路由器如何分配IP地址？

Question

路由器如何分配IP地址？这是随机的还是有一套方法？

似乎同一个设备——无论它连接的时间如何——似乎都分配了相同的 IP。路由器是否知道 MAC 地址并分配相同的 IP 或是否有其他事情发生？

Answer 1

IPv4 地址通常使用 DHCP 协议分配。这是如何发生的，取决于路由器上运行的特定 DHCP 服务器......

• 使用 DHCP，地址会被租用一段时间，因此如果设备在旧租用到期之前重新启动请求地址，路由器通常会提供相同的旧地址（基于 DHCP 客户端 ID 或 MAC 地址）。

• 某些 DHCP 服务器即使在租用期到期后的一段时间内仍会记住发出的地址，因此它们始终将相同的地址提供给同一设备。

• 如果之前没有看到设备，这取决于实现——通常新地址是随机选择的，但有时是顺序选择，有时基于 MAC 地址上的某种散列，以便路由器至少尝试给出又是旧地址。

例如，引用dhcpd.conf(5)ISC DHCP 服务器dhcpd的手册页：

DHCP 服务器生成可用 IP 地址列表。
哈希表。这意味着地址没有按任何标准排序？
特定的顺序，因此无法预测其中的顺序
DHCP 服务器将分配 IP 地址。以前版本的用户
ISC DHCP 服务器的用户可能已经习惯了 DHCP 服务器
按升序分配IP地址，但这不再是pos？
sible，并且无法使用版本 3 配置此行为
ISC DHCP 服务器。

对于 IPv6，有一个类似的协议 DHCPv6，上面的答案仍然适用。

然而，许多网络使用更简单的“无状态自动配置”协议，其中路由器只广播前缀（也称为网络地址），设备分配自己的 IP 地址。赋值有两种方式：

• 使用正常的“无状态自动配置”（RFC 4862），IP 地址的“主机”部分基于设备的硬件地址。对于 48 位 MAC 地址，第二位被翻转，并ff:fe插入中间（填充到 64 位）

  例如，前缀2001:470:1f0b:915::/64加 MAC 地址48:5d:60:e8:65:8f产生 IP 地址。2001:470:1f0b:915:4a5d:60ff:fee8:658f

• 对于“隐私扩展”（RFC 4941），“主机”部分是随机选择的——并且每 10 小时也会添加一个新地址。

  请注意，除了正常的“无状态”基于 MAC 的 IP 地址之外，几乎总是使用“隐私扩展” 。

Answer 2

通常（对于 IPV4），所使用的系统称为“DHCP”，其工作原理大致如下。

• 路由器运行一个“DHCP 服务器”，其中有一个包含可以使用的 IP 的表。
• 每台计算机都会发出 DHCP 请求，该请求基本上是在网络上发送的一个数据包（带有其 MAC 地址），内容是“我可以拥有什么 IP？”
• 路由器查看收到的数据包，并显示这是您的 IP 地址、网关、DNS 服务器 [以及其他任何内容]
• 然后计算机会自行配置。

DHCP 服务器表可以使用 MAC 地址来确保计算机获得相同的 IP 地址（如果每次可用）。

Answer 3

我认为重要的是要指出路由器不分配 IP 地址：路由器在一个接口上接收一个 IP 数据包并在另一个接口上几乎不变地发送它（我能想到的变化是减少 TTL 并更新 IP 的校验和数据包；甚至更改数据包中的 IP 地址 (NAT) 也超出了路由器的任务）。

被称为家庭路由器的设备不仅仅是路由器，它们还包括以下一些功能/服务：

• DHCP 服务器（这是分配 IP 地址的服务），
• ADSL 调制解调器（协商与 ISP 的连接），
• 防火墙（过滤传入和传出连接），
• 入站和出站 NAT 设备（共享 ISP 为家庭网络上的所有设备分配的单个 IPv4 地址），
• 路由器，
• 转变，
• 无线天线，
• 网络服务器，
• 控制台（web、ssh 或 telnet）来配置设备，
• 其他...

（注意：防火墙通常可以执行入站和出站 NAT 和路由，即使这 4 个功能可以使用专用设备完成。）

在大型企业部署中，DHCP 服务器通常托管在与路由器无关的专用 Linux 或 Windows 服务器（通常是集群）上。