LWIP教程 13：从 `dhcp_start()` 到 `DHCP_STATE_BOUND`——DHCPv4、ACD、Timer 与真实抓包

wdfk_prog2026-10-13 12:07

title: 13-dhcpv4

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  • LWIP
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    date: 2026-10-03 16:27:36

教程 13：从 dhcp_start() 到 DHCP_STATE_BOUND------DHCPv4、ACD、Timer 与真实抓包

摘要：从 example_app 的 DHCP 入口追踪 DORA、UDP 回调、ACD、地址绑定与租约 Timer，并用真实 13 帧 PCAP 验证状态迁移。

文章目录

  • [教程 13：从 `dhcp_start()` 到 `DHCP_STATE_BOUND`------DHCPv4、ACD、Timer 与真实抓包](#教程 13：从 dhcp_start() 到 DHCP_STATE_BOUND——DHCPv4、ACD、Timer 与真实抓包)
    • [0. 阅读源码前：先把 DHCPv4 的协议动作看懂](#0. 阅读源码前：先把 DHCPv4 的协议动作看懂)
      • [0.1 建议提前阅读](#0.1 建议提前阅读)
      • [0.2 DORA、transaction ID 与 DHCP Option 分别解决什么问题](#0.2 DORA、transaction ID 与 DHCP Option 分别解决什么问题)
      • [0.3 一次成功 DHCP + ACD 会话先看协议总流程](#0.3 一次成功 DHCP + ACD 会话先看协议总流程)
      • [0.4 协议动作怎样落到本文的 lwIP 源码](#0.4 协议动作怎样落到本文的 lwIP 源码)
    • [1. 进入 `dhcp_start()` 前，还必须区分两个 lwIP 接口状态](#1. 进入 dhcp_start() 前，还必须区分两个 lwIP 接口状态)
      • [1.1 `administrative up` 与 `link up`](#1.1 administrative up 与 link up)
    • [2. 真实入口：`test_netif_init()` 先绑定 `struct dhcp`，再调用 `dhcp_start()`](#2. 真实入口：test_netif_init() 先绑定 struct dhcp，再调用 dhcp_start())
      • [2.1 进入 `dhcp_set_struct()`：`struct dhcp` 被挂到 `netif->client_data`](#2.1 进入 dhcp_set_struct()：struct dhcp 被挂到 netif->client_data)
    • [3. `struct dhcp` 与 `struct dhcp_msg` 不是同一个对象](#3. struct dhcp 与 struct dhcp_msg 不是同一个对象)
    • [4. 进入 `dhcp_start()`：先准备 UDP PCB，再决定现在能不能 DISCOVER](#4. 进入 dhcp_start()：先准备 UDP PCB，再决定现在能不能 DISCOVER)
    • [5. `dhcp_inc_pcb_refcount()`：DHCP 继续使用 Stage 5 的 UDP Raw API](#5. dhcp_inc_pcb_refcount()：DHCP 继续使用 Stage 5 的 UDP Raw API)
    • [6. 进入 `dhcp_discover()`：SELECTING 与第一次真实广播](#6. 进入 dhcp_discover()：SELECTING 与第一次真实广播)
    • [7. `dhcp_create_msg()`：transaction ID、Client MAC 与 `pbuf`](#7. dhcp_create_msg()：transaction ID、Client MAC 与 pbuf)
    • [8. OFFER 怎么进入 `dhcp_recv()`：callback 在第 5 节已经注册](#8. OFFER 怎么进入 dhcp_recv()：callback 在第 5 节已经注册)
      • [8.1 进入 `dhcp_recv()`：不是看到 UDP 67/68 就直接接受](#8.1 进入 dhcp_recv()：不是看到 UDP 67/68 就直接接受)
    • [9. Frame 2 DHCPOFFER：`dhcp_handle_offer()` 保存候选地址，再进入 `dhcp_select()`](#9. Frame 2 DHCPOFFER：dhcp_handle_offer() 保存候选地址，再进入 dhcp_select())
      • [9.1 一个抓包细节：本机还是 `0.0.0.0`，为什么 OFFER 的 IPv4 目的地址可以是 `198.18.0.149`？](#9.1 一个抓包细节：本机还是 0.0.0.0，为什么 OFFER 的 IPv4 目的地址可以是 198.18.0.149？)
    • [10. Frame 3 DHCPREQUEST：`dhcp_select()` 明确选择地址与 Server](#10. Frame 3 DHCPREQUEST：dhcp_select() 明确选择地址与 Server)
    • [11. Frame 4 DHCPACK：收到 ACK 仍不等于地址已经正式可用](#11. Frame 4 DHCPACK：收到 ACK 仍不等于地址已经正式可用)
      • [11.1 `dhcp_handle_ack()`：把 lease、T1、T2、mask、gateway 存进长期状态](#11.1 dhcp_handle_ack()：把 lease、T1、T2、mask、gateway 存进长期状态)
    • [12. 进入 `dhcp_check()`：从 DHCP state machine 切到 ACD state machine](#12. 进入 dhcp_check()：从 DHCP state machine 切到 ACD state machine)
      • [12.1 进入 `acd_start()`：先进入 PROBE_WAIT](#12.1 进入 acd_start()：先进入 PROBE_WAIT)
    • [13. Frames 5～7：真实 PCAP 精确验证了 3 个 ARP Probe](#13. Frames 5～7：真实 PCAP 精确验证了 3 个 ARP Probe)
      • [13.1 `acd_tmr()` 为什么正好发送 3 个 Probe](#13.1 acd_tmr() 为什么正好发送 3 个 Probe)
      • [13.2 `etharp_acd_probe()` 为什么线上看到 `0.0.0.0 -> candidate IP`](#13.2 etharp_acd_probe() 为什么线上看到 0.0.0.0 -> candidate IP)
    • [14. Frames 8 和 11：两次 ARP Announcement](#14. Frames 8 和 11：两次 ARP Announcement)
      • [14.1 第二次 Announcement 后才回调 `ACD_IP_OK`](#14.1 第二次 Announcement 后才回调 ACD_IP_OK)
    • [15. `ACD_IP_OK` 返回 DHCP：`dhcp_conflict_callback()` 直接调用 `dhcp_bind()`](#15. ACD_IP_OK 返回 DHCP：dhcp_conflict_callback() 直接调用 dhcp_bind())
    • [16. 进入 `dhcp_bind()`：到这里 `netif` 才真正获得 IPv4 配置](#16. 进入 dhcp_bind()：到这里 netif 才真正获得 IPv4 配置)
    • [17. Frames 9～13：抓包还能证明"ACD 完成前后 ARP 行为真的不同"](#17. Frames 9～13：抓包还能证明“ACD 完成前后 ARP 行为真的不同”)
    • [18. 本次成功实验的 13 帧总时间线](#18. 本次成功实验的 13 帧总时间线)
    • [19. 一份失败抓包反而把 DHCP 重传 Timer 证明得更清楚](#19. 一份失败抓包反而把 DHCP 重传 Timer 证明得更清楚)
    • [20. DHCP Timer 与 Stage 9 的 TCP Timer 有什么不同](#20. DHCP Timer 与 Stage 9 的 TCP Timer 有什么不同)
      • [20.1 `dhcp_fine_tmr()`：短期 transaction retry](#20.1 dhcp_fine_tmr()：短期 transaction retry)
      • [20.2 `dhcp_coarse_tmr()`：租约 T1/T2/T0 生命周期](#20.2 dhcp_coarse_tmr()：租约 T1/T2/T0 生命周期)
    • [21. RFC 2131 的 T1/T2 在 lwIP 中分别落到哪条发送路径](#21. RFC 2131 的 T1/T2 在 lwIP 中分别落到哪条发送路径)
    • [22. 本次实验怎样复现](#22. 本次实验怎样复现)
    • [23. 把 Stage 13 收束成一张运行图](#23. 把 Stage 13 收束成一张运行图)
    • 资料来源
      • [S1 lwIP upstream `example_app` DHCP 入口](#[S1] lwIP upstream example_app DHCP 入口)
      • [S2 lwIP `netif` 状态定义](#[S2] lwIP netif 状态定义)
      • [S3 DHCP 数据结构、状态与协议常量](#[S3] DHCP 数据结构、状态与协议常量)
      • [S4 lwIP DHCPv4 client 实现](#[S4] lwIP DHCPv4 client 实现)
      • [S5 lwIP Address Conflict Detection 与 ARP Probe/Announcement](#[S5] lwIP Address Conflict Detection 与 ARP Probe/Announcement)
      • [S6 RFC 2131 / RFC 2132 --- DHCPv4 与 DHCP Options](#[S6] RFC 2131 / RFC 2132 — DHCPv4 与 DHCP Options)
      • [S7 lwIP UDP receive callback 分派](#[S7] lwIP UDP receive callback 分派)
      • [S8 RFC 5227 --- IPv4 Address Conflict Detection](#[S8] RFC 5227 — IPv4 Address Conflict Detection)
      • [S9 lwIP timeout scheduler](#[S9] lwIP timeout scheduler)
      • [S10 Stage 13 成功 DHCP + ACD 实验 PCAP](#[S10] Stage 13 成功 DHCP + ACD 实验 PCAP)
      • [S11 Stage 13 无 DHCP Server 时的 DISCOVER 重传 PCAP](#[S11] Stage 13 无 DHCP Server 时的 DISCOVER 重传 PCAP)
      • [S12 Stage 13 dnsmasq 与 `example_app` 成功运行日志](#[S12] Stage 13 dnsmasq 与 example_app 成功运行日志)
      • [S13 IPv4 input 对 DHCP link-layer addressed packet 的接收特例](#[S13] IPv4 input 对 DHCP link-layer addressed packet 的接收特例)
      • [S14 Microsoft Learn --- DHCP DORA、端口与租约生命周期导读](#[S14] Microsoft Learn — DHCP DORA、端口与租约生命周期导读)

