控制

介质访问控制（MAC）解决多个设备共享同一传输介质的问题，主要方法包括：

信道划分：
- 频分多路复用（FDM）
- 时分多路复用（TDM）
- 码分多路复用（CDM）
- 波分多路复用（WDM）
随机访问：
- ALOHA 协议：设备可以随时发送数据，冲突后随机延迟重发。
- CSMA（载波侦听多路访问）：发送前先侦听信道是否忙。
- CSMA/CD（CSMA with Collision Detection）：边发送边检测冲突，发现冲突后立即停止。
- CSMA/CA（CSMA with Collision Avoidance）：通过预约机制避免冲突。
轮询访问：
- 集中式轮询：由控制站轮流邀请每个站点发送。
- 令牌传递：令牌在各站点间按固定次序传递，获得令牌的站点有权发送。

局域网技术

以太网（Ethernet）：
- 传统以太网：10Mbps，使用 CSMA/CD 算法。
- 快速以太网：100Mbps。
- 千兆以太网：1Gbps。
- 万兆以太网：10Gbps。
- 以太网 MAC 地址：48 位全球唯一地址，前 24 位为厂商代码，后 24 位由厂商分配。
无线局域网（WLAN）：
- IEEE 802.11 系列标准：802.11a/b/g/n/ac/ax 等。
- 使用 CSMA/CA 机制避免冲突。
- 支持基础结构模式（通过 AP 连接）和自组织模式（设备直接连接）。

网络层

网络层功能

网络层主要负责端到端（End-to-End）的数据传输，其主要功能包括：

异构网络互联：连接不同类型的网络。
路由与转发：选择数据传输路径，并将数据包从源主机传送到目标主机。
拥塞控制：防止网络中的路由器或链路过载。

IP 协议

IP（Internet Protocol）是互联网核心协议，提供无连接、不可靠的数据报服务。

IPv4 地址

IPv4 地址为 32 位，通常表示为四个十进制数，每个数占 8 位，如 192.168.0.1。

IP 地址分类：

A 类地址：首位为 0，网络号 7 位，主机号 24 位（1.0.0.0 - 126.255.255.255）
B 类地址：前两位为 10，网络号 14 位，主机号 16 位（128.0.0.0 - 191.255.255.255）
C 类地址：前三位为 110，网络号 21 位，主机号 8 位（192.0.0.0 - 223.255.255.255）
D 类地址：前四位为 1110，用于多播（224.0.0.0 - 239.255.255.255）
E 类地址：前五位为 11110，保留使用（240.0.0.0 - 255.255.255.255）

特殊 IP 地址：

网络地址：主机号全为 0，表示网络本身。
广播地址：主机号全为 1，表示网络上的所有主机。
127.0.0.0/8：环回地址，用于本地回环测试。

子网划分与 CIDR

子网划分：从主机号部分借用若干位作为子网号，将一个网络分成多个子网。

CIDR（Classless Inter-Domain Routing）：无类别域间路由，使用”网络前缀/前缀长度”表示，如 192.168.0.0/24。

ARP 协议

ARP（Address Resolution Protocol）：解析 IP 地址对应的 MAC 地址。

工作过程：主机广播 ARP 请求，包含目标 IP 地址；拥有该 IP 地址的主机回应其 MAC 地址。
ARP 缓存：主机维护一个 IP 地址到 MAC 地址的映射表，避免频繁 ARP 请求。

ICMP 协议

ICMP（Internet Control Message Protocol）：网络控制消息协议，用于传递控制消息。

差错报告：目的不可达、参数问题、重定向、超时等。
询问报文：回送请求与回答（Ping 命令）、时间戳请求与回答等。

路由选择协议

路由协议负责帮助路由器自动建立并维护路由表。

路由选择算法分类

静态路由：由网络管理员手动配置路由表。
动态路由：路由器通过路由协议自动更新路由信息。
- 距离向量路由协议：根据跳数选择路径（如 RIP）。
- 链路状态路由协议：考虑链路带宽、延迟等因素（如 OSPF）。
- 路径向量路由协议：结合前两种优点（如 BGP）。

