获取局域网内新加设备的IP地址
背景
新入一个设备，只能通过IP地址访问之。先将自己的主机用网线直接连接该设备，并将主机IP地址设为静态，且与该设备的默认IP处于同一网段下，可以通过该设备的默认IP访问之。现将该设备接入局域网，局域网内采用DHCP动态分配IP，该设备IP不再是默认IP，需要想办法确定其IP地址。
失败的尝试
已知该设备的MAC地址，尝试网上介绍的各种根据MAC查IP的工具，基本上都无法下载或使用。也没有路由器的权限，看不了DHCP分配表。
成功的方法
理论知识
新设备接入时IP地址的获取，离不开DHCP（Dynamic Host Configuration）。想起大三学的《计算机网络》有相关内容，遂查阅该教材。在该教材中提到：
对于一台新到达的主机而言，DHCP协议是一个4个步骤的过程：
- DHCP服务器发现
新到主机需要发现与其交互的DHCP服务器：新到主机使用DHCP发现报文（DHCP discover message），使用广播目的地址255.255.255.255和源地址0.0.0.0向子网内广播。（不知道DHCP服务器在哪，所以需要广播）传输协议为UDP，目的端口为67。 - DHCP服务器提供
DHCP服务器收到DHCP发现报文时，使用一个DHCP提供报文（DHCP offer message），并且仍然使用广播地址255.255.255.255向子网内广播。（新到主机还未有自己的IP地址，因此DHCP服务器只能广播找到它）该子网可能有几个DHCP服务器。每台服务器提供的报文包含有收到的发现报文的事物ID、向客户推荐的IP地址（这就是我们想要的）、网络掩码以及IP地址租用期。 - DHCP请求
新到达的客户从一个或多个服务器提供中选择一个，并向其用一个DHCP请求报文（DHCP request message）进行响应，回显配置参数。 - DHCP ACK
服务器用DHCP ACK报文（FHCP ACK message）对DHCP请求报文进行响应，证实所要求的参数。
理论分析
在上述过程中，第二步非常重要。因为DHCP服务器会将带有新接设备IP地址的报文广播到子网中，那么同处于子网中的我的主机也能收到该报文，从而知道服务器给新接设备分配的IP地址。由于步骤三和步骤四中，新接设备已经获取IP地址，因此此时客户端和服务器端所发报文不再以广播的形式，我的主机也就收不到这些报文。换言之，当子网中有多个DHCP服务器时，新接设备选择哪个服务器提供的IP地址是无从知晓的。只能希望DHCP服务器只有一个。但即使有多个，也能在多个DHCP提供报文中的IP地址上一个个试出来。
实际操作
有了这些理论知识后，马上下载Wireshark软件开始抓包。
- 先尝试抓取DHCP发现报文：对抓取的包筛选，源IP地址为0.0.0.0，目的IP地址为255.255.255.255，源MAC地址为xxx（已知源MAC地址，这里不公布），目的端口为67。果然筛选出一个包：
可以看到Info一栏里面显示DHCP Discover。后面的Transaction ID就是事物ID，每一个新接设备执行DHCP过程都有一个事物ID，以互相区分。 - 再筛选出DHCP提供报文。目的IP地址为255.255.255.255，然而并没有找到提供报文。
- 在步骤一时，发现了DHCP请求报文：
可以看到事物ID和发现报文中的一样。在DHCP请求报文中，找到了书上所说的回显配置参数：
从最后一个划线处可以看到，新接设备请求将10.112.232.137作为自己的IP地址。这一地址最后得到验证，就是新接设备的IP地址。
结果分析
成果
能够通过抓包软件在新设备接入局域网时抓取DHCP包，并通过包的内容获取新接设备被DHCP服务器分配的IP地址。
问题
在实际操作中，步骤二三的结果和前面的理论分析有点不太一样。
- 根据理论知识，DHCP发现报文是以广播形式发送出来的，但是抓包软件并没有抓取到该包。
- 从上图中回显参数中可以发现，Client IP address仍然为0.0.0.0。这说明，新接设备在发送DHCP请求报文时，虽然自己之前已经收到了DHCP提供报文，但自己的IP地址并没有得到确认（DHCP ACK），还不能将提供报文中提供的IP地址正式作为自己的IP地址。因此新接设备在发送DHCP请求报文时，源IP地址仍然为0.0.0.0。但目的IP仍然为255.255.255.255，而不是具体的DHCP服务器，这也不符合理论分析。
额外收获
在抓包分析中，还发现了有关新接设备的另外两个包：
其中前两张图是第一个包，后两张图是第二个包。这两个包出现在DHCP四步骤完成后。
- 在第一个包中，192.168.0.120是该设备的默认IP地址，10.112.232.137是该设备被DHCP服务器分配的IP地址。可以看出，该包是一个广播包，新接设备通过该包查询所在局域网中IP地址同为10.112.232.137的设备，以免冲突。
- 在第二个包中，Gratuitous ARP是免费ARP，它用来向局域网中的设备告知MAC地址为xxx的设备，IP地址为10.112.232.137。同时，它还可以检测当前局域网中是否有IP地址冲突。若当前局域网存在一个IP地址一样的设备，则新接设备会受到来自该设备的包。因此，正常情况下，这种数据包是不希望有回应的。