DHCP背景

隨著網絡規模的不斷擴大，網絡復雜度不斷提升，網絡中的終端設備例如主機、手機、平板等，位置經常變化。終端設備訪問網絡時需要配置IP地址、網關地址、DNS服務器地址等。采用手工方式為終端配置這些參數非常低效且不夠靈活。

IETF于1993年發布了DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議）。DHCP實現了網絡參數配置的自動化，降低客戶端的配置和維護成本。

本課程介紹DHCP工作原理、應用場景和簡單配置。

手工配置主機IP地址、網絡掩碼、網關地址、DNS服務器地址等網絡參數時，需要經過地址規劃、地址分配、地址配置、地址維護等復雜的操作流程。這使地址分配靈活性差，IP地址資源利用低，同時較大的工作量導致配置容易出錯，對人員素質要求較高。

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DHCP的基本概念

DHCP是一種用于集中對用戶IP地址進行動態管理和配置的協議。

DHCP采用C/S(Client/Server，客戶端/服務器)通信模式，協議報文基于UDP的方式進行交互，采用67（DHCP服務器）和68（DHCP客戶端）兩個端口號：

• 正常工作時由客戶端向服務器提出配置申請。
• 服務器返回為客戶端分配的IP地址等相應的配置信息。

DHCP相對于手工配置有如下優點：

• 效率高
• 靈活性強
• 易于管理

網絡終端設備，例如主機、打印機、筆記本電腦、手機和AP，作為DHCP客戶端，向DHCP服務器請求分配相關網絡參數。DHCP服務器響應DHCP客戶端請求進行動態分配。

DHCP工作原理

DHCP客戶端首次接入網絡的工作原理

發現階段，即DHCP客戶端發現DHCP服務器的階段。

• DHCP客戶端發送DHCP DISCOVER報文來發現DHCP服務器。DHCP DISCOVER報文中攜帶了客戶端的MAC地址、需要請求的參數列表選項、廣播標志位等信息。

??? 2. 提供階段，即DHCP服務器提供網絡配置信息的階段。

• 服務器接收到DHCP DISCOVER報文后，選擇跟接收DHCP DISCOVER報文接口的IP地址處于同一網段的地址池，并且從中選擇一個可用的IP地址，然后通過DHCP OFFER報文發送給DHCP客戶端。

??? 3. 選擇階段，即DHCP客戶端選擇IP地址的階段。

• 如果有多個DHCP服務器向DHCP客戶端回應DHCP OFFER報文，則DHCP客戶端一般只接收第一個收到的DHCP OFFER報文，然后以廣播方式發送DHCP REQUEST報文，該報文中包含客戶端想選擇的DHCP服務器標識符和客戶端IP地址。

??? 4.確認階段，即DHCP服務器確認所分配IP地址的階段。

• DHCP客戶端收到DHCP ACK報文，會廣播發送免費ARP報文，探測本網段是否有其他終端使用服務器分配的IP地址。（檢測是否有沖突）

在確認階段，兩種情況可能出現IP地址的沖突：

• DHCP服務器收到DHCP DISCOVER報文時，給客戶端分配IP地址前會發送Ping探測，如果能Ping通則標識該地址不可用，并選擇其他IP地址分配給客戶端。
• DHCP客戶端獲取IP地址成功后，會立即發送免費ARP報文，如果收到響應，則發送DHCP DECLINE報文通知DHCP服務器該IP地址沖突，DHCP服務器標識該地址不可用，客戶端發送DHCP DISCOVER報文重新申請IP地址。

兩次檢測地址沖突，客戶端ARP免費報文，服務端ping探測

DHCP報文格式

重要字段說明：

• Op（op code)：表示報文的類型，取值為1或2，含義如下：
  • 1：客戶端請求報。
  • 2：服務器響應報文。
• Secs（seconds）：由客戶端填充，表示從客戶端開始獲得IP地址或IP地址續借后所使用了的秒數，缺省值為3600s。
• Flags：客戶端請求服務器發送響應報文的形式，只有最高位有意義，其余15位置0。最高位為0時請求發送單播響應，最高位為1時請求發送廣播響應。
• Yiaddr（your client ip address）：表示服務器分配給客戶端的IP地址。當服務器進行DHCP響應時，將分配給客戶端的IP地址填入此字段。
• Siaddr（server ip address）：DHCP服務器的IP地址。
• Chaddr（client hardware address）：客戶端的MAC地址。
• Options：DHCP通過此字段包含了服務器分配給終端的配置信息。
  • DHCP報文中Options字段為可變長度字段，最多為312Byte，此字段包含了DHCP報文類型，服務器分配給終端的配置信息，如網關IP地址，DNS服務器的IP地址，客戶端可以使用IP地址的有效租期等信息。
  • Options字段由Type、Length和Value三部分組成。其中Type字段取值范圍1~255。常見的Options如下表所示：