RIP 协议

RIP（Routing Information Protocol）：基于距离向量的路由协议。

使用跳数作为度量，最大跳数为 15，16 表示不可达。
路由器每 30 秒向邻居广播自己的路由表。
简单但收敛速度慢，适用于小型网络。

OSPF 协议

OSPF（Open Shortest Path First）：基于链路状态的路由协议。

使用 Dijkstra 算法计算最短路径。
路由器仅在链路状态变化时发送更新。
支持区域划分，可用于大型网络。
收敛速度快，支持等价多路径。

BGP 协议

BGP（Border Gateway Protocol）：自治系统之间的路由协议。

路径向量协议，考虑路由策略而非最短路径。
通过 TCP 连接交换路由信息，可靠性高。
用于 Internet 骨干网路由。

IPv6

IPv6 是下一代 IP 协议，解决 IPv4 地址耗尽问题，并改进了多项功能。

IPv6 地址

IPv6 地址长度为 128 位，通常表示为 8 组 4 位十六进制数，如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

地址简化规则：

省略前导零：2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334
连续的零块可用”::“替代（一次）：2001:db8:85a3::8a2e:370:7334

IPv6 地址类型：

单播地址：标识单个接口。
多播地址：标识一组接口。
任播地址：标识一组接口，但数据包只发送到最近的一个。

IPv6 数据报格式

IPv6 数据报格式简化，固定头部长度为 40 字节，包括：

版本（4 位）
通信量类（8 位）
流标签（20 位）
有效载荷长度（16 位）
下一个头部（8 位）
跳数限制（8 位）
源地址（128 位）
目的地址（128 位）

IPv4 向 IPv6 过渡技术

双栈技术：同时支持 IPv4 和 IPv6。
隧道技术：在 IPv4 网络中传输 IPv6 数据包。
翻译技术：在 IPv4 和 IPv6 网络之间转换数据包。

网络地址转换

NAT（Network Address Translation）允许私有网络使用私有 IP 地址，通过转换与公网通信。

NAT 原理

基本 NAT：只转换 IP 地址。
网络地址端口转换（NAPT）：同时转换 IP 地址和端口号。

工作过程：

内网主机发送数据包到外网。
NAT 设备记录源 IP 和端口，替换为公网 IP 和新端口。
外网主机回应 NAT 的公网 IP 和端口。
NAT 设备根据记录转发到内网相应主机。

NAT 类型

完全锥型 NAT：一旦内部地址映射建立，任何外部主机都可以通过该映射发送数据。
地址限制锥型 NAT：只允许内部主机曾经发送过数据的外部 IP 地址通信。
端口限制锥型 NAT：只允许内部主机曾经发送过数据的外部 IP 地址和端口通信。
对称型 NAT：对每个外部地址和端口的连接使用不同的映射。

多播

多播允许一个源主机向多个目标主机高效发送相同数据。

多播地址

IPv4 多播地址范围为 224.0.0.0 到 239.255.255.255（D 类地址）。 IPv6 多播地址前缀为 FF00::/8。

多播路由选择协议

IGMP（Internet Group Management Protocol）：主机加入或离开多播组的协议。
PIM（Protocol Independent Multicast）：构建多播分发树的协议。
- PIM-DM（密集模式）：假设组成员分布广泛，先洪泛后剪枝。
- PIM-SM（稀疏模式）：假设组成员分布稀疏，显式加入组播树。

运输层

运输层功能

运输层主要负责进程到进程（Process-to-Process）的数据传输，其主要功能包括：

进程间通信：通过端口号标识不同的应用进程。
可靠数据传输：保证数据无差错、不丢失、不重复、按序到达。
流量控制：避免发送方数据发送过快导致接收方缓冲区溢出。
拥塞控制：防止过多数据注入网络导致网络性能下降。

UDP 协议

UDP（User Datagram Protocol）是一种简单、无连接的传输协议。

UDP 数据报格式

UDP 报文段包含 8 字节的首部和数据部分：

源端口号（16 位）
目的端口号（16 位）
长度（16 位）：UDP 报文段的总长度（首部+数据）。
校验和（16 位）：检验 UDP 报文段在传输过程中是否有错误。

UDP 特点

无连接：不需要建立连接就可以发送数据。
不可靠：不保证数据一定到达，不进行重传。
无序：不保证按序到达。
无流量控制：不控制发送速率。
无拥塞控制：不会根据网络状况调整发送速率。
首部开销小：仅 8 字节，比 TCP 的 20 字节小。

