DHCP协议介绍

什么是DHCP？

动态主机配置协议DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）是一种网络管理协议，用于集中对用户IP地址进行动态管理和配置。

DHCP于1993年10月成为标准协议，其前身是BOOTP协议。DHCP协议由RFC 2131定义，采用客户端/服务器通信模式，由客户端（DHCP Client）向服务器（DHCP Server）提出配置申请，DHCP Server基于请求的客户端（DHCP Client）的mac地址为它动态分配IP地址、子网掩码、默认网关地址，域名服务器（DNS）地址和其他相关配置参数，以便可以与其他IP网络通信。

为什么要使用DHCP？

在IP网络中，每个连接Internet的设备都需要分配唯一的IP地址。DHCP使网络管理员能从中心结点监控和分配IP地址。当某台计算机移到网络中的其它位置时，能自动收到新的IP地址。DHCP实现的自动化分配IP地址不仅降低了配置和部署设备的时间，同时也降低了发生配置错误的可能性。另外DHCP服务器可以管理多个网段的配置信息，当某个网段的配置发生变化时，管理员只需要更新DHCP服务器上的相关配置即可，实现了集中化管理。

总体来看，DHCP相比设置静态IP地址带来了如下优势：

准确的IP配置：IP地址配置参数必须准确，并且在处理“ 192.168.XXX.XXX”之类的输入时，很容易出错。另外印刷错误通常很难解决，使用DHCP服务器可以最大程度地降低这种风险。
减少IP地址冲突：每个连接的设备都必须有一个IP地址。但是，每个地址只能使用一次，重复的地址将导致无法连接一个或两个设备的冲突。当手动分配地址时，尤其是在存在大量仅定期连接的端点（例如移动设备）时，可能会发生这种情况。DHCP的使用可确保每个地址仅使用一次。
IP地址管理的自动化：如果没有DHCP，网络管理员将需要手动分配和撤消地址。跟踪哪个设备具有什么地址可能是徒劳的，因为几乎无法理解设备何时需要访问网络以及何时需要离开网络。DHCP允许将其自动化和集中化，因此网络专业人员可以从一个位置管理所有位置。
高效的变更管理：DHCP的使用使更改地址，范围或端点变得非常简单。例如，组织可能希望将其IP寻址方案从一个范围更改为另一个范围。DHCP服务器配置有新信息，该信息将传播到新端点。同样，如果升级并更换了网络设备，则不需要网络配置。

劣势：可能会导致同一设备的IP地址不固定，例如我们的服务器或者是一些设备想固定IP地址的话，这个时候就只能采取静态IP地址来配置了。

硬件准备

W5500-EVB-Pico开发板
网线
Micro USB数据线

注意：需将W5500-EVB-Pico通过RJ45网口接入到路由器上，电脑也接入到同一路由器下。路由器必须开启DHCP服务

软件环境

Visual Studio Code

W5500-EVB-Pico使用DHCP协议获取IP地址

步骤1：找到dhcp_client示例程序并打开

添加“dhcp.h”头文件

#include "dhcp.h"

配置网络信息结构体内容，将.dhcp的内容设置为NETINFO_DHCP

//配置网络配置信息结构体
wiz_NetInfo net_info = {
    .mac = {0x00, 0x08, 0xdc, 0x16, 0xed, 0x2e},
    .ip = {192, 168, 1, 120},
    .sn = {255, 255, 255, 0},
    .gw = {192, 168, 1, 1},
    .dns = {8, 8, 8, 8},
    .dhcp = NETINFO_DHCP};

编写四个DHCP功能函数

//DHCP初始化函数
static void dhcp_init(void)
{
    printf(" DHCP client running \r\n");
    DHCP_init(SOCKET_DHCP,ethernet_buf);
    reg_dhcp_cbfunc(dhcp_assign,dhcp_assign,dhcp_conflict);
}

//IP地址冲突函数
static void dhcp_conflict(void)
{
    printf("CONFLICT IP from DHCP\r\n");
    while(1);
}

//请求IP地址函数
static void dhcp_assign(void)
{
    getIPfromDHCP(net_info.ip);
    getGWfromDHCP(net_info.gw);
    getSNfromDHCP(net_info.sn);
    getDNSfromDHCP(net_info.dns);

    net_info.dhcp = NETINFO_DHCP;

    network_initialize(net_info);
    print_network_information(net_info);
    printf("DHCP LEASED TIME:%ld Sec.\r\n",getDHCPLeasetime());
}

//定时器回调函数，目的是调用DHCP定时中断函数
bool repeating_timer_callback(struct repeating_timer *t) {
    DHCP_time_handler();
    return true;
}

//DHCP获取IP地址
void do_dhcp(void)
{
    uint8_t retval = 0;
    uint8_t dhcp_retry = 0;
    if (net_info.dhcp == NETINFO_DHCP)
    {
        retval = DHCP_run();
        if (retval == DHCP_IP_LEASED)
        {
            if (dhcp_get_ip_flag == 0)
            {
                printf("DHCP success\r\n");
                dhcp_get_ip_flag = 1;
            }
        }
        else if (retval == DHCP_FAILED)
        {
            dhcp_get_ip_flag = 0;
            dhcp_retry++;
            if (dhcp_retry <= DHCP_RETRY_COUNT)
            {
                printf(" DHCP timeout occurred and retry %d \r\n", dhcp_retry);
            }
        }

        if (dhcp_retry > DHCP_RETRY_COUNT)
        {
            printf(" DHCP failed \r\n");
            DHCP_stop();
            while (true)
                ;
        }
    }
}

在主函数中，我们只需要进行初始化之后，然后请求DHCP地址即可。因为DHCP是基于设备的MAC地址来分配IP地址的，所以必须设置W5500的mac地址

int main()
{
    
    struct repeating_timer timer;//定义定时器结构体
    stdio_init_all();//重定义串口到printf
    sleep_ms(5000);
    printf("W5500 network install example.\r\n");

    wizchip_initialize();//spi接口初始化，链路初始化检测
    
    add_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback, NULL, &timer);//
    setSHAR(net_info.mac);
    if (net_info.dhcp == NETINFO_DHCP)
    {

        dhcp_init();
    }
    else
    {
        network_initialize(net_info);
        print_network_information(net_info);
    }
    while (true)
    {
        do_dhcp();
        sleep_ms(1000);
    }
}