DHCPv4（Dynamic Host Configuration Protocol for IPv4，IPv4 动态主机配置协议）解决的是"主机刚接入网络、还没有可用 IPv4 配置时，怎样从网络中的 DHCP Server 获得地址、子网掩码、默认网关、DNS Server 与租约生命周期参数"。当前 lwIP 充当 DHCP Client；Client 使用 UDP 68，Server 使用 UDP 67。由于 Client 在第一次请求时可能仍是 0.0.0.0，首次租约阶段允许依赖广播和链路层可达性完成配置交换。 S3 S6

本文还会遇到 ACD（Address Conflict Detection，IPv4 地址冲突检测）。ACD 不是 DHCP 的另一种报文，而是在候选 IPv4 地址真正投入使用前，通过 ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）Probe / Announcement 检查地址是否与同一链路上的其他节点冲突；当前 Host/TAP 实验构建启用了 LWIP_DHCP_DOES_ACD_CHECK，且 Ethernet netif 带 NETIF_FLAG_ETHARP；在这一实现路径里，DHCPACK 后会从 DHCP 状态机桥接到 ACD，确认地址可用后才进入 dhcp_bind()。S4S5S8

0. 阅读源码前：先把 DHCPv4 的协议动作看懂

0.1 建议提前阅读

下面资料用于加速理解和核对规范，不是正文的强制前置条件：

  1. Microsoft Learn --- Troubleshooting guide for Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
    • 用途：快速建立 Client / Server、首次租约、续租（Renew）与重绑定（Rebind）的整体视角。S14
  2. RFC 2131 --- Dynamic Host Configuration Protocol 与 RFC 2132 --- DHCP Options and BOOTP Vendor Extensions
    • 用途：核对 DHCP message、状态推进、租约与 Option 的规范语义。S6
  3. RFC 5227 --- IPv4 Address Conflict Detection
    • 用途：理解 DHCPACK 之后为什么还会出现 ARP Probe / Announcement。S8

0.2 DORA、transaction ID 与 DHCP Option 分别解决什么问题

首次获得租约时，最常见的四步交互可以记作 DORA：Discover、Offer、Request、Acknowledgement。它不是一个新的协议层，只是对四种 DHCP message 的缩写。S6

阶段 方向 当前消息解决的问题 Client 侧下一步
DHCPDISCOVER Client → Server "当前链路上有哪些 DHCP Server 可以提供配置？" 等待一个或多个候选 OFFER
DHCPOFFER Server → Client 提供候选 IPv4 地址以及 Server/租约相关参数 选择候选并发送 REQUEST
DHCPREQUEST Client → Server 明确请求哪个 Server 提供的哪个地址 等待 DHCPACK，或收到 DHCPNAK 表示请求被拒绝
DHCPACK Server → Client 确认租约以及最终配置参数 保存 lease/T1/T2，并在当前 lwIP 配置下进入 ACD

每次 DHCP transaction 都带 xid（transaction ID，事务标识符）。Client 生成 xid，Response 带回同一个值，接收端据此避免把无关 transaction 的消息误认为当前请求的响应。DHCP Option 则是在固定 BOOTP/DHCP message 头部之后携带的可变配置项；本文会遇到 Message Type、Requested IP、Server Identifier、Lease Time、T1、T2、Subnet Mask、Router 与 DNS Server 等 Option。S3S6

Lease（租约）意味着地址只在一定时间内有效。T1 是 Renewal Time：到达 T1 后，Client 优先向原 Server 续租；T2 是 Rebinding Time：如果续租仍未成功，到达 T2 后 Client 扩大请求范围，尝试从可达 DHCP Server 重新确认租约。租约最终过期仍未成功时，地址不能继续被当作有效租约使用。S6

0.3 一次成功 DHCP + ACD 会话先看协议总流程

下面只画本文实际会进入源码的主线。OFFER/ACK 在线上的广播或单播细节受 Client 状态、flags 与 Server 行为影响，因此图中只表达消息方向，不把某一种链路层投递方式泛化成所有 DHCP 会话。S6
Local Ethernet link DHCP Server UDP 67 DHCP Client UDP 68 Local Ethernet link DHCP Server UDP 67 DHCP Client UDP 68 #mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF p{margin:0;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .actor{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF text.actor>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .actor-line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .innerArc{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .messageLine0{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;stroke:#333;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .messageLine1{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:2,2;stroke:#333;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF #arrowhead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .sequenceNumber{fill:white;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF #sequencenumber{fill:#333;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF #crosshead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .messageText{fill:#333;stroke:none;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .labelBox{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .labelText,#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .labelText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .loopText,#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .loopText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .loopLine{stroke-width:2px;stroke-dasharray:2,2;stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .note{stroke:#aaaa33;fill:#fff5ad;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .noteText,#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .noteText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .activation0{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .activation1{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .activation2{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .actorPopupMenu{position:absolute;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .actorPopupMenuPanel{position:absolute;fill:#ECECFF;box-shadow:0px 8px 16px 0px rgba(0,0,0,0.2);filter:drop-shadow(3px 5px 2px rgb(0 0 0 / 0.4));}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .actor-man line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF .actor-man circle,#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;stroke-width:2px;}#mermaid-svg-FGnFRi18mDXbSYzF :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} dhcp_bind() installs IPv4 configuration If renewal fails until T2, enter rebinding DHCPDISCOVER with xid DHCPOFFER candidate IPv4 and lease DHCPREQUEST selected address and server DHCPACK lease and network options ARP Probe for candidate IPv4 ARP Announcement after conflict check DHCPREQUEST at T1 for renewal

因此"收到 ACK"与"接口已经正式拥有地址"在当前 Ethernet + ACD enabled 主线里不是同一个时刻。ACK 先把候选配置写入 struct dhcp，ACD 成功后 dhcp_bind() 才把地址写进 netif；若 ACD 未启用或接口没有 NETIF_FLAG_ETHARP，ACK 分支可以直接进入 dhcp_bind()。S4S5

0.4 协议动作怎样落到本文的 lwIP 源码

PCB（Protocol Control Block，协议控制块）是 lwIP 保存一个协议端点运行状态的对象；这里的 UDP PCB 保存 DHCP Client 使用的 UDP endpoint 与 receive callback。

协议阶段 协议对象/状态 lwIP 入口或 handler 关键对象 完成后的下一步
启动 Client INIT / SELECTING dhcp_start() → dhcp_discover() struct dhcp、UDP PCB 发送 DHCPDISCOVER
接收候选 DHCPOFFER udp_input() → dhcp_recv() → dhcp_handle_offer() xid、offered address、server id dhcp_select()
选择地址 DHCPREQUEST dhcp_select() Requested IP / Server Identifier Options 等待 ACK
接受租约 DHCPACK dhcp_recv() → dhcp_handle_ack() lease / T1 / T2 / mask / gateway 当前 Ethernet+ACD build 进入 dhcp_check()
地址冲突检测 ARP Probe / Announcement acd_start() / acd_tmr() struct acd ACD_IP_OK callback
正式采用地址 BOUND dhcp_conflict_callback() → dhcp_bind() netif IPv4 fields T1/T2 lifecycle
续租/重绑定 RENEWING / REBINDING dhcp_coarse_tmr() lease timers REQUEST / ACK 或租约失效