TCP 协议

TCP（Transmission Control Protocol）是一种可靠的、面向连接的传输协议。

TCP 报文段格式

TCP 报文段首部长度为 20 字节（不含选项），主要字段包括：

源端口号（16 位）
目的端口号（16 位）
序号（32 位）：表示本报文段数据的第一个字节在流中的序号。
确认号（32 位）：期望收到对方下一个报文段的序号。
数据偏移（4 位）：表示首部长度，以 4 字节为单位。
保留（6 位）：保留字段，目前必须置 0。
标志位（6 位）：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。
窗口大小（16 位）：接收窗口大小，用于流量控制。
校验和（16 位）：检验 TCP 报文段在传输过程中是否有错误。
紧急指针（16 位）：当 URG 标志为 1 时有效，指向紧急数据的最后一个字节。
选项（可变长度）：最大报文段长度、窗口扩大等。

TCP 连接管理

TCP 连接建立（三次握手）：

客户端发送 SYN=1，seq=x 的报文段。
服务器回应 SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1 的报文段。
客户端发送 ACK=1，seq=x+1，ack=y+1 的报文段。

TCP 连接释放（四次挥手）：

客户端发送 FIN=1，seq=u 的报文段。
服务器回应 ACK=1，ack=u+1 的报文段。
服务器发送 FIN=1，ACK=1，seq=v，ack=u+1 的报文段。
客户端回应 ACK=1，seq=u+1，ack=v+1 的报文段。

TCP 可靠传输

TCP 使用以下机制保证可靠传输：

序号与确认号：标识数据和确认数据。
超时重传：发送方在规定时间内未收到确认就重传。
校验和：检测数据是否损坏。
失序重排：接收方重新排列失序的报文段。

可靠传输原理

停止-等待协议

工作原理：

发送方发送一个分组，然后等待确认。
收到确认后，发送下一个分组。
超时未收到确认，重传上一个分组。

缺点：信道利用率低，尤其在高延迟网络中。

滑动窗口协议

滑动窗口协议允许发送方在等待确认的同时发送多个分组，提高信道利用率。

发送窗口：发送方允许发送的数据范围。
接收窗口：接收方允许接收的数据范围。

流量控制

TCP 流量控制基于滑动窗口机制，接收方根据自身处理能力调整窗口大小，发送方根据窗口大小控制发送速率。

接收方在确认报文中告知可用缓冲区大小（接收窗口）。
发送方保证已发送但未确认的数据量不超过接收窗口。
零窗口探测：当接收窗口为 0 时，发送方定期发送探测报文。

拥塞控制

TCP 拥塞控制算法包括：

慢启动：初始拥塞窗口小，指数增长直到达到阈值。
拥塞避免：阈值后线性增长，避免网络拥塞。
快速重传：收到 3 个重复确认立即重传，不等待超时。
快速恢复：重传后直接进入拥塞避免阶段，不执行慢启动。

TCP 拥塞控制的核心思想是”加性增、乘性减”，即在没有拥塞时窗口大小线性增加，发生拥塞时窗口大小乘性减少。

应用层

域名系统

DNS（Domain Name System）是互联网的分布式数据库，用于将域名转换为 IP 地址。

域名结构

域名结构是分层的，从右到左依次为顶级域、二级域和子域。

顶级域：如.com、.org、.net、.edu、.gov、国家顶级域（如.cn、.uk）等。
二级域：注册实体的名称，如 google.com 中的 google。
子域：组织内部划分，如 mail.google.com 中的 mail。

域名解析过程

客户端查询本地域名缓存。
如缓存中没有，向本地域名服务器查询。
如本地域名服务器无法解析，向根域名服务器查询。
根域名服务器返回顶级域名服务器地址。
本地域名服务器向顶级域名服务器查询。
顶级域名服务器返回权威域名服务器地址。
本地域名服务器向权威域名服务器查询。
权威域名服务器返回 IP 地址。
本地域名服务器将 IP 地址返回给客户端。

DNS 报文格式

DNS 报文分为查询报文和响应报文，结构相同，包括：

报文头部：包含标识符、标志位等。
问题部分：包含请求的域名和类型。
回答部分：包含域名对应的资源记录。
权威域名服务器部分：包含权威域名服务器的信息。
附加信息部分：包含其他有用信息。

