dhcp协议详解_DHCP协议的主要功能为「建议收藏」

1 DHCP协议

1.1 DHCP协议理解

定义：

DHCP：Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议，是一个用于局域网的网络协议，位于OSI模型的应用层，使用UDP协议工作，主要有两个用途：

• 用于内部网或网络服务供应商自动分配IP地址给用户
• 用于内部网管理员对所有电脑作中央管理

作用：

动态分配IP地址，过程自动化，终端无需一一手工配置，配置信息统一管理（DNS,网关），IP地址有限、需要大量配置IP地址、经常移动终端。

适用性：

DHCP用一台或一组DHCP服务器来管理网络参数的分配，这种方案具有容错性。甚至对于那些很少改变地址的服务器来说，DHCP仍然被建议用来设置它们的地址。如果服务器需要被重新分配地址（RFC 2071）的时候，就尽可能不去做更改。对于一些设备，如路由器和防火墙，则不应使用DHCP。把TFTP或SSH服务器放在同一台运行DHCP的机器上也是有用的，目的是为了集中管理。

DHCP也可用于直接为服务器和桌面计算机分配地址，并且透过一个PPP代理，也可为拨接及宽带的主机，以及住宅NAT网关和路由器分配地址。DHCP一般不适用于使用在无边际路由器和DNS服务器上。

历史：

DHCP于1993年10月成为标准协议，其前身是BOOTP协议。当前的DHCP定义可以在RFC 2131中找到，而基于IPv6的建议标准（DHCPv6）可以在RFC 3315中找到。

原理：

动态主机设置协议（DHCP）是一种使网络管理员能够集中管理和自动分配IP网络地址的通信协议。在IP网络中，每个连接Internet的设备都需要分配唯一的IP地址。DHCP使网络管理员能从中心结点监控和分配IP地址。当某台计算机移到网络中的其它位置时，能自动收到新的IP地址。

DHCP使用了租约的概念，或称为计算机IP地址的有效期。租用时间是不定的，主要取决于用户在某地连接Internet需要多久，这对于教育行业和其它用户频繁改变的环境是很实用的。透过较短的租期，DHCP能够在一个计算机比可用IP地址多的环境中动态地重新配置网络。DHCP支持为计算机分配静态地址，如需要永久性IP地址的Web服务器。

DHCP和另一个网络IP管理协议BOOTP类似。当前两种配置管理协议都得到了普遍使用，其中DHCP更为先进。某些操作系统，如Windows NT/2000，都带有DHCP服务器。DHCP或BOOTP客户端是装在计算机中的一个程序，这样就可以对其进行配置操作。

分配IP地址方式：

（1）手工配置方式：通过网络管理员手工配置某台客户端特定的IP地址，当客户端请求分配时，DHCP服务器就将手动配置的IP地址分配给客户端。。

（2）自动配置方式：当DHCP客户端第一次想服务端租用到第一个IP地址后，就将这个IP地址永久分配给客户端使用。

（3）动态配置方式：服务器暂时分配一个IP地址给客户端，根据租约到期或者续约租期的方式来管理分配的IP地址。

1.2 DHCP报文格式

表-1是整个报文的封装格式，包括链路层头、IP头、UDP头和DHCP报文，其中dhcp主要的数据都封装在dhcp报文中。

表-2 是DHCP报文的格式，各字段的说明如下： 

• Op：消息操作代码，1byte，既可以是引导请求（BOOTREQUEST）也可以是引导答复（BOOTREPLY），1为请求报文；2为响应报文。具体的报文类型在option字段中标识。
• Htype：硬件地址类型，1byte，表示client硬件地址的类型，1表示以太网类型。
• Hlen：硬件地址长度，1byte，以太网的硬件地址长度为6bytes。
• Xid：处理ID，1byte，由client端产生的随机数，用于匹配请求和应答报文，就是匹配应答报文是对哪个请求报文做出应答。
• Secs：从获取到IP地址或者续约过程开始到现在所消耗的时间，2bytes，客户端进入IP地址申请进程的时间或者更新IP地址进程的时间；由客户端软件根据情况设定。目前没有使用，固定为0。
• Flags：标记，2bytes，16bit中只使用了最高位比特（即最左边的比特），这个个比特是广播响应标识位，用来标识DHCP服务器发出的响应报文是广播还是单播，0是单播，1是广播。其余的比特位保留不用，都为0.
• Ciaddr：客户机IP地址，4bytes，可以是client自己的IP地址，也可以是server分配给client的IP地址。
• Yiaddr：“你的”（客户机）IP地址，4bytes，是server分配给client的IP地址。
• Siaddr：在bootstrap中使用的下一台服务器的IP地址，4bytes，是client端获取IP地址等信息的server端的地址。
• Giaddr：用于导入的接替代理IP地址，4bytes，是client发出请求报文后经过的第一个中继的IP地址。
• Chaddr：客户机硬件，16bytes，是client端的硬件地址，在client发出报文时会把自己网卡的硬件地址写进这个字段。
• Sname：任意服务器主机名称，空终止符，64bytes，是client端获取IP地址等信息的服务器名称。
• File：DHCP发现协议中的引导文件名、空终止符、属名或者空，DHCP供应协议中的受限目录路径名，
• Options：可选参数字段。这个字段包含了终端的初始配置信息和网络配置信息，包括报文类型，有效租期，DNS服务器的IP地址等配置信息。这个字段的结构采用“CLV”结构，如图-4：

1.3 技术细节

DHCP统一使用两个IANA分配的端口作为BOOTP：服务器端使用67/udp，客户端使用68/udp。

DHCP运行分为四个基本过程，分别为请求IP租约、提供IP租约、选择IP租约和确认IP租约。

客户在获得了一个IP地址以后，就可以发送一个ARP请求来避免由于DHCP服务器地址池重叠而引发的IP冲突。

 这里列出了如下的四个例子

DHCP发现（DISCOVER）

client在物理子网上发送广播来寻找可用的服务器。网络管理员可以配置一个本地路由来转发DHCP包给另一个子网上的DHCP服务器。该client实现生成一个目的地址为255.255.255.255或者一个子网广播地址的UDP包。

客户也可以申请它使用的最后一个IP地址（在下面的例子里为192.168.1.100）。如果该客户所在的网络中此IP仍然可用，服务器就可以准许该申请。否则，就要看该服务器是授权的还是非授权的。授权服务器会拒绝请求，使得客户立刻申请一个新的IP。非授权服务器仅仅忽略掉请求，导致一个客户端请求的超时，于是客户端就会放弃此请求而去申请一个新的IP地址。

DHCP提供（OFFER）

当DHCP服务器收到一个来自客户的IP租约请求时，它会提供一个IP租约。DHCP为客户保留一个IP地址，然后通过网络单播一个DHCPOFFER消息给客户。该消息包含客户的MAC地址、服务器提供的IP地址、子网掩码、租期以及提供IP的DHCP服务器的IP。

服务器基于在CHADDR字段指定的客户硬件地址来检查配置。这里的服务器，192.168.1.1，将IP地址指定于YIADDR字段。

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