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Htype （hardware type）: 表示硬件地址的類型。

Hlen（hardware length）: 表示硬件地址的長度。

Hops（hops）: 表示當前DHCP報文經過的DHCP Relay數目。該字段由客戶端設置為0，每經過一個DHCP Relay時，該字段加1。此字段的作用是限制DHCP報文所經過的DHCP Relay數目。

Xid：表示DHCP客戶端選取的隨機數，使DHCP服務器的回復與DHCP客戶端的報文相關聯。

Sname（server host name）: 表示客戶端獲取配置信息的服務器名字。此字段由DHCP服務器填寫，是可選的。如果填寫，必須是一個以0結尾的字符串。

File（file name）: 表示客戶端啟動DHCP相關配置的文件名。此字段由DHCP服務器填寫，隨著DHCP地址分配的同時下發至客戶端。本字段是可選的，如果填寫，必須是一個以0結尾的字符串。

DHCP的消息類型

DHCP報文通過Options選項中的Type=53來表示DHCP的報文類型。如下圖所示，當Type=53，Length=1，Value取值從01到08分別表示不同的DHCP報文類型。

1-DHCP DISCOVER：DHCP客戶端首次登錄網絡時進行DHCP交互過程發送的第一個消息，用來尋找DHCP服務器。

2-DHCP OFFER：DHCP服務器用來響應DHCP DISCOVER消息，此消息攜帶了各種配置信息。???

3-DHCP REQUEST：DHCP客戶端廣播請求回應DHCP服務器OFFER消息；DHCP客戶端重啟廣播確認之前的IP地址等配置信息；續租。

4-DHCP DECLINE：當客戶端發現服務器分配給它的IP地址發生沖突時會通過發送此消息來通知服務器。

5-DHCP ACK：DHCP服務器對客戶端的DHCP REQUEST消息的確認響應消息。

6-DHCP NAK：服務器對客戶端的DHCP REQUEST消息的拒絕響應消息。

7-DHCP RELEASE：客戶端可通過發送此消息主動釋放服務器分配給它的IP地址。

8-DHCP INFORM：DHCP客戶端獲取IP地址后，如果需要向DHCP服務器獲取更為詳細的配置信息（網關地址、DNS服務器地址），則向DHCP服務器發送DHCP INFORM請求消息。

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Options自定義選項字段介紹

除了標準協議中規定的字段選項外，還有部分選項內容沒有統一規定，統稱為用戶自定義選項，例如Option 82和Option 43。

• Option 82稱為中繼代理信息選項。
  • Option 82中可以包含最多255個Sub-Option，若定義了Option 82，至少要定義一個Sub-Option。
  • DHCP中繼或DHCP Snooping設備接收到DHCP客戶端發送給DHCP服務器的請求報文后，在該報文中添加Option 82，并轉發給DHCP服務器。管理員可以從Option 82中獲得DHCP客戶端的信息，例如DHCP客戶端所連接交換機端口的VLAN ID、二層端口號、中繼設備的MAC地址等。
• Option 43稱為廠商特定信息選項。
  • DHCP服務器和DHCP客戶端通過Option 43交換廠商特定的信息。當DHCP服務器接收到請求Option 43信息的DHCP請求報文（Option 55中帶有Option 43參數）后，將在回復報文中攜帶Option 43，為DHCP客戶端分配廠商指定的信息。
  • 在WLAN組網中，AP作為DHCP客戶端，DHCP服務器可以為AP指定AC的IP地址，以方便AP與AC建立連接。

目前option 82中常用的Sub-Option如下：

• Sub-Option 1：為代理鏈路id（即circuit id）子項。子選項通常在DHCP中繼設備上配置，定義了在傳輸報文的時候要攜帶DHCP客戶端所連接交換機端口的vlan-id及二層端口號。通常Sub-Option 1與Sub-Option 2子選項要共同使用來標識DHCP源端的信息。
• Sub-Option 2：代理遠程id（即remote?id）子項。該子選項也通常在DHCP中繼設備上配置，定義了在傳輸報文的時候要攜帶中繼設備的mac地址信息。
• 和Sub-Option 5：為鏈路選擇（link selection）子項，該選項中包含了DHCP中繼添加的ip地址。這樣DHCP server在分配ip地址給DHCP客戶端的時候就可以分配與該地址同網段的ip地址。