文件传输协议

FTP（File Transfer Protocol）是用于在客户端和服务器之间传输文件的协议。

FTP 协议原理

FTP 使用两个并行的 TCP 连接：

控制连接（端口 21）：用于传输命令和响应。
数据连接（端口 20 或随机）：用于传输文件。

FTP 有两种工作模式：

主动模式：服务器主动连接客户端数据端口。
被动模式：客户端主动连接服务器数据端口。

FTP 命令

常用 FTP 命令包括：

USER：指定用户名。
PASS：指定密码。
CWD：更改工作目录。
LIST：列出目录内容。
RETR：下载文件。
STOR：上传文件。
QUIT：退出 FTP 会话。

电子邮件

电子邮件系统由用户代理、邮件服务器和邮件协议组成。

电子邮件系统组成

用户代理（Mail User Agent, MUA）：用户收发邮件的客户端软件。
邮件服务器：存储和转发邮件。
邮件传输协议：在邮件服务器之间传输邮件（SMTP）。
邮件访问协议：用户从服务器获取邮件（POP3、IMAP）。

SMTP 协议

SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）是发送邮件的协议。

使用 TCP 端口 25。
基于文本的命令和响应。
只能发送 ASCII 文本，需要对二进制文件进行编码（如 MIME）。

POP3 协议

POP3（Post Office Protocol version 3）是一种简单的邮件获取协议。

使用 TCP 端口 110。
通常将邮件下载到本地，然后从服务器删除。
不支持在多设备间同步邮件状态。

IMAP 协议

IMAP（Internet Message Access Protocol）是一种更高级的邮件获取协议。

使用 TCP 端口 143。
邮件保存在服务器上，支持多设备访问和同步。
支持在服务器上创建、删除和管理文件夹。
支持搜索和部分下载邮件。

万维网

万维网（World Wide Web, WWW）是一个基于 HTTP 协议和 HTML 语言的分布式信息系统。

HTTP 协议

HTTP（HyperText Transfer Protocol）是万维网使用的协议。

主要版本：

HTTP/1.0：每次请求都建立新的 TCP 连接。
HTTP/1.1：支持持久连接，多个请求使用同一 TCP 连接。
HTTP/2：支持多路复用，头部压缩等特性。
HTTP/3：基于 QUIC 协议，进一步提高性能和安全性。

HTTP 方法：

GET：请求指定资源。
POST：提交数据处理请求。
PUT：上传指定资源。
DELETE：删除指定资源。
HEAD：获取响应头。
OPTIONS：获取支持的方法。

HTTP 状态码：

1xx：信息响应。
2xx：成功响应，如 200 OK。
3xx：重定向，如 301 Moved Permanently。
4xx：客户端错误，如 404 Not Found。
5xx：服务器错误，如 500 Internal Server Error。

HTML 语言

HTML（HyperText Markup Language）是创建网页的标准标记语言。

使用标签来描述网页结构和内容。
结合 CSS 控制页面样式，JavaScript 添加交互功能。

URL

URL（Uniform Resource Locator）是 Web 资源的地址，格式为： 协议://主机:端口/路径?查询#片段

例如：https://www.example.com:443/path/page.html?id=123#section

动态主机配置协议

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）用于自动分配 IP 地址和其他网络配置。

DHCP 协议原理

DHCP 客户端获取 IP 地址的过程：

DHCP 发现（DHCPDISCOVER）：客户端广播寻找 DHCP 服务器。
DHCP 提供（DHCPOFFER）：服务器提供 IP 地址和配置。
DHCP 请求（DHCPREQUEST）：客户端请求使用提供的 IP 地址。
DHCP 确认（DHCPACK）：服务器确认分配 IP 地址。

DHCP 报文格式

DHCP 报文主要字段包括：

操作码：指定报文类型（请求或应答）。
硬件类型：指定网络类型（如以太网）。
硬件地址长度：指定 MAC 地址的长度。
事务 ID：客户端产生的随机数，用于匹配请求和响应。
客户端 IP 地址：客户端当前 IP 地址。
分配的 IP 地址：服务器分配给客户端的 IP 地址。
服务器 IP 地址：DHCP 服务器的 IP 地址。
选项：包含子网掩码、路由器 IP、DNS 服务器 IP 等信息。