开篇

大家有没有这样的经历呢？在火车站明明发现WiFi信号是满格，却无法访问网络，这就是今天的主人翁导致的。

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本文比较长，大约3000字，如果感觉对您有用，可以收藏，转发，防止文章丢失。

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BOOTP

在进入主题之前，不得不提另外一个协议，BOOTP，该协议是DHCP的前身。

在远古时代，很多企业采用无盘工作站，具有节省成本，共享空间等特点（网吧较多），无盘的核心是通过引导请求帧（Find帧，携带ID号）进行广播，服务端收到后，检查本地数据库是否存在该ID号，如果存在就发送机器名称、IP地址、启动镜像等，此时客户机就可以启动了。

那么这里和BOOTP有什么关系呢？最初采用RARP协议来分配地址，但由于RARP工作在二层，而且是静态分配，如果跨网段或者网段资源用尽就需要部署更多的RARP服务器，因此BOOTP应运而生。

BOOTP通过UDP的67/68端口（67用于客户机，68用于服务器），由RARP扩展而来，支持动态分配地址。但是不支持租期等功能，所以逐渐被淘汰

DHCP

作为BOOTP扩展而来的协议，DHCP正式拉开了计算机平民化的脚步，扪心自问，有多少人不会配置IP地址的，可以举个手，但你可以畅游网络世界，原因就是DHCP服务在帮你配置。

DHCP作用

自动分配地址给终端

DHCP角色组成

• DHCP Client
• DHCP Relay
• DHCP Server

DHCP报文格式

DHCP报文类型

• DHCP DISCOVER：寻找DHCP Server
• DHCP OFFER：服务端响应报文，并携带相关信息
• DHCP REQUEST：⑴客户端回应OFFER报文⑵客户端重启，发送request确认之前分发的IP地址信息⑶客户端与IP地址静态绑定，发送request单播或广播更新IP地址租约
• DHCP ACK：服务器确认客户端的request报文，此报文为终止
• DHCP NAK：拒绝客户端的request响应报文
• DHCP DECLINE：客户端发现分配的地址发生冲突通知服务器的报文
• DHCP RELEASE：客户端主动IP释放报文
• DHCP INFORM：客户端获取地址后，需要向DHCP服务端获取详细的信息（网关、DNS等）发送的报文

DHCP报文Options字段说明

DHCP报文中的Options字段可以用来存放没有定义的控制信息和参数。如果用户在DHCP服务器端配置了Options字段，DHCP客户端在申请IP地址的时候，会通过服务器端回应的DHCP报文获得Options字段中的配置信息。

DHCP工作原理

初次接入网络

① 客户端发起DHCP DISCOVER广播;

② 所有服务端收到DISCOVER报文后，通过DHCP OFFER（带有IP地址、租约等信息）报文进行回复；

③ 客户端接收到的第一个OFFER报文，以广播的形式发送DHCP REQUEST报文（为什么是发广播？答案在文尾）；

④ 服务端收到REQUEST报文，对比报文中的MAC地址是否有相应的租约记录，如果有，就直接通过ACK报文确认，如果没有相应的租约记录或无法正常分配IP地址，则发送DHCP NAK应答，通知客户端重新申请新的IP地址

⑤ 客户端收到服务端发送的ACK报文后，会发送一个免费的ARP，探测该地址是否在被使用，在规定时间内未收到回应，才会使用该地址

⑥ 客户端获取地址后，上线之前会检查网关的状态，如果网段地址错误或者网关设备故障，DHCP将重新启动以上过程

DHCP客户端重新获取分配的IP地址

① 客户端再次连接到网络中，且租约还未过期，直接发送DHCP REQUEST报文。

② 服务端收到该报文后，检查该地址的分配情况，如果地址还未被分配，直接返回ACK,如果被使用，将返回DHCP NAK，客户端收到后，重新通过4步完成地址申请。（服务器如何知道客户曾经使用过什么地址？答案在文末）

DHCP客户端租约

租约作为DHCP的最大特点，合理的规划租期，可以避免资源的浪费和新增用户接入异常。

DHCP客户端租约更新过程

IP租约期达到50%（T1）时，DHCP客户端会以单播的形式向DHCP REQUEST报文，请求更新，收到ACK，则更新租约；如果收到NAK，则重新发起申请过程；

IP租约期达到87.5%（T2）时，如果仍未收到回应，DHCP客户端向DHCP服务器发送其IP租约更新的REQUEST报文，后续过程与T1一致

如果租约到期，则停止使用该地址，重新发起申请IP过程。

DHCP主动释放IP地址

DHCP客户端不再使用自动分配地址，会主动发送DHCP RELEASE报文，通知DHCP服务器释放地址租约。DHCP服务器会保留该客户端的信息，以便客户端重新申请IP地址时，重新使用这些参数。

DHCP Relay工作原理

在企业中，一般DHCP服务器都集中在一台设备，而DHCP的大部分报文都是广播，如何跨广播域申请呢？那么通过中继的方式可以实现。

1.DHCP中继收到DHCP DISCOVER或DHCP REQUEST报文后：

• 防止DHCP报文形成环路，设置HOPS的值，每经过一个中继，将hops字段加1，当大于规定值，会丢弃该报文（hops值为TTL的值）；
• 检查giaddr字段，如果该字段置位为0，需要将giaddr字段设置为接收请求报文的接口IP地址，如为1，保持不变；
• DHCP请求报文的目的地址改为DHCP服务器或下一个中继的IP地址。

2.DHCP服务器根据中继的Relay Agent IP Address字段为客户分配IP地址等参数，并将DHCP应答报文发送给Relay Agent IP Address字段表示的DHCP中继，中继收到报文后：

• 如果Relay Agent IP Address字段不是本地接口的地址，DHCP中继将丢弃应答报文。（Relay Agent IP Address字段用来识别与客户端直连的接口）
• DHCP中继检查报文的广播标志位。如果广播标志位为1，则将DHCP应答报文广播发送给DHCP客户端；否则将DHCP应答报文单播发送给DHCP客户端，其目的地址为客户端IP地址字段内容，链路层地址为MAC地址。

客户端通过DHCP Relay更新租约

• DHCP客户端再次网络后，直接以单播的形式发送DHCP REQUEST报文。
• DHCP服务器直接向客户端发送单播的确认OFFER报文或者NAK响应报文。

DHCP Relay支持向DHCP服务端发送DHCP RELEASE报文

IP地址分配优先原则

• IP与MAC地址静态绑定
• 客户端曾经分配过的地址
• DHCP顺序查找的地址

防止IP重复分配方法

DHCP服务端会定期通过ARP探测，确认没有回复认为该地址未分配（除预留地址外）

防止多DHCP服务器存在同一个网络

通过DHCP Snooping功能，接DHCP服务端接口设置为信任，其他默认为不信任，网络设备会自动丢弃DHCP报文，从而避免私接或误接DHCP服务器，导致业务异常。

写在最后

上文中，留下了两道思考题，这里做出解答：

1.为什么客户端发起的REQUEST报文会是广播？

这是由于前面发送的DISCOVER报文会发给所有DHCP服务端，这里的REQUEST会携带options 54，告诉其他DHCP服务器，我已经选择了该服务器作为我的DHCP服务器，让其他服务器不要再回复了。

2.DHCP服务端怎么知道客户端曾经使用过的IP

• 客户端申请时，会将options 50写入自己曾经用过的IP。
• 服务端会保留客户端信息一段时间

虽然DHCP章节非常简单，但具体的过程还是比较复杂的，情况很多，所以需要不断的实践加深你的理解。