下面进入真实源码时，正文会始终回到这张表中的"当前协议阶段"，而不是把 DHCP 协议与 C 函数拆成两条互不相干的叙事。

1. 进入 dhcp_start() 前，还必须区分两个 lwIP 接口状态

NETIF_FLAG_UP 表示接口在软件管理层已启用；NETIF_FLAG_LINK_UP 表示驱动/PHY 确认链路已建立。两者都不等于 IPv4 地址已经配置。S2

text 复制代码 
netif_set_up()          -> administrative up
netif_set_link_up()     -> link up
netif_set_addr()        -> IPv4 配置变化

Stage 0/2 已经区分这些状态；本篇只保留 DHCP 需要的边界：dhcp_start() 要求 netif administratively up，但 link down 时只进入 INIT，不发 DISCOVER。

2. 真实入口：test_netif_init() 先绑定 struct dhcp，再调用 dhcp_start()

当前 example 并不是在 dhcp_start() 中第一次创造 DHCP 对象。test.c 先定义一个静态对象：S1

c 复制代码 
#if LWIP_DHCP
static struct dhcp netif_dhcp;
#endif /* LWIP_DHCP */

test_netif_init() 在建立默认 netif 后依次执行：S1

c 复制代码 
#if LWIP_DHCP
  dhcp_set_struct(netif_default, &netif_dhcp);
#endif /* LWIP_DHCP */
  netif_set_up(netif_default);
#if USE_DHCP
  err = dhcp_start(netif_default);
  LWIP_ASSERT("dhcp_start failed", err == ERR_OK);
#elif USE_AUTOIP
  err = autoip_start(netif_default);
  LWIP_ASSERT("autoip_start failed", err == ERR_OK);
#endif /* USE_DHCP */

三个动作分别是：

text 复制代码 
dhcp_set_struct()
  -> 把长期 DHCP client state 绑定到当前 netif

netif_set_up()
  -> administrative up

 dhcp_start()
  -> 启动 DHCP negotiation

2.1 进入 dhcp_set_struct()：struct dhcp 被挂到 netif->client_data

下面是上游连续源码片段：S4

c 复制代码 
void
dhcp_set_struct(struct netif *netif, struct dhcp *dhcp)
{
  LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();
  LWIP_ASSERT("netif != NULL", netif != NULL);
  LWIP_ASSERT("dhcp != NULL", dhcp != NULL);
  LWIP_ASSERT("netif already has a struct dhcp set", netif_dhcp_data(netif) == NULL);

  memset(dhcp, 0, sizeof(struct dhcp));
  dhcp->flags |= DHCP_FLAG_EXTERNAL_MEM;
  netif_set_client_data(netif, LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_DHCP, dhcp);
}

对象关系是：
#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW p{margin:0;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .label text,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node rect,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node circle,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node ellipse,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node polygon,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .rough-node .label text,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node .label text,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .image-shape .label,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .rough-node .label,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node .label,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .image-shape .label,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .icon-shape,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .icon-shape p,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-OEoaHIiqtySVCbsW :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} struct netif
client_dataDHCP
struct dhcp
state / xid / tries
offered IP / mask / gateway
request timeout / T1 / T2 / lease

这也连接 Stage 12：Core API 允许 dhcp_start() 在没有 object 时调用 mem_malloc(sizeof(struct dhcp))，但当前 example 已经预先绑定静态对象，所以本实验不会走动态分配 fallback。S1S4

3. struct dhcp 与 struct dhcp_msg 不是同一个对象

这两个名字很接近，但一个是长期状态 ，一个是当前报文格式。

struct dhcp 中与本文主线直接相关的字段包括：S3

c 复制代码 
struct dhcp
{
  u32_t xid;
  u8_t pcb_allocated;
  u8_t state;
  u8_t tries;
  u8_t flags;

  dhcp_timeout_t request_timeout;
  dhcp_timeout_t t1_timeout;
  dhcp_timeout_t t2_timeout;
  dhcp_timeout_t t1_renew_time;
  dhcp_timeout_t t2_rebind_time;
  dhcp_timeout_t lease_used;
  dhcp_timeout_t t0_timeout;
  ip_addr_t server_ip_addr;
  ip4_addr_t offered_ip_addr;
  ip4_addr_t offered_sn_mask;
  ip4_addr_t offered_gw_addr;

  u32_t offered_t0_lease;
  u32_t offered_t1_renew;
  u32_t offered_t2_rebind;
#if LWIP_DHCP_DOES_ACD_CHECK
  struct acd acd;
#endif
};

struct dhcp_msg 则是线上 DHCP message 的 C 视图：S3

c 复制代码 
struct dhcp_msg
{
  PACK_STRUCT_FLD_8(u8_t op);
  PACK_STRUCT_FLD_8(u8_t htype);
  PACK_STRUCT_FLD_8(u8_t hlen);
  PACK_STRUCT_FLD_8(u8_t hops);
  PACK_STRUCT_FIELD(u32_t xid);
  PACK_STRUCT_FIELD(u16_t secs);
  PACK_STRUCT_FIELD(u16_t flags);
  PACK_STRUCT_FLD_S(ip4_addr_p_t ciaddr);
  PACK_STRUCT_FLD_S(ip4_addr_p_t yiaddr);
  PACK_STRUCT_FLD_S(ip4_addr_p_t siaddr);
  PACK_STRUCT_FLD_S(ip4_addr_p_t giaddr);
  PACK_STRUCT_FLD_8(u8_t chaddr[DHCP_CHADDR_LEN]);
  PACK_STRUCT_FLD_8(u8_t sname[DHCP_SNAME_LEN]);
  PACK_STRUCT_FLD_8(u8_t file[DHCP_FILE_LEN]);
  PACK_STRUCT_FIELD(u32_t cookie);
  PACK_STRUCT_FLD_8(u8_t options[DHCP_OPTIONS_LEN]);
};

因此一份 OFFER 中的 yiaddr 会先进入 struct dhcp_msg，再由 dhcp_handle_offer() 保存到长期状态 dhcp->offered_ip_addr。

4. 进入 dhcp_start()：先准备 UDP PCB，再决定现在能不能 DISCOVER

test_netif_init() 调用 dhcp_start(netif_default) 后进入 DHCP Core。函数首先要求接口已经 administratively up：S4

c 复制代码 
err_t
dhcp_start(struct netif *netif)
{
  struct dhcp *dhcp;
  err_t result;
  u8_t saved_flags;

  LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();
  LWIP_ERROR("netif != NULL", (netif != NULL), return ERR_ARG;);
  LWIP_ERROR("netif is not up, old style port?", netif_is_up(netif), return ERR_ARG;);
  dhcp = netif_dhcp_data(netif);

  if (netif->mtu < DHCP_MAX_MSG_LEN_MIN_REQUIRED) {
    return ERR_MEM;
  }

当前 example 已有静态 struct dhcp，所以 object 分支会复用它。继续阅读 dhcp_start()：随后函数取得 DHCP UDP PCB 的引用，并区分 link state：S4

c 复制代码 
  if (dhcp_inc_pcb_refcount() != ERR_OK) {
    return ERR_MEM;
  }
  dhcp->pcb_allocated = 1;

  if (!netif_is_link_up(netif)) {
    dhcp_set_state(dhcp, DHCP_STATE_INIT);
    return ERR_OK;
  }

  result = dhcp_discover(netif);
  if (result != ERR_OK) {
    dhcp_release_and_stop(netif);
    return ERR_MEM;
  }
  return result;
}

这正好把前面的术语落到源码：

text 复制代码 
administrative up
  -> dhcp_start() 可以启动

link down
  -> state = INIT
  -> 还不能发 DISCOVER

link up
  -> dhcp_discover()

