交换机转发数据，为何主机还需要配置IP地址？

只使用交换机转发数据，为什么主机还需要配置IP地址？

二层交换机既然只根据第二层的 MAC地址来进行转发，在这样的局域网中数据既然能转发到各自主机的网卡中，为什么主机还需要配置 IP 地址呢？其实还有两个问题：

①在没有联网的情况下，主机会有IP地址吗？

②在没有联网的情况下，给主机手动设置IP地址有什么作用呀？

想法没有问题，主机之间的通信完全可以依赖于MAC地址来寻址。比如常见的ARP报文、PPPoE报文（控制报文）地址栏都是没有IP地址的，仅仅有MAC地址。还有早期的局域网的文件共享使用NetBIOS、NetBUIE协议也是仅仅使用MAC地址来寻址的。

如果真的想仅仅通过MAC地址（没有IP地址）来通信，是可以的，需要自己编程，或者付费请别人定制，直接调用MAC接口函数，和ARP/PPPoE的调用类似。

但是安装在电脑中的软件，但凡需要与外界通信，基本上都是调用TCP/IP接口。无论是调用TCP Socket（喊TCP帮干活）、调用UDP Socket（喊UDP帮干活）、调用IP Socket（喊IP帮干活）、调用IP/ICMP Socket（喊IP/ICMP帮干活），到最后这些调用（喊话）都会汇总到IP。然后由IP（甲方）喊MAC层（乙方）来干活。

如果IP层没有配置IP地址，就会罢工。无论是TCP/UDP/IP/ICMP的喊话，统统不予理睬。配置IP层IP地址的过程，通常由DHCP完成。在DHCP成功配置之前，主机是没有IP地址的，是不是和前面的一句自相矛盾？

为了解决这个矛盾，协议规定：

（1）IP层可以假装有一个IP地址= 0.0.0.0。

（2）主机发现DHCP服务器的报文 dhcp discovery的目的地IP = 255.255.255.255

即主机的dhcp discovery源地址（自己的）为0.0.0.0（空白/null），目的地址（DHCP服务器的）= 255.255.255.255这是一个广播地址。广播域内所有主机都会接收，自然包括DHCP Server、还有自己。

DHCP报文（甲方）喊UDP干活（乙方），然后UDP（甲方）喊IP（乙方）干活。

IP再喊MAC干活，DHCP/UDP/IP各个部门的按序打包的包裹、包裹的目的地IP=  255.255.255.255，一起提供给MAC。

万事俱备，MAC层只要根据目的地IP= 255.255.255.255做最后一次打包，包裹上只要填充三个字段：

（1）Destination MAC = FFFFFFFFFFFF (MAC层广播地址)

（2）Source MAC = myself MAC （自己网卡的MAC）

（3）Ethertype = 0x0800 （让接收方知道是IP包裹）

嗖地一声，报文就发走了，DHCP搬个小板凳坐在门前等回复消息，同时启动了倒计时一个小闹钟，闹钟响了还没有收到回复，再重复发dhcp discovery报文。

上文的关键字，广播域，也是本文的关键知识点。dhcp discovery报文虽然发射出去了，虽然它是广播报文，但是它能够辐射的范围非常有限，仅仅是一个广播域。

什么是广播域？

一个广播域  = 一个交换机VLAN。

显然

• 如果DHCP Server和主机在一个广播域（同一个VLAN），是可以收到dhcp discovery。
• 如果DHCP Server和主机不在一个广播域（不同VLAN），就无法收到dhcp discovery。针对这种情况，需要在主机所在VLAN的网关（通向rest of the world出口）配置DHCP Relay。

遇到问题了，一个广播域多个主机同时使用IP地址= 0.0.0.0来DHCP请求IP地址，当回复消息（DHCP Offer）到来时，由于目的IP都是0.0.0.0，多个主机如何知道哪个回复消息是自己的呢？

不用过分担心，MAC层根据目的MAC地址就可以分辨是不是自己的报文了，参考上文加亮部分。

剩余的2个小问题：

1. 在没有联网的情况下，主机会有IP地址吗？

2. 在没有联网的情况下，给主机手动设置IP地址有什么作用呀？

TCP/IP协议栈有一个软件接口，默认配置IP = 127.0.0.1/8，可以实现主机进程之间的通信（使用TCP/IP）。

• 如果主机上有网卡，但是没有插网线（down），可以手工配置一个IP地址。由于是down状态，对来自上层的命令婉拒。
• 如果插网线（UP），TCP/IP协议栈满血复活，随时听候上层的调遣。

配置的IP地址如果和网关（广播域通向外部世界的唯一出口）在同一个网段，主机发射的报文能溜达多远，完全取决于网关连接的世界有多大。如果网关连接的是一个局域网（不和互联网连接），那只能在局域网内溜达。如果网关连接的是互联网，那就可以浪迹天涯。但不要too naïve，不是所有的景点都可以到。。。

但是，如果配置的IP地址和网关不在同一个网段（由IP地址、网络掩码控制），主机可能都无法发射报文，更不要说出去溜达溜达了。

如果不太熟悉IP地址的配置，什么都不要配置，DHCP会为主机动态配置IP地址。正常来说，DHCP Server分配的IP地址和网关在同一个网段，可以连接外部世界。

但是如果在广播域内还有其它非授权的DHCP Server，分配的IP地址和网关不在一个网段，那么流量就无法离开本广播域。

最后，如果DHCP多次重试超时，TCP/IP协议栈的IP地址是空白还是？

169.254.x.x/16

这个地址类似于IPv6 Link Local Address (FE80)，只能和本链路的主机通信（TTL=1）。

原文始发于微信公众号（车小胖谈网络）：交换机转发数据，为何主机还需要配置IP地址？