DHCP原理与自建DHCP服务

DHCP原理

DHCP定义

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作。它是一种流行的Client/Server协议，一般用于为主机或者为路由器等指定相关的配置信息。DHCP服务在企业和家庭中得到了大量的应用，它能够自动分配ip地址以及一些其他的相关信息，整个过程对客户透明。

DHCP分配方式

• 自动分配方式（Automatic Allocation），DHCP服务器为主机指定一个永久性的IP地址，一旦DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端租用到IP地址后，就可以永久性的使用该地址。
• 动态分配方式（Dynamic Allocation），DHCP服务器给主机指定一个具有时间限制的IP地址，时间到期或主机明确表示放弃该地址时，该地址可以被其他主机使用。
• 手工分配方式（Manual Allocation），客户端的IP地址是由网络管理员指定的，DHCP服务器只是将指定的IP地址告诉客户端主机。

DHCP工作过程

DHCP客户机在启动时，会搜寻网络中是否存在DHCP服务器。如果找到，则给DHCP服务器发送一个请求。DHCP服务器接到请求后，为DHCP客户机选择TCP/IP配置的参数，并把这些参数发送给客户端。 如果已配置冲突检测设置，则DHCP服务器在将租约中的地址提供给客户机之前会使用Ping测试作用域中每个可用地址的连通性。这可确保提供给客户的每个IP地址都没有被使用手动TCP/IP配置的另一台非DHCP计算机使用。

根据客户端是否第一次登录网络，DHCP的工作形式会有所不同。

初次登录

• 初次登录时DHCP工作包括四个步骤:

1. 寻找DHCP Server。

当DHCP客户机第一次登录网络的时候（也就是客户机上没有任何IP地址数据时），它会通过UDP 67端口向网络上发出一个DHCPDISCOVER数据包（包中包含客户机的MAC地址和计算机名等信息）。因为客户机还不知道自己属于哪一个网络，所以封包的源地址为0.0.0.0，目标地址为255.255.255.255，然后再附上DHCP discover的信息，向网络进行广播。

DHCP discover的等待时间预设为1秒，也就是当客户机将第一个DHCPdiscover封包送出去之后，在1秒之内没有得到回应的话，就会进行第二次DHCP discover广播。若一直没有得到回应，客户机会将这一广播包重新发送四次（以2，4，8，16秒为间隔，加上1-1000毫秒之间随机长度的时间）。如果都没有得到DHCP Server的回应，客户机会从169.254.0.0/16这个自动保留的私有IP地址中选用一个IP地址。并且每隔5分钟重新广播一次，如果收到某个服务器的响应，则继续IP租用过程。

1. 提供IP地址租用

当DHCP Server监听到客户机发出的DHCP discover广播后，它会从那些还没有租出去的地址中，选择最前面的空置IP，连同其它TCP/IP设定，通过UDP 68端口响应给客户机一个DHCP OFFER数据包（包中包含IP地址、子网掩码、地址租期等信息）。此时还是使用广播进行通讯，源IP地址为DHCP Server的IP地址，目标地址为255.255.255.255。同时，DHCP Server为此客户保留它提供的IP地址，从而不会为其他DHCP客户分配此IP地址。

由于客户机在开始的时候还没有IP地址，所以在其DHCP discover封包内会带有其MAC地址信息，并且有一个XID编号来辨别该封包，DHCP Server响应的DHCP OFFER封包则会根据这些资料传递给要求租约的客户。

1. 接受IP租约

如果客户机收到网络上多台DHCP服务器的响应，只会挑选其中一个DHCP OFFER（一般是最先到达的那个），并且会向网络发送一个DHCPREQUEST广播数据包（包中包含客户端的MAC地址、接受的租约中的IP地址、提供此租约的DHCP服务器地址等），告诉所有DHCP Server它将接受哪一台服务器提供的IP地址，所有其他的DHCP服务器撤销它们的提供以便将IP地址提供给下一次IP租用请求。此时，由于还没有得到DHCP Server的最后确认，客户端仍然使用0.0.0.0为源IP地址，255.255.255.255为目标地址进行广播。

事实上，并不是所有DHCP客户机都会无条件接受DHCP Server的OFFER，特别是如果这些主机上安装有其它TCP/IP相关的客户机软件。客户机也可以用DHCP REQUEST向服务器提出DHCP选择，这些选择会以不同的号码填写在DHCP Option Field里面。客户机可以保留自己的一些TCP/IP设定。

1. 租约确认

当DHCP Server接收到客户机的DHCP REQUEST之后，会广播返回给客户机一个DHCP ACK消息包，表明已经接受客户机的选择，并将这一IP地址的合法租用以及其他的配置信息都放入该广播包发给客户机。

客户机在接收到DHCP ACK广播后，会向网络发送三个针对此IP地址的ARP解析请求以执行冲突检测，查询网络上有没有其它机器使用该IP地址；如果发现该IP地址已经被使用，客户机会发出一个DHCP DECLINE数据包给DHCP Server，拒绝此IP地址租约，并重新发送DHCP discover信息。此时，在DHCP服务器管理控制台中，会显示此IP地址为BAD_ADDRESS。

如果网络上没有其它主机使用此IP地址，则客户机的TCP/IP使用租约中提供的IP地址完成初始化，从而可以和其他网络中的主机进行通讯。

重新登录

1. 如果客户端DHCP request 内的IP地址在服务器端没有被使用，DHCP服务器回复DHCP ACK继续使用IP。
2. 如果客户端DHCP request 内的IP地址在服务器端已被使用，DHCP服务器回复DHCP NACK告诉客户端IP已被使用。
3. 回复NACK后，重新开始DHCP初次登录时的流程

更新租约

客户机会在租期过去50%的时候，直接向为其提供IP地址的DHCP Server发送DHCPREQUEST消息包。如果客户机接收到该服务器回应的DHCP ACK消息包，客户机就根据包中所提供的新的租期以及其它已经更新的TCP/IP参数，更新自己的配置，IP租用更新完成。如果没有收到该服务器的回复，则客户机继续使用现有的IP地址，因为当前租期还有50%。

如果在租期过去50%的时候没有更新，则客户机将在租期过去87.5%的时候再次向为其提供IP地址的DHCP联系。如果还不成功，到租约的100%时候，客户机必须放弃这个IP地址，重新申请。如果此时无DHCP可用，客户机会使用169.254.0.0/16中随机的一个地址，并且每隔5分钟再进行尝试。

DHCP搭建

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