5. dhcp_inc_pcb_refcount()：DHCP 继续使用 Stage 5 的 UDP Raw API

dhcp_start() 的直接子调用是 dhcp_inc_pcb_refcount()。第一次 DHCP client 启动时，它创建共享 UDP PCB，并注册 receive callback。S4

c 复制代码 
static err_t
dhcp_inc_pcb_refcount(void)
{
  if (dhcp_pcb_refcount == 0) {
    LWIP_ASSERT("dhcp_inc_pcb_refcount(): memory leak", dhcp_pcb == NULL);

    dhcp_pcb = udp_new();

    if (dhcp_pcb == NULL) {
      return ERR_MEM;
    }

    ip_set_option(dhcp_pcb, SOF_BROADCAST);

    udp_bind(dhcp_pcb, IP4_ADDR_ANY, LWIP_IANA_PORT_DHCP_CLIENT);
    udp_connect(dhcp_pcb, IP4_ADDR_ANY, LWIP_IANA_PORT_DHCP_SERVER);
    udp_recv(dhcp_pcb, dhcp_recv, NULL);
  }

  dhcp_pcb_refcount++;
  return ERR_OK;
}

调用链是：
#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 p{margin:0;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .label text,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node rect,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node circle,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node ellipse,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node polygon,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .rough-node .label text,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node .label text,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .image-shape .label,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .rough-node .label,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node .label,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .image-shape .label,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .icon-shape,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .icon-shape p,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-rBeFS1hBv1CxQjR1 :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} dhcp_start()
dhcp_inc_pcb_refcount()
udp_new()
udp_bind(): local 68
udp_connect(): remote 67
udp_recv(..., dhcp_recv, NULL)

struct dhcp 是 per-netif 状态；当前 DHCP UDP PCB 则由模块共享并通过 refcount 管理。S4

6. 进入 dhcp_discover()：SELECTING 与第一次真实广播

Link 已经 up 时，dhcp_start() 直接进入 dhcp_discover()。函数先把状态变成 SELECTING，再构造 DISCOVER：S4

c 复制代码 
static err_t
dhcp_discover(struct netif *netif)
{
  struct dhcp *dhcp = netif_dhcp_data(netif);
  err_t result = ERR_OK;
  u16_t msecs;
  u8_t i;
  struct pbuf *p_out;
  u16_t options_out_len;

  ip4_addr_set_any(&dhcp->offered_ip_addr);
  dhcp_set_state(dhcp, DHCP_STATE_SELECTING);
  p_out = dhcp_create_msg(netif, dhcp, DHCP_DISCOVER, &options_out_len);

继续阅读 dhcp_discover() 的发送点：S4

c 复制代码 
    udp_sendto_if_src(dhcp_pcb, p_out, IP_ADDR_BROADCAST,
                      LWIP_IANA_PORT_DHCP_SERVER, netif, IP4_ADDR_ANY);
    pbuf_free(p_out);

这条调用的线上语义是：

text 复制代码 
Ethernet dst = ff:ff:ff:ff:ff:ff
IPv4 src     = 0.0.0.0
IPv4 dst     = 255.255.255.255
UDP src      = 68
UDP dst      = 67
DHCP type    = DISCOVER

最终成功 PCAP 的 Frame 1 与这条源码完全对应：S10

text 复制代码 
Frame 1
0.000000 s
02:12:34:56:78:ab -> ff:ff:ff:ff:ff:ff
0.0.0.0:68 -> 255.255.255.255:67
DHCPDISCOVER
xid = 0x61cd4c18

7. dhcp_create_msg()：transaction ID、Client MAC 与 pbuf

dhcp_discover() 直接调用 dhcp_create_msg()。进入该函数可以看到 DHCP message 本身仍然放在普通 pbuf 中：S4

c 复制代码 
  p_out = pbuf_alloc(PBUF_TRANSPORT, sizeof(struct dhcp_msg), PBUF_RAM);
  if (p_out == NULL) {
    return NULL;
  }

  if ((message_type != DHCP_REQUEST) || (dhcp->state == DHCP_STATE_REBOOTING)) {
    if (dhcp->tries == 0) {
#if DHCP_CREATE_RAND_XID && defined(LWIP_RAND)
      xid = LWIP_RAND();
#else
      xid++;
#endif
    }
    dhcp->xid = xid;
  }

  msg_out = (struct dhcp_msg *)p_out->payload;
  memset(msg_out, 0, sizeof(struct dhcp_msg));

  msg_out->op = DHCP_BOOTREQUEST;
  msg_out->htype = LWIP_IANA_HWTYPE_ETHERNET;
  msg_out->hlen = netif->hwaddr_len;
  msg_out->xid = lwip_htonl(dhcp->xid);

这里建立：

text 复制代码 
pbuf
  -> payload
  -> struct dhcp_msg
  -> xid / chaddr / options

成功 PCAP 的 DISCOVER、OFFER、REQUEST、ACK 四个 packet 使用相同 xid=0x61cd4c18，说明它们属于同一 transaction。S10

8. OFFER 怎么进入 dhcp_recv()：callback 在第 5 节已经注册

DHCPOFFER 返回后仍走前面已经建立的 RX 链：
#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx p{margin:0;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .label text,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node rect,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node circle,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node ellipse,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node polygon,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .rough-node .label text,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node .label text,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .image-shape .label,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .rough-node .label,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node .label,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .image-shape .label,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .icon-shape,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .icon-shape p,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-e8xD141InojMehrx :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} Ethernet RX
ethernet_input()
ip4_input()
Protocol = UDP
udp_input()
匹配 dhcp_pcb / local port 68
pcb->recv() -> dhcp_recv()

Stage 5 已经完整讲过 UDP PCB demultiplex，本篇只保留最小桥接。udp_input() 调用已注册的 callback 后，callback 接管 pbuf ownership。S7

c 复制代码 
if (pcb->recv != NULL) {
  pcb->recv(pcb->recv_arg, pcb, p, ip_current_src_addr(), src);
} else {
  pbuf_free(p);
  goto end;
}

8.1 进入 dhcp_recv()：不是看到 UDP 67/68 就直接接受

下面是 dhcp_recv() 的第一段上游连续源码片段：S4

c 复制代码 
static void
dhcp_recv(void *arg, struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p,
          const ip_addr_t *addr, u16_t port)
{
  struct netif *netif = ip_current_input_netif();
  struct dhcp *dhcp = netif_dhcp_data(netif);
  struct dhcp_msg *reply_msg = (struct dhcp_msg *)p->payload;
  u8_t msg_type;
  u8_t i;
  struct dhcp_msg *msg_in;

  LWIP_UNUSED_ARG(arg);

  if ((dhcp == NULL) || (dhcp->pcb_allocated == 0)) {
    goto free_pbuf_and_return;
  }

继续阅读同一个 dhcp_recv()，它先检查 packet 是否属于当前 client transaction：S4

c 复制代码 
  if (p->len < DHCP_MIN_REPLY_LEN) {
    goto free_pbuf_and_return;
  }

  if (reply_msg->op != DHCP_BOOTREPLY) {
    goto free_pbuf_and_return;
  }

  for (i = 0; i < netif->hwaddr_len &&
       i < LWIP_MIN(DHCP_CHADDR_LEN, NETIF_MAX_HWADDR_LEN); i++) {
    if (netif->hwaddr[i] != reply_msg->chaddr[i]) {
      goto free_pbuf_and_return;
    }
  }

  if (lwip_ntohl(reply_msg->xid) != dhcp->xid) {
    goto free_pbuf_and_return;
  }

因此至少同时验证：

text 复制代码 
BOOTREPLY
Client hardware address
Transaction ID
DHCP options

9. Frame 2 DHCPOFFER：dhcp_handle_offer() 保存候选地址，再进入 dhcp_select()

最终成功 PCAP 的 Frame 2 只比 DISCOVER 晚约 0.249 ms，这是本地 TAP + 本地 dnsmasq 的实验结果，不应泛化为真实 LAN/WAN 的固定 DHCP 延迟。S10

text 复制代码 
Frame 2
0.000249 s
Server MAC = 0e:df:2b:29:78:22
198.18.0.1:67 -> 198.18.0.149:68
DHCPOFFER
xid         = 0x61cd4c18
yiaddr      = 198.18.0.149
Server ID   = 198.18.0.1
Subnet Mask = 255.255.255.0
Router      = 198.18.0.1
Lease       = 3600 s
T1          = 1800 s
T2          = 3150 s

9.1 一个抓包细节：本机还是 0.0.0.0，为什么 OFFER 的 IPv4 目的地址可以是 198.18.0.149？

Frame 2 的 IPv4 destination 是候选地址 198.18.0.149，但此时 example_app 日志仍显示本地 IPv4 为 0.0.0.0。S10S12 这不是抓包矛盾。

