DHCP协议

一、DHCP简介

1、产生背景：网络增大，手工配置存在很多问题【人员素质要求高、容易出错、灵活性差、IP地址资源利用率低、工作量大，不利于管理等】
2、DHCP相对于静态手工配置的优点【效率高、灵活性强、易于管理等】

二、DHCP的原理与配置

（一）、DHCP的基本工作过程【发现阶段、提供阶段、请求阶段、确认阶段】如下图：

【发现阶段】：

​ 在发现阶段，DHCP客户端会以广播的方式给自己所在在广播域中的DHCP服务器都发送一个DHCP Discover 报文，目的是寻找网络中的DHCP Server，并表示自己需要获得一个IP地址

​ 此广播报文采用传输层的UDP 68号端口发送（封装的目的端口为UDP 68号端口），经过网络层IP协议封装后，源IP地址为0.0.0.0（因为此时还没有分配IP地址），目的IP地址为255.255.255.255（有限广播IP地址）。因为此时，DHCP客户端没有分配到IP地址，也不知道DHCP服务器或DHCP中继的IP地址，所以在DHCP DISCOVER报文中Ciaddr（客户端IP地址）、Yiaddr（被分配的DHCP客户端IP地址）、Siaddr（下一个为DHCP客户端分配IP地址的DHCP服务器地址）、Giaddr（DHCP中继IP地址）这四个字段均为0.0.0.0，如下所示。另外，从中可以看到，在CHADDR字段和DHCP选项中ClientIdentifier字段中都标识了DHCP客户端网卡MAC地址DHCP:Client Ethernet Address (chaddr) =08002B2ED85E

【提供阶段】：

​ 是网络中的DHCP Server响应所收到的DHCP Discover 报文，把准备提供的IP地址携带在DHCP Offer 报文中，并以单播的方式发送给DHCP 客户端（注意这里Offer 报文中携带的IP地址客户端还不能直接使用）

【请求阶段】：

​ DHCP客户端在收到的所有Offer 报文中选择接受第一个到达客户端的Offer（通常情况下选择第一个接收到的Offer） ，并向相应的DHCP Server 以广播的方式发送DHCP Request 报文，表示自己愿意接受该Offer （在这个DHCP Request 报文中携带有R上的DHCP Server 的标识—称为Server Identifier，表示DHCP Client 只愿意接受R上的Offer，R也是通过分析这个标识来确定DHCP Client 只愿意接受自己的Offer
而该二层广播域中其他的DHCP服务器也会收到DHCP Client 所发出的DHCP Request 报文，它们则通过分析这个标识来确定DHCP Client 已经拒绝接受自己的Offer）

​ 在DHCP request报文封装的IP协议头部中，客户端的 Source Address仍然是 0.0.0.0，数据包的 Destination 仍然是 255.255.255.255。但在DHCP request报文中Ciaddr、Yiaddr、Siaddr、Giaddr 字段的地址均0.0.0.0

【确认阶段】：

​ 如果在提供阶段所携带的IP地址能正常地分配给DHCP Client 使用的话，那么R会以单播的方式给DHCP Client 发送一个DHCP Ack 报文，此时DHCP Client 获取地址成功；但是如果因为一些原因，在提供阶段所携带的IP地址不能分配给DHCP Client 的话，这时R则会给DHCP Client 发送一个DHCP Nak 报文，而当DHCP Client 收到R的DHCP Nak 报文后，则表示获取IP地址失败，需要重新进入到发现阶段。

在DHCP客户端在获得了一个IP地址以后，就可以发送一个免费ARP请求探测网络中是否还有其它主机使用IP地址，来避免由于DHCP服务器地址池重叠而引发的IP冲突。以上四个阶段如图11-19所示，相当于DHCP客户端与DHCP服务器的四次握手过程。

当DHCP Client 正常获得IP地址后，如下图：

从DHCP Server 获取的IP地址有一个租约时间，DHCP协议规定租约时间缺省不少于1小时，通常情况下，租约时间缺省值为24小时。
在DHCP协议中规定，在缺省情况下，当DHCP Client 使用IP地址到达T1时（租约时间的1/2），DHCP Client会以单播的方式给R发送一个DHCP Request 报文（请求续租），当到达时间T2（租约时间的7/8，即租约时间的87.5%）之前，若DHCP Client 收到R的DHCP Ack报文，则续租成功，重新开始租约期的计时；若没有收到，则DHCP Client 会在T2时刻再次以广播的方式发送DHCP Request 报文，请求续租，这时如果DHCP Client 在租约时间到达之前收到R的DHCP Ack报文，则续租成功，重新开始租约期的计时，如果没收到，则续租失败，DHCP Client 不能继续使用这个IP地址，需要重新从发现阶段开始向DHCP服务器申请新的IP地址

（二）、DHCP中继

1、DHCP中继的使用场景

从前面DHCP的工作原理我们可以知道，DHCP Client 必须和DHCP Server 在同一个二层广播域中，才能接收到彼此发送的DHCP报文，DHCP报文是无法跨越二层广播域传播的。这时，我们可以有两种方法解决这个问题：
（1）、在网络中的每个网段都设置一台DHCP Server，但是这个方法代价较大，很不经济，造成资源的很大浪费，所以现实中一般不推荐此方法
（2）、只设置一个DHCP Server，利用DHCP中继技术DHCP Relay 来实现一个DHCP Server 同时为多个二层广播域中的DHCP Client 服务，这样既节省成本，又便于集中管理

2、DHCP中继的工作原理如下图：

在DHCP中继的工作原理中和前面的DHCP工作原理基本相同，只是中间DHCP Relay 负责DHCP Client 和DHCP Server 之间的DHCP报文的转发，这里要注意的是：DHCP Relay 与DHCP Client 之间是以广播的方式进行交换DHCP报文的，而DHCP Relay 与DHCP Server 之间是以单播的方式来交换DHCP报文的。

dhcp的客户机的ip选择的问题：

​ 首先会申请上次接入网络的ip地址，如果这个ip地址未被占用而且是处于改dhcp的网段里面的ip地址，就会优先选择这一个ip地址，如果没有，那么我们就会在范围内从小到大的选择。

DHCP客户机的ip地址的租期问题：

​ 当客户机的租约期到%50的时候，会向DHCP服务器发送DHCP REQUEST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111.111.0.0/16（你的dhcp服务器）中随机的一个地址，并且每隔5分钟再进行尝试