深入理解DHCP----第一讲:DHCP基础

各位小伙伴们：大家好，好久没有见面了！今天让我们来一起聊聊DHCP；DHCP，即动态主机配置协议；它可以实现客户端IP地址和配置信息动态分配和集中管理，可以快速为客户端动态自动分配和管理IP地址，提高IP地址利用率；DHCP采用C/S（客户端/服务器）架构 ，由客户端向服务器提出配置申请，服务器返回相应的配置信息。

一、DHCP服务架构包括3种角色：

1>,DHCP Client（DHCP客户端）：就是希望通过DHCP服务器获取IP地址信息分配的终端，包括PC，无盘工作站，移动电话等；

2>,DHCP Server（DHCP服务器）：就是处理来自客户端或中继的地址分配，地址续租，地址释放等需求，并为客户端分配IP地址和其他网络配置信息等；

3>DHCP Relay（DHCP中继）：当DHCP服务器和DHCP客户端不在同一个网段内，则需要DHCP中继负责DHCP服务器和DHCP客户端之间的DHCP报文的转发，但不同于传统IP报文，DHCP中继接受到的DHCP请求或应答报文后，会重新修改报文格式并生成一个新的DHCP报文再进行转发，这一点尤为重要；

二、DHCP报文类型

DHCP服务器和客户端传送DHCP报文所使用的UDP端口是不一样的，DHCP客户端使用68号UDP端口发送请求报文，DHCP服务器使用67号UDP端口发送应答报文；整个DHCP服务一共有8种DHCP报文类型，分别如下：

1>，DHCP DISCOVER

DHCP客户端首次登录网络时进行DHCP服务交互过程中发送的第一个报文，用来查找DHCP服务器。以广播方式发送。

2>，DHCP OFFER

DHCP服务器用来响应DHCP客户端发送的DHCP DISCOVER报文，以广播方式发送；

3>，DHCP REQUEST

此报文有3种用途：

用途一：DHCP客户端在初始化后，以广播方式发送DHCP REQUEST报文回应DHCP服务器的DHCP OFFER报文。

用途二：DHCP客户端重启后，以广播方式发送DHCP REQUEST报文，确认先前被分配的IP地址等配置信息。

用途三：当DHCP客户端已经和某个IP地址绑定后，以单播或广播方式发送DHCP REQUEST报文更新IP地址租约。

4>，DHCP ACK

DHCP服务器对DHCP客户端发送的DHCP REQUEST报文的确认响应报文，客户端接受此报文后，才真正获得了IP地址等配置信息；以广播方式发送。

5>，DHCP NAK

DHCP服务器对DHCP客户端发送的DHCP REQUEST报文的拒绝响应报文，告知客户端无法分配合适的IP地址等信息；以广播方式发送。

6>，DHCP DECLINE

当DHCP客户端发现DHCP服务器发送给它的IP地址有冲突时，会发送此报文通知DHCP服务器，并会重新向DHCP服务器申请地址；以单播方式发送。

7>，DHCP RELEASE

DHCP客户端通过发送此报文主动释放DHCP服务器分配给他的IP地址，以单播方式发送。

8>，DHCP INFORM

DHCP客户端获取IP地址后，如果需要向DHCP服务器获取更多详细配置信息，如网关地址，DNS服务器地址，，则向DHCP服务器发送此报文请求，以单播方式发送。

三、DHCP中继的作用：

我们目前已经知道：当DHCP客户端初次从DHCP服务器获取IP地址的过程中，所有从DHCP客户端发出的请求报文和所有从DHCP服务器返回的响应报文都是以广播方式进行发送的，即目的地址为255.255.255.255；所以DHCP服务只适用于DHCP客户端和DHCP服务器处于同一个子网，即DHCP服务器至少有一个端口和DHCP客户端所在的子网是直接相连的；因为广播包是不能穿越子网的。基于这种限制，想让更多子网中的主机进行动态IP地址分配，就需要在网络中的所有子网中都设置一个DHCP服务器，这显然是不经济也不合理的，所以DHCP中继就可以很好的解决这个问题；

与DHCP服务器不在同一子网的DHCP客户端可以通过DHCP中继代理与位于其他网段的DHCP服务器通信，最终使DHCP客户端获取从DHCP服务器上分配的IP地址等信息

一个DHCP中继代理可以通过多个接口同时连接多个子网用户，这样多个子网用户可以使用同一个DHCP服务器进行IP地址的自动分配了；

备注：路由器和三层交换机都可以充当DHCP中继，但需要开启DHCP中继功能

四、无中继场景下DHCP客户端首次接入网络的工作原理

1>，发现阶段

DHCP客户端以广播方式发送DHCP DISCOVER报文来寻找网络中的DHCP服务器；此广播报文采用UDP68号端口发送，封装的目的端口为UDP67号端口，经过网络层IP封装后，源IP地址为0.0.0.0，目的IP地址为255.255.255.255，使同一网段内所有DHCP服务器或中继都能收到此报文；