当前 ip4_input() 对 DHCP client 有一个明确的 link-layer-addressed 特例：当普通 IPv4 destination 匹配没有找到本地 netif 时，如果 packet 是 UDP 且目的端口为 DHCP client 端口 68，就允许该 packet 使用当前 ingress netif 继续进入 UDP。S13

c 复制代码 
#if LWIP_DHCP
#define IP_ACCEPT_LINK_LAYER_ADDRESSED_PORT(port) \
  ((port) == PP_NTOHS(LWIP_IANA_PORT_DHCP_CLIENT))
#endif

继续阅读 ip4_input() 对这类 packet 的接收分支：S13

c 复制代码 
  if (netif == NULL) {
    if (IPH_PROTO(iphdr) == IP_PROTO_UDP) {
      const struct udp_hdr *udphdr =
        (const struct udp_hdr *)((const u8_t *)iphdr + iphdr_hlen);
      if (IP_ACCEPT_LINK_LAYER_ADDRESSED_PORT(udphdr->dest)) {
        netif = inp;
        check_ip_src = 0;
      }
    }
  }

所以 Frame 2/4 能在地址正式 bind 前到达 dhcp_recv()，依赖的是 Ethernet 已经把报文送到本机 MAC，加上 lwIP 对 DHCP client UDP 68 的 IPv4 输入特例。

dhcp_recv() 只有在当前状态为 SELECTING 时接受 OFFER，并调用 dhcp_handle_offer()。S4

c 复制代码 
  else if ((msg_type == DHCP_OFFER) &&
           (dhcp->state == DHCP_STATE_SELECTING)) {
    dhcp_handle_offer(netif, msg_in);
  }

进入 dhcp_handle_offer()：S4

c 复制代码 
static void
dhcp_handle_offer(struct netif *netif, struct dhcp_msg *msg_in)
{
  struct dhcp *dhcp = netif_dhcp_data(netif);

  if (dhcp_option_given(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_SERVER_ID)) {
    dhcp->request_timeout = 0;

    ip_addr_set_ip4_u32(&dhcp->server_ip_addr,
      lwip_htonl(dhcp_get_option_value(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_SERVER_ID)));

    ip4_addr_copy(dhcp->offered_ip_addr, msg_in->yiaddr);

    dhcp_select(netif);
  }
}

函数直接保存：

text 复制代码 
server_ip_addr  = 198.18.0.1
offered_ip_addr = 198.18.0.149

然后直接进入 dhcp_select()。

10. Frame 3 DHCPREQUEST：dhcp_select() 明确选择地址与 Server

进入 dhcp_select() 后，state 先变成 REQUESTING：S4

c 复制代码 
static err_t
dhcp_select(struct netif *netif)
{
  struct dhcp *dhcp;
  err_t result;
  u16_t msecs;
  u8_t i;
  struct pbuf *p_out;
  u16_t options_out_len;

  dhcp = netif_dhcp_data(netif);
  dhcp_set_state(dhcp, DHCP_STATE_REQUESTING);

  p_out = dhcp_create_msg(netif, dhcp, DHCP_REQUEST, &options_out_len);

继续阅读 dhcp_select()，当前 REQUEST 会携带 Requested IP 和 Server Identifier：S4S6

c 复制代码 
    options_out_len = dhcp_option(options_out_len, msg_out->options,
                                  DHCP_OPTION_REQUESTED_IP, 4);
    options_out_len = dhcp_option_long(options_out_len, msg_out->options,
      lwip_ntohl(ip4_addr_get_u32(&dhcp->offered_ip_addr)));

    options_out_len = dhcp_option(options_out_len, msg_out->options,
                                  DHCP_OPTION_SERVER_ID, 4);
    options_out_len = dhcp_option_long(options_out_len, msg_out->options,
      lwip_ntohl(ip4_addr_get_u32(ip_2_ip4(&dhcp->server_ip_addr))));

Frame 3 正好显示：S10

text 复制代码 
DHCPREQUEST
Requested IP = 198.18.0.149
Server ID    = 198.18.0.1
xid          = 0x61cd4c18

11. Frame 4 DHCPACK：收到 ACK 仍不等于地址已经正式可用

Frame 4 在约 2.707 ms 到达：S10

text 复制代码 
DHCPACK
yiaddr      = 198.18.0.149
Subnet Mask = 255.255.255.0
Router      = 198.18.0.1
Lease       = 3600 s
T1          = 1800 s
T2          = 3150 s

当前 dhcp_recv() 对 REQUESTING/REBOOTING 收到 ACK 的路径是：S4

c 复制代码 
  if (msg_type == DHCP_ACK) {
    if ((dhcp->state == DHCP_STATE_REQUESTING) ||
        (dhcp->state == DHCP_STATE_REBOOTING)) {
      dhcp_handle_ack(netif, msg_in);
#if LWIP_DHCP_DOES_ACD_CHECK
      if ((netif->flags & NETIF_FLAG_ETHARP) != 0) {
        dhcp_check(netif);
      } else {
        dhcp_bind(netif);
      }
#else
      dhcp_bind(netif);
#endif
    }

这段代码直接证明：Ethernet + ACD 配置下，ACK 后先 dhcp_check()，不是立刻 dhcp_bind()。

11.1 dhcp_handle_ack()：把 lease、T1、T2、mask、gateway 存进长期状态

进入 dhcp_handle_ack()，当前实现读取 lease/T1/T2；若 server 没给 T1/T2，则分别使用 lease 的 1/2 和 7/8。S4S6

c 复制代码 
  if (dhcp_option_given(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_LEASE_TIME)) {
    dhcp->offered_t0_lease =
      dhcp_get_option_value(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_LEASE_TIME);
  }

  if (dhcp_option_given(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_T1)) {
    dhcp->offered_t1_renew = dhcp_get_option_value(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_T1);
  } else {
    dhcp->offered_t1_renew = dhcp->offered_t0_lease / 2;
  }

  if (dhcp_option_given(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_T2)) {
    dhcp->offered_t2_rebind = dhcp_get_option_value(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_T2);
  } else {
    dhcp->offered_t2_rebind = (dhcp->offered_t0_lease * 7U) / 8U;
  }

继续阅读 dhcp_handle_ack()，subnet mask 与 gateway 也先保存到 struct dhcp，还没有写入 netif：S4

c 复制代码 
  if (dhcp_option_given(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_SUBNET_MASK)) {
    ip4_addr_set_u32(&dhcp->offered_sn_mask,
      lwip_htonl(dhcp_get_option_value(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_SUBNET_MASK)));
    dhcp->flags |= DHCP_FLAG_SUBNET_MASK_GIVEN;
  } else {
    dhcp->flags &= ~DHCP_FLAG_SUBNET_MASK_GIVEN;
  }

  if (dhcp_option_given(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_ROUTER)) {
    ip4_addr_set_u32(&dhcp->offered_gw_addr,
      lwip_htonl(dhcp_get_option_value(dhcp, DHCP_OPTION_IDX_ROUTER)));
  }

12. 进入 dhcp_check()：从 DHCP state machine 切到 ACD state machine

dhcp_recv() 的 call site 已经明确出现，下面进入 dhcp_check()：S4

c 复制代码 
static void
dhcp_check(struct netif *netif)
{
  struct dhcp *dhcp = netif_dhcp_data(netif);

  dhcp_set_state(dhcp, DHCP_STATE_CHECKING);
  acd_start(netif, &dhcp->acd, dhcp->offered_ip_addr);
}

这一步把 DHCP 客户端状态从 REQUESTING 切到 CHECKING，然后把候选地址 198.18.0.149 交给 ACD。S10

12.1 进入 acd_start()：先进入 PROBE_WAIT

acd_start() 初始化 ACD object：S5

c 复制代码 
err_t
acd_start(struct netif *netif, struct acd *acd, ip4_addr_t ipaddr)
{
  err_t result = ERR_OK;

  acd->sent_num = 0;
  acd->lastconflict = 0;
  ip4_addr_copy(acd->ipaddr, ipaddr);
  acd->state = ACD_STATE_PROBE_WAIT;
  acd->ttw = (u16_t)(ACD_RANDOM_PROBE_WAIT(netif, acd));

  return result;
}

当前 ACD 参数为：S5

c 复制代码 
#define PROBE_WAIT           1
#define PROBE_MIN            1
#define PROBE_MAX            2
#define PROBE_NUM            3
#define ANNOUNCE_NUM         2
#define ANNOUNCE_INTERVAL    2
#define ANNOUNCE_WAIT        2

