零、原创说明

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一、什么是DHCP

DHCP,动态主机配置协议,前身是BOOTP协议,是一个局域网的网络协议,使用UDP协议工作,常用的2个端口:67(DHCP server),68(DHCP client)。DHCP通常被用于局域网环境,主要作用是集中的管理、分配IP地址,使client动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息,并能够提升地址的使用率。简单来说,DHCP就是一个不需要账号密码登录的、自动给内网机器分配IP地址等信息的协议。

dhcp原理及其实现流程

二、DHCP的功能

1、保证任何IP地址在同一时刻只能由一台DHCP客户机所使用。

2、DHCP应当可以给用户分配永久固定的IP地址。

3、DHCP应当可以同用其他方法获得IP地址的主机共存(如手工配置IP地址的主机)

4、DHCP服务器应当向现有的BOOTP客户端提供服务。

三、DHCP原理

dhcp原理及其实现流程

DHCP请求IP地址的过程如下:

1)主机发送DHCPDISCOVER广播包在网络上寻找DHCP服务器;

2)DHCP服务器向主机发送DHCPOFFER单播数据包,包含IP地址、MAC地址、域名信息以及地址租期;

3)主机发送DHCPREQUEST广播包,正式向服务器请求分配已提供的IP地址;

4)DHCP服务器向主机发送DHCPACK单播包,确认主机的请求

需要说明的是:DHCP客户端可以接收到多个DHCP服务器的DHCPOFFER数据包,然后可能接受任何一个DHCPOFFER数据包,但客户端通常只接受收到的第一个DHCPOFFER数据包。另外,DHCP服务器DHCPOFFER中指定[1] 的地址不一定为最终分配的地址,通常情况下,DHCP服务器会保留该地址直到客户端发出正式请求。

正式请求DHCP服务器分配地址DHCPREQUEST采用广播包,是为了让其它所有发送DHCPOFFER数据包的DHCP服务器也能够接收到该数据包,然后释放已经OFFER(预分配)给客户端的IP地址。

如果发送给DHCP客户端的地址已经被其他DHCP客户端使用,客户端会向服务器发送DHCPDECLINE信息包拒绝接受已经分配的地址信息。

在协商过程中,如果DHCP客户端发送的REQUEST消息中的地址信息不正确,如客户端已经迁移到新的子网或者租约已经过期,DHCP服务器会发送DHCPNAK消息给DHCP客户 端,让客户端重新发起地址请求过程。

四、DHCP的优缺点

DHCP服务优点不少:网络管理员可以验证IP地址和其它配置参数,而不用去检查每个主机;DHCP不会同时租借相同的IP地址给两台主机;DHCP管理员可以约束特定的计算机使用特定的IP地址;可以为每个DHCP作用域设置很多选项;客户机在不同子网间移动时不需要重新设置IP地址。

但同时也存在不少缺点:DHCP不能发现网络上非DHCP客户机已经在使用的IP地址;当网络上存在多个DHCP服务器时,一个DHCP服务器不能查出已被其它服务器租出去的IP地址;DHCP服务器不能跨路由器与客户机通信,除非路由器允许BOOTP转发。

dhcp原理及其实现流程

五、dhcp实现流程

1、发现阶段,即DHCP客户机寻找DHCP服务器的阶段。DHCP客户机以广播方式(因为DHCP服务器的IP地址对于客户机来说是未知的)发送DHCP discover发现信息来寻找DHCP服务器,即向地址255.255.255.255发送特定的广播信息。网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收到这种广播信息,但只有DHCP服务器才会做出响应。

dhcp原理及其实现流程

2、提供阶段,即DHCP服务器提供IP地址的阶段。在网络中接收到DHCP discover发现信息的DHCP服务器都会做出响应,它从尚未出租的IP地址中挑选一个分配给DHCP客户机,向DHCP客户机发送一个包含出租的IP地址和其他设置的DHCP offer提供信息。

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3、选择阶段,即DHCP客户机选择某台DHCP服务器提供的IP地址的阶段。如果有多台DHCP服务器向DHCP客户机发来的DHCP offer提供信息,则DHCP客户机只接受第一个收到的DHCP offer提供信息,然后它就以广播方式回答一个DHCP request请求信息,该信息中包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。之所以要以广播方式回答,是为了通知所有的DHCP服务器,他将选择某台DHCP服务器所提供的IP地址。

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4、确认阶段,即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段。当DHCP服务器收到DHCP客户机回答的DHCP request请求信息之后,它便向DHCP客户机发送一个包含它所提供的IP地址和其他设置的DHCP ack确认信息,告诉DHCP客户机可以使用它所提供的IP地址。然后DHCP客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定,另外,除DHCP客户机选中的服务器外,其他的DHCP服务器都将收回曾提供的IP地址。

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5、重新登录。以后DHCP客户机每次重新登录网络时,就不需要再发送DHCP discover发现信息了,而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request请求信息。当DHCP服务器收到这一信息后,它会尝试让DHCP客户机继续使用原来的IP地址,并回答一个DHCP ack确认信息。如果此IP地址已无法再分配给原来的DHCP客户机使用时(比如此IP地址已分配给其它DHCP客户机使用),则DHCP服务器给DHCP客户机回答一个DHCP nack否认信息。当原来的DHCP客户机收到此DHCP nack否认信息后,它就必须重新发送DHCP discover发现信息来请求新的IP地址。

6、更新租约。DHCP服务器向DHCP客户机出租的IP地址一般都有一个租借期限,期满后DHCP服务器便会收回出租的IP地址。如果DHCP客户机要延长其IP租约,则必须更新其IP租约。DHCP客户机启动时和IP租约期限过一半时,DHCP客户机都会自动向DHCP服务器发送更新其IP租约的信息。

为了便于理解,我们把DHCP客户机比做餐馆里的客人,DHCP服务器比做服务员(一个餐馆里也可以有多个服务员),IP地址比做客户需要的食物。那么可以这样描述整个过程:客人走进餐馆,问:“有没有服务员啊?”(DHCP discover),多个服务员同时回答:“有,我这有鸡翅”“有,我这有汉堡”(DHCP offer)。客人说:“好吧,我要一份汉堡”(DHCP request,这个客人比较死板,总是选择第一次听到的食物),端着汉堡的服务员回应了一声:“来啦”(DHCP ack),并把食物端到客人面前,供其享用(将网卡和IP地址绑定)。客人下次来的时候,就直接找上次那个服务员点自己喜欢的汉堡了(DHCP request),如果还有汉堡,服务员会再次确认并上菜(DHCP ack),而如果已经卖完了,服务员则会告诉客人:“不好意思,已经卖完了”(DHCP nack)。当然,服务员隔一段时间会来收拾一次桌子,除非客人特别说明这菜还要继续吃的,服务员会将剩菜端走。