2>，预分配IP地址阶段

网络中所有的DHCP服务器收到DHCP客户端的DHCP DISCOVER报文后，都会根据自己的地址池中的IP地址分配的优先顺序选出一个IP地址，然后与其他参数一起通过传输层UDP67号端口，在DHCP OFFER报文中以广播方式发送给客户端，但DHCP客户端只接收第一个到来的DHCP OFFER报文；为了防止分配出去的IP地址与网络中的其他客户端IP地址产生冲突，DHCP服务器在发送DHCP OFFER报文前通过发送源地址为DHCP服务器IP地址，目的地址为预分配出去的IP地址的ICMP ECHO REQUEST报文（即发送Ping该IP地址的命令）对预分配的IP地址进行冲突检测。

但此阶段DHCP服务器分配给客户端的IP地址不一定是最终确定使用的IP地址，因为客户端在收到分配的IP地址后，还要通过ARP报文进行冲突探测，若发生冲突还会向DHCP服务器发送DHCP DECLINE报文，请求分配新的IP地址。

DHCP OFFER报文经过IP封装后的源IP地址为DHCP服务器自己的IP地址，目的IP地址仍是255.255.255.255广播地址，使用的协议仍是UDP。

3>，选择阶段

客户端只接收到第一个收到DHCP OFFER报文，然后以广播方式发送DHCP REQUEST报文，该报文中包含客户端想要选择的DHCP服务器标识符和客户端请求的IP地址，之所以以广播方式发送该报文，是为了通知所有的DHCP服务器，它已经选择某个DHCP服务器提供的IP地址，其他DHCP服务器可以重新将曾经分配给客户端的IP地址收回分配给其他客户端。

在DHCP REQUEST报文封装的IP头部中，客户端的源IP地址仍然是0.0.0.0；目的IP地址是255.255.255.255.

4>，确认阶段

某个DHCP服务器在收到DHCP客户端发来的DHCP REQUEST报文后，只有DHCP客户端选择的服务器会进行响应，如果确认将地址分配给客户端，则以广播方式返回DHCP ACK报文，表示同意将DHCP REQUEST报文中请求的IP地址分配给客户端使用。

DHCP客户端在收到DHCP ACK报文后，会广播发送ARP报文，探测本网段是否有其他终端使用这个地址，如果在指定时间内，没有收到回应；表示客户端可以使用这个IP地址。如果收到回应，客户端会向DHCP服务器发送DECLINE报文，告知有冲突，并重新向服务器申请IP地址；

五、有中继场景下DHCP客户端首次接入网络的工作原理

当DHCP客户端和DHCP服务器不在同一个网段时，需要在他们之间部署DHCP中继来转发他们之间交互的DHCP报文。这里需要注意DHCP客户端和服务器之间最多只能有16个中继，大于16会丢弃DHCP报文。

整个工作过程分为两部分：一部分为DHCP客户端和DHCP中继之间，另一部分为：DHCP中继和DHCP服务器之间；其中DHCP客户端与DHCP中继之间的交互过程与上一节无DHCP中继场景下DHCP客户端和DHCP服务器之间的交互过程类似，也是四个阶段；而DHCP中继和DHCP服务器之间是单播发送DHCP报文；而且DHCP中继会修改从DHCP客户端收到的DHCP报文，在单播转发给DHCP服务器；这里要注意在“发现阶段”当DHCP中继接受到DHCP客户端以广播方式发送的DHCP DISCOVER报文后，会做如下工作：

<1>，检查DHCP DISCOVER中的Hops字段，如果大于16则丢弃DHCP报文，否则将Hops字段加1；Hops字段表示DHCP报文经过的DHCP中继的数目，每经过一个加1，最多为16个；

<2>，检查DHCP DISCOVER报文中的Giaddr字段，如果是0，将该字段设置为DHCP中继设备接受DHCP DISCOVER报文的接口IP地址；如果不是0，则不修改该字段值；

DHCP报文中的Giaddr字段标识了DHCP客户端网关的IP地址；当客户端发出DHCP请求时，第一个DHCP中继会把自己的IP地址填入此字段，后面的DHCP中继不修改此字段内容，DHCP服务器会根据此字段内容来判断出客户端所在的网段地址，从而为客户端分配该网段的IP地址。

<3>，将DHCP DISCOVER报文的目的IP地址修改为DHCP服务器或下一跳中继的IP地址，源IP地址修改为DHCP中继连接客户端的接口地址；源和目的IP地址都发生了改变。

好了，小伙伴们今天就暂时分享这些吧！DHCP是目前网络中普遍使用的协议之一，它看似配置简单，但我们仍然需要关注并理解他的工作原理；只有深入理解它的工作原理才能更好的在实际工作中很好的应用DHCP；这一期只是给大家简单的分享了一些DHCP的基础知识，下一期我们将深入讨论DHCP的配置流程；最后请大家关注实验笔记，实验笔记就是你身边的学习笔记！