ACD timer tick 为 100 ms。S5

13. Frames 5～7：真实 PCAP 精确验证了 3 个 ARP Probe

成功 PCAP 中的三个 Probe：S10

Frame 相对时间 Sender IP Target IP 含义
5 0.300280 s 0.0.0.0 198.18.0.149 Probe #1
6 1.400353 s 0.0.0.0 198.18.0.149 Probe #2
7 3.300526 s 0.0.0.0 198.18.0.149 Probe #3

三个包都是：

text 复制代码 
Ethernet dst = ff:ff:ff:ff:ff:ff
ARP op       = Request
Sender MAC   = 02:12:34:56:78:ab
Sender IP    = 0.0.0.0
Target MAC   = 00:00:00:00:00:00
Target IP    = 198.18.0.149

SPA=0.0.0.0 很重要：Probe 的含义不是"本机已经是 198.18.0.149"，而是"在正式声明该地址前，先确认是否有人正在使用它"。S8

13.1 acd_tmr() 为什么正好发送 3 个 Probe

进入 acd_tmr() 的 PROBING 分支：S5

c 复制代码 
        case ACD_STATE_PROBE_WAIT:
        case ACD_STATE_PROBING:
          if (acd->ttw == 0) {
            acd->state = ACD_STATE_PROBING;
            etharp_acd_probe(netif, &acd->ipaddr);
            acd->sent_num++;
            if (acd->sent_num >= PROBE_NUM) {
              acd->state = ACD_STATE_ANNOUNCE_WAIT;
              acd->sent_num = 0;
              acd->ttw = (u16_t)(ANNOUNCE_WAIT * ACD_TICKS_PER_SECOND);
            } else {
              acd->ttw = (u16_t)(ACD_RANDOM_PROBE_INTERVAL(netif, acd));
            }
          }

PCAP 时间与这些参数对应得非常清楚：S5S10

text 复制代码 
ACK -> Probe #1 约 0.298 s
Probe #1 -> #2 约 1.100 s
Probe #2 -> #3 约 1.900 s

首次等待落在 0～1 s，后续两次间隔落在 1～2 s。

13.2 etharp_acd_probe() 为什么线上看到 0.0.0.0 -> candidate IP

acd_tmr() 调用 etharp_acd_probe()；这个函数明确把 sender IP 写成 ANY，把 target IP 写成候选地址：S5

c 复制代码 
err_t
etharp_acd_probe(struct netif *netif, const ip4_addr_t *ipaddr)
{
  return etharp_raw(netif, (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &ethbroadcast,
                    (struct eth_addr *)netif->hwaddr, IP4_ADDR_ANY4, &ethzero,
                    ipaddr, ARP_REQUEST);
}

因此 Probe packet 与源码字段一一对应。

14. Frames 8 和 11：两次 ARP Announcement

第三个 Probe 后约 2 秒，PCAP 出现第一次 Announcement；再过约 2 秒出现第二次：S10

Frame 相对时间 Sender IP Target IP
8 5.299620 s 198.18.0.149 198.18.0.149
11 7.300124 s 198.18.0.149 198.18.0.149

与 Probe 最大的区别是：

text 复制代码 
Probe
  SPA = 0.0.0.0
  TPA = 198.18.0.149

Announcement
  SPA = 198.18.0.149
  TPA = 198.18.0.149

etharp_acd_announce() 的参数正是这个结构：S5

c 复制代码 
err_t
etharp_acd_announce(struct netif *netif, const ip4_addr_t *ipaddr)
{
  return etharp_raw(netif, (struct eth_addr *)netif->hwaddr, &ethbroadcast,
                    (struct eth_addr *)netif->hwaddr, ipaddr, &ethzero,
                    ipaddr, ARP_REQUEST);
}

14.1 第二次 Announcement 后才回调 ACD_IP_OK

继续阅读 acd_tmr() 的 ANNOUNCING 分支：S5

c 复制代码 
            etharp_acd_announce(netif, &acd->ipaddr);
            acd->ttw = ANNOUNCE_INTERVAL * ACD_TICKS_PER_SECOND;
            acd->sent_num++;

            if (acd->sent_num >= ANNOUNCE_NUM) {
              acd->state = ACD_STATE_ONGOING;
              acd->sent_num = 0;
              acd->ttw = 0;
              acd->acd_conflict_callback(netif, ACD_IP_OK);
            }

所以当前实现的成功时序是：
#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS p{margin:0;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS defs #statediagram-barbEnd{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS g.stateGroup text{fill:#9370DB;stroke:none;font-size:10px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS g.stateGroup text{fill:#333;stroke:none;font-size:10px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS g.stateGroup .state-title{font-weight:bolder;fill:#131300;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS g.stateGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS g.stateGroup line{stroke:#333333;stroke-width:1;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS 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.edgeLabel{color:#333;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .stateLabel text{fill:#131300;font-size:10px;font-weight:bold;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .node circle.state-start{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .node .fork-join{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .node circle.state-end{fill:#9370DB;stroke:white;stroke-width:1.5;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .end-state-inner{fill:white;stroke-width:1.5;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .node rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .node polygon{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS #statediagram-barbEnd{fill:#333333;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-cluster rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .cluster-label,#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .nodeLabel{color:#131300;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-cluster rect.outer{rx:5px;ry:5px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-state .divider{stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-state .title-state{rx:5px;ry:5px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-cluster.statediagram-cluster .inner{fill:white;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-cluster.statediagram-cluster-alt .inner{fill:#f0f0f0;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-cluster .inner{rx:0;ry:0;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-state rect.basic{rx:5px;ry:5px;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-state rect.divider{stroke-dasharray:10,10;fill:#f0f0f0;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .note-edge{stroke-dasharray:5;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-note rect{fill:#fff5ad;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;rx:0;ry:0;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-note rect{fill:#fff5ad;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;rx:0;ry:0;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-note text{fill:black;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram-note .nodeLabel{color:black;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagram .edgeLabel{color:red;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS #dependencyStart,#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS #dependencyEnd{fill:#333333;stroke:#333333;stroke-width:1;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS .statediagramTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-i8BV60zYjg7i6inS :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} dhcp_check() -> acd_start()
ttw == 0
Probe #1 / #2
Probe #3
wait 2 s
Announcement #1
Announcement #2
ACD_IP_OK -> dhcp_bind()
CHECKING
PROBE_WAIT
PROBING
ANNOUNCE_WAIT
ANNOUNCING
ONGOING
BOUND

15. ACD_IP_OK 返回 DHCP：dhcp_conflict_callback() 直接调用 dhcp_bind()

ACD 成功后通过注册的 conflict callback 回到 DHCP。当前 dhcp_conflict_callback() 的成功分支只有一件关键事情：S4

c 复制代码 
  switch (state) {
    case ACD_IP_OK:
      dhcp_bind(netif);
      break;

所以函数切换是：

text 复制代码 
acd_tmr()
  -> acd_conflict_callback(..., ACD_IP_OK)
  -> dhcp_conflict_callback()
  -> dhcp_bind()

16. 进入 dhcp_bind()：到这里 netif 才真正获得 IPv4 配置

dhcp_bind() 先把 Server 给出的 seconds 转换成 coarse timer 使用的 tick，并保存 T0/T1/T2 runtime counter。S4

函数结尾才真正落到 netif：S4

c 复制代码 
  ip4_addr_copy(gw_addr, dhcp->offered_gw_addr);

  dhcp_set_state(dhcp, DHCP_STATE_BOUND);

  netif_set_addr(netif, &dhcp->offered_ip_addr, &sn_mask, &gw_addr);

这解释了实验日志为什么先出现两次 0.0.0.0，最后才出现租约地址：S12

text 复制代码 
Starting lwIP, local interface IP is dhcp-enabled
ip6 linklocal address: FE80::12:34FF:FE56:78AB
status_callback==UP, local interface IP is 0.0.0.0
status_callback==UP, local interface IP is 0.0.0.0
status_callback==UP, local interface IP is 198.18.0.149

前两个 UP 不能读成"DHCP 已经成功"，它们只表示 netif 的软件状态发生 callback，此时 IPv4 仍是 0.0.0.0。最终 198.18.0.149 才证明地址已经落入接口。

17. Frames 9～13：抓包还能证明"ACD 完成前后 ARP 行为真的不同"

这组 packet 是本次实验最有价值的部分，因为它不仅证明有 ACD，还能观察地址从"候选"变为"正式使用"的边界。S10

PCAP 中 Host 198.18.0.1 在第一次 Announcement 后开始询问 198.18.0.149：

Frame 时间 内容 Client 是否 Reply
9 5.391489 s Host ARP Request: who has 198.18.0.149 没有
10 6.415773 s Host 再次 ARP Request 没有
11 7.300124 s Client 第二次 Announcement ACD 完成
12 7.439850 s Host 第三次 ARP Request ---
13 7.439926 s Client ARP Reply 有

Frame 13 明确回答：S10

text 复制代码 
198.18.0.149 is at 02:12:34:56:78:ab

Frame 12 到 Frame 13 只约 76 us。结合 acd_tmr() 在第二次 Announcement 后同步触发 ACD_IP_OK -> dhcp_bind() -> netif_set_addr() 的源码，可以形成以下证据链：S4S5S10

text 复制代码 
第一次 Announcement 后
  -> Host 询问 198.18.0.149
  -> Client 没有作为正式地址响应

第二次 Announcement
  -> ACD_IP_OK
  -> dhcp_bind()
  -> netif_set_addr()

Host 再询问 198.18.0.149
  -> Client 立即 ARP Reply

这里需要严格限定证据含义：PCAP 直接证明前两次 Host ARP Request 没有看到 Client Reply、第二次 Announcement 后看到了 Reply；把这个现象与 ACD_IP_OK -> dhcp_bind() 的当前源码路径对应，是基于源码与抓包共同形成的实现层分析，不应写成所有 DHCP Client 的通用协议要求。

18. 本次成功实验的 13 帧总时间线

将协议、源码和状态放在一起：S4S5S10

Frame 相对时间 线上事件 lwIP 关键函数/状态
1 0.000000 DHCPDISCOVER dhcp_discover() / SELECTING
2 0.000249 DHCPOFFER 198.18.0.149 dhcp_recv() → dhcp_handle_offer()
3 0.000920 DHCPREQUEST dhcp_select() / REQUESTING
4 0.002707 DHCPACK dhcp_handle_ack() → dhcp_check() / CHECKING
5 0.300280 ARP Probe #1 acd_tmr() → etharp_acd_probe()
6 1.400353 ARP Probe #2 ACD PROBING
7 3.300526 ARP Probe #3 PROBING → ANNOUNCE_WAIT
8 5.299620 ARP Announcement #1 ACD ANNOUNCING
9 5.391489 Host ARP Request ACD 尚未完成
10 6.415773 Host ARP Request ACD 尚未完成
11 7.300124 ARP Announcement #2 ACD_IP_OK → dhcp_bind()
12 7.439850 Host ARP Request netif 已绑定地址
13 7.439926 ARP Reply 198.18.0.149 正常参与 ARP

这份抓包已经足够把"DORA → ACD → BOUND → 地址真正参与二层邻居解析"完整闭环。

19. 一份失败抓包反而把 DHCP 重传 Timer 证明得更清楚

实验过程中还保留了一份没有运行 DHCP Server 时的 PCAP：assets/stage13-dhcp-no-server.pcap。它只有 5 个 DHCPDISCOVER，没有任何 OFFER 或 ARP。S11

Frame 相对时间 DHCP XID
1 0.000000 s DISCOVER 0x48968f4a
2 1.999799 s DISCOVER 0x48968f4a
3 5.999137 s DISCOVER 0x48968f4a
4 13.999329 s DISCOVER 0x48968f4a
5 30.000045 s DISCOVER 0x48968f4a

相邻间隔约：

text 复制代码 
2 s
4 s
8 s
16 s

这不是 dhcp_fine_tmr() 每 500 ms 就发送一次 DISCOVER。500 ms 只是 timeout scheduler 的细粒度 tick；真正的 DISCOVER 重试 deadline 由 dhcp_discover() 中的 backoff 计算得到。S4S11

当前实现定义：S4

c 复制代码 
#define DHCP_REQUEST_BACKOFF_SEQUENCE(tries) \
  (u16_t)(((tries) < 6 ? 1 << (tries) : 60) * 1000)

继续阅读 dhcp_discover() 结尾：S4

c 复制代码 
  if (dhcp->tries < 255) {
    dhcp->tries++;
  }
  msecs = DHCP_REQUEST_BACKOFF_SEQUENCE(dhcp->tries);
  dhcp->request_timeout =
    (u16_t)((msecs + DHCP_FINE_TIMER_MSECS - 1) / DHCP_FINE_TIMER_MSECS);
  return result;

于是抓包中的 2 → 4 → 8 → 16 s 与当前源码 backoff 精确对应。

20. DHCP Timer 与 Stage 9 的 TCP Timer 有什么不同

Stage 9 的 TCP timer 是特殊的按 active/TIME-WAIT PCB 按需启动。DHCP 则直接出现在 lwip_cyclic_timers[] 中，只要 LWIP_DHCP=1，sys_timeouts_init() 会注册 fine/coarse 周期 timer。S9

c 复制代码 
#if LWIP_DHCP
  {DHCP_COARSE_TIMER_MSECS, HANDLER(dhcp_coarse_tmr)},
  {DHCP_FINE_TIMER_MSECS, HANDLER(dhcp_fine_tmr)},
#endif /* LWIP_DHCP */

周期是：S3

text 复制代码 
dhcp_fine_tmr()   = 500 ms
dhcp_coarse_tmr() = 60 s

20.1 dhcp_fine_tmr()：短期 transaction retry

上游连续源码片段：S4

c 复制代码 
void
dhcp_fine_tmr(void)
{
  struct netif *netif;
  NETIF_FOREACH(netif) {
    struct dhcp *dhcp = netif_dhcp_data(netif);
    if (dhcp != NULL) {
      if (dhcp->request_timeout > 1) {
        dhcp->request_timeout--;
      } else if (dhcp->request_timeout == 1) {
        dhcp->request_timeout--;
        dhcp_timeout(netif);
      }
    }
  }
}

因此 500 ms 是 countdown 单位，不是线上报文周期。

20.2 dhcp_coarse_tmr()：租约 T1/T2/T0 生命周期

上游连续源码片段：S4

c 复制代码 
void
dhcp_coarse_tmr(void)
{
  struct netif *netif;
  NETIF_FOREACH(netif) {
    struct dhcp *dhcp = netif_dhcp_data(netif);
    if ((dhcp != NULL) && (dhcp->state != DHCP_STATE_OFF)) {
      if (dhcp->t0_timeout && (++dhcp->lease_used == dhcp->t0_timeout)) {
        dhcp_release_and_stop(netif);
        dhcp_start(netif);
      } else if (dhcp->t2_rebind_time &&
                 (dhcp->t2_rebind_time-- == 1)) {
        dhcp_t2_timeout(netif);
      } else if (dhcp->t1_renew_time &&
                 (dhcp->t1_renew_time-- == 1)) {
        dhcp_t1_timeout(netif);
      }
    }
  }
}

21. RFC 2131 的 T1/T2 在 lwIP 中分别落到哪条发送路径

RFC 2131 已经定义 T1/T2 对应的 Renew/Rebind 行为，本篇不再重复解释协议理由，只看它们在 lwIP 的发送目标如何落地。S6 T1 到期后进入 dhcp_renew()，state 变成 RENEWING；当前实现向原 DHCP Server 发送 REQUEST。S4

c 复制代码 
    result = udp_sendto_if(dhcp_pcb, p_out,
                           &dhcp->server_ip_addr,
                           LWIP_IANA_PORT_DHCP_SERVER,
                           netif);
    pbuf_free(p_out);

T2 到期后进入 dhcp_rebind() 并切换到 REBINDING；继续阅读 dhcp_rebind()，发送目标改成 broadcast：S4S6

c 复制代码 
    result = udp_sendto_if(dhcp_pcb, p_out,
                           IP_ADDR_BROADCAST,
                           LWIP_IANA_PORT_DHCP_SERVER,
                           netif);
    pbuf_free(p_out);

因此：

text 复制代码 
RENEWING
  -> 仍优先联系原 DHCP Server

REBINDING
  -> 不再只依赖原 Server
  -> 广播 DHCPREQUEST

本文实验 lease 为 3600 s、T1 为 1800 s、T2 为 3150 s。由于本次抓包只持续约 7.44 s，没有实际等待 30/52.5 分钟，因此 RENEWING/REBINDING 的线上 packet 尚未在本次 PCAP 中实测；这部分结论来自当前源码和 RFC，而不是本次实验结果。S4S6S10

22. 本次实验怎样复现

Host 使用 Stage 2 网络：lwip0=198.18.0.1/24，DHCP pool 为 198.18.0.100~199。本次实际使用 dnsmasq 2.91。S12

启动 DHCP Server：

sh 复制代码 
sudo dnsmasq \
  --no-daemon --conf-file= --port=0 \
  --interface=lwip0 --bind-interfaces --dhcp-authoritative \
  --dhcp-range=198.18.0.100,198.18.0.199,255.255.255.0,1h \
  --dhcp-option=3,198.18.0.1 \
  --dhcp-leasefile=/tmp/lwip-source-lab-dhcp.leases

抓 DORA 与 ACD：

sh 复制代码 
sudo tcpdump -i lwip0 -nn -e -vvv -s 0 -U \
  -w captures/stage13-dhcp-acd.pcap \
  'arp or udp port 67 or udp port 68'

运行 example：

sh 复制代码 
PRECONFIGURED_TAPIF=lwip0 \
./build/example/contrib/ports/unix/example_app/example_app

本项目保存了最终 PCAP assets/stage13-dhcp-acd.pcap 和关键控制台日志 assets/stage13-dhcp-success.log。S10S12

成功日志最终出现：

text 复制代码 
status_callback==UP, local interface IP is 198.18.0.149

23. 把 Stage 13 收束成一张运行图

#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk p{margin:0;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .label text,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node rect,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node circle,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node ellipse,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node polygon,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .rough-node .label text,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node .label text,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .image-shape .label,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .rough-node .label,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node .label,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .image-shape .label,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .icon-shape,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .icon-shape p,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-0fMVBCKQX7MSiWkk :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} test_netif_init()
dhcp_set_struct()
dhcp_start()
dhcp_discover(): SELECTING
DHCPDISCOVER
DHCPOFFER
dhcp_recv() -> dhcp_handle_offer()
dhcp_select(): REQUESTING
DHCPREQUEST
DHCPACK
dhcp_handle_ack()
dhcp_check(): CHECKING
ACD: 3 Probe + 2 Announcement
ACD_IP_OK
dhcp_bind(): BOUND
netif_set_addr()
T1 RENEWING / T2 REBINDING

这篇真正需要建立的记忆不是"四个 DHCP 报文名称"，而是：

DHCP Client 是挂在 netif 上的长期状态对象；UDP callback 把响应交给它，fine/coarse Timer 在没有 packet 时继续推动状态机，ACD 在 ACK 后确认候选地址没有冲突，最后 dhcp_bind() 才把 IP、subnet mask 和 gateway 真正落到 netif。

下一篇进入 DNS 时，就可以从本篇已经出现的交叉点继续：DHCPACK 可以携带 DNS Server option，但 hostname query、cache、UDP query 与 dns_recv() 是另一条独立主线。

资料来源

S1 lwIP upstream example_app DHCP 入口

  • 类型：目标版本上游源码
  • 版本：d08f4773edd0182b7910fc8f046eed82ffcd67c9
  • URL/文档：contrib/examples/example_app/test.c
  • 使用位置：真实入口、静态 struct dhcp、dhcp_start() 调用
  • 支撑内容：证明 example 预先绑定静态 struct dhcp。

S2 lwIP netif 状态定义

  • 类型：目标版本上游源码
  • 版本：d08f4773edd0182b7910fc8f046eed82ffcd67c9
  • URL/文档：src/include/lwip/netif.h、src/core/netif.c
  • 使用位置：administrative up 与 link up
  • 支撑内容：区分 NETIF_FLAG_UP 与 NETIF_FLAG_LINK_UP。

S3 DHCP 数据结构、状态与协议常量

S4 lwIP DHCPv4 client 实现

  • 类型：目标版本上游源码
  • 版本：d08f4773edd0182b7910fc8f046eed82ffcd67c9
  • URL/文档：src/core/ipv4/dhcp.c
  • 关键符号：dhcp_start()、dhcp_discover()、dhcp_recv()、dhcp_handle_offer()、dhcp_select()、dhcp_handle_ack()、dhcp_check()、dhcp_conflict_callback()、dhcp_bind()、dhcp_fine_tmr()、dhcp_coarse_tmr()
  • 使用位置：全文 DHCP 主调用链
  • 支撑内容：DORA、ACD bridge、地址绑定、retry 与 lease lifecycle。

S5 lwIP Address Conflict Detection 与 ARP Probe/Announcement

S6 RFC 2131 / RFC 2132 --- DHCPv4 与 DHCP Options

  • 类型：标准规范
  • 版本：RFC 2131 / RFC 2132，1997-03
  • URL/文档：RFC 2131、RFC 2132
  • 使用位置：DORA、lease、T1/T2、DHCP options、renew/rebind
  • 支撑内容：DHCP client 状态和 option 的规范语义。

S7 lwIP UDP receive callback 分派

  • 类型：目标版本上游源码
  • 版本：d08f4773edd0182b7910fc8f046eed82ffcd67c9
  • URL/文档：src/core/udp.c
  • 使用位置：udp_input() 到 dhcp_recv() 的桥接
  • 支撑内容：UDP PCB callback 分发与 pbuf ownership。

S8 RFC 5227 --- IPv4 Address Conflict Detection

  • 类型：标准规范
  • 版本：RFC 5227，2008-07
  • URL/文档：RFC 5227
  • 使用位置：Probe/Announcement 语义
  • 支撑内容：IPv4 Address Conflict Detection 的规范背景。

S9 lwIP timeout scheduler

  • 类型：目标版本上游源码
  • 版本：d08f4773edd0182b7910fc8f046eed82ffcd67c9
  • URL/文档：src/core/timeouts.c
  • 使用位置：DHCP fine/coarse timer 与 Stage 9 TCP timer 对比
  • 支撑内容：DHCP cyclic timer 在通用 timeout framework 中的注册方式。

S10 Stage 13 成功 DHCP + ACD 实验 PCAP

  • 类型：用户实际实验抓包
  • 文件：assets/stage13-dhcp-acd.pcap
  • 抓包过滤：arp or udp port 67 or udp port 68
  • 使用位置：Frames 1～13、DORA 字段、3 Probe、2 Announcement、最终 ARP Reply
  • 支撑内容：证明本次 DORA、完整 ACD 与最终 ARP Reply。

S11 Stage 13 无 DHCP Server 时的 DISCOVER 重传 PCAP

  • 类型：用户实际实验抓包
  • 文件：assets/stage13-dhcp-no-server.pcap
  • 使用位置：DISCOVER 重传与 Timer/backoff
  • 支撑内容：无 Server 时同一 XID 按约 2/4/8/16 s 重试 DISCOVER。

S12 Stage 13 dnsmasq 与 example_app 成功运行日志

  • 类型：用户实际实验日志
  • 文件：assets/stage13-dhcp-success.log
  • 环境：dnsmasq 2.91、lwip0、client MAC 02:12:34:56:78:ab
  • 使用位置：DORA Server 日志与最终 status_callback
  • 支撑内容：dnsmasq 完成 DORA，example_app 最终使用 198.18.0.149。
  • 类型：目标版本上游源码
  • 版本：d08f4773edd0182b7910fc8f046eed82ffcd67c9
  • URL/文档：src/core/ipv4/ip4.c
  • 使用位置：OFFER/ACK 在 netif 仍是 0.0.0.0 时为什么能进入 DHCP client
  • 支撑内容：目的 UDP 端口为 68 的 DHCP packet 可按 link-layer addressing 特例进入当前 ingress netif。

S14 Microsoft Learn --- DHCP DORA、端口与租约生命周期导读

  • 类型：厂商官方学习/排障资料
  • 版本：在线文档，访问日期 2026-10-02
  • URL/文档：Troubleshooting guide for Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
  • 使用位置：文章开头的 DHCP 前置阅读导航
  • 支撑内容：Client/Server/Relay 角色、DORA、UDP 67/68、Renew 与 Rebind 的快速心智模型；协议规范仍以 RFC 2131/2132 为准。
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