Option 43應用舉例

在WLAN三層組網中，當AP上線時，需要獲取AC的IP地址，并與AC之間建立CAPWAP隧道。

AP的IP地址通過DHCP服務器分配，當AC的IP地址與AP不在同一個廣播域，AP無法通過廣播的方式獲取AC的IP地址，則CAPWAP隧道無法建立成功。

AP通過DHCP報文中的Option 43選項字段獲取AC的IP地址，當AP獲取AC的IP地址后，可以進一步完成CAPWAP隧道的建立，從而實現AP上線。

DHCP地址續租

DHCP客戶端根據IP地址的剩余租期的不同而產生不同形式的續租請求。

當租期達到50%（T1）時，DHCP客戶端會自動以單播的方式向DHCP服務器發送DHCP REQUEST報文，請求更新IP地址租期。如果收到DHCP服務器回應的DHCP ACK報文，則租期更新成功。

當租期達到87.5%（T2）時，如果仍未收到DHCP服務器的應答，DHCP客戶端會自動以廣播的方式向DHCP服務器發送DHCP REQUEST報文，請求更新IP地址租期。如果收到DHCP服務器回應的DHCP ACK報文，則租期更新成功。

如果租期時間到時都沒有收到服務器的回應，客戶端停止使用此IP地址，重新發送DHCP DISCOVER報文請求新的IP地址。

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DHCP服務器給每個分配給客戶端的IP地址定義一個使用期限，該使用期限被稱為租期。在租期到期前，DHCP客戶端如果仍需要使用該IP地址，可以請求延長租期；如果不需要，可以主動釋放該IP地址。在沒有其他空閑地址可用的情況下，DHCP服務器會把客戶端主動釋放的IP地址分配給其他客戶端。

DHCP客戶端無論在T1還是T2時刻發送DHCP REQUEST報文后，如果收到DHCP NAK報文，則重新發送DHCP DISCOVER報文請求新的IP地址。

客戶端在租期時間到之前，如果用戶不想使用分配的IP地址（例如客戶端網絡位置需要變更），會觸發DHCP客戶端向DHCP服務器發送DHCP RELEASE報文，通知DHCP服務器釋放IP地址的租期。DHCP服務器會保留這個DHCP客戶端的配置信息，將IP地址列為曾經分配過的IP地址中，以便后續重新分配給該客戶端或其他客戶端。客戶端可以通過發送DHCP INFORM報文向服務器請求更新配置信息。

思考：為什么每次電腦被分配的IP地址都是同一個呢？

DHCP客戶端重用曾經使用過的地址

DHCP客戶端非首次接入網絡時，可以重用曾經使用過的地址。例如，網絡中的主機作為DHCP客戶端，在關機再開機的過程中，需要重新獲取相關網絡參數，則可以請求分配曾經使用過的IP地址。

選擇階段

• 客戶端廣播發送包含前一次分配的IP地址的DHCP REQUEST報文，報文中的Option 50（請求的IP地址選項）字段填入曾經使用過的IP地址。

確認階段

• DHCP服務器收到DHCP REQUEST報文后，根據DHCP REQUEST報文中攜帶的MAC地址來查找有沒有相應的租約記錄。如果有則返回DHCP ACK報文，通知DHCP客戶端可以繼續使用這個IP地址，如果沒有租約記錄，則不響應。

DHCP分配IP地址順序

DHCP服務器按照如下次序為客戶端選擇IP地址：

• DHCP服務器的數據庫中與客戶端MAC地址靜態綁定的IP地址。
• 客戶端以前曾經使用過的IP地址，即客戶端發送的請求報文中請求IP地址選項的地址。
• 在DHCP地址池中，順序查找可供分配的空閑IP地址，最先找到的IP地址。

• 如果在DHCP地址池中未找到可供分配的空閑IP地址，則依次查詢超過租期、發生沖突的IP地址，如果找到可用的IP地址，則進行分配，否則報告錯誤。

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DHCP Relay

隨著網絡規模的不斷擴大，網絡設備不斷增多，企業內不同的用戶可能分布在不同的網段，一臺DHCP服務器在正常情況下無法滿足多個網段的地址分配需求。如果還需要通過DHCP服務器分配IP地址，則需要跨網段發送DHCP報文。

DHCP Relay即DHCP中繼，它是為解決DHCP服務器和DHCP客戶端不在同一個廣播域而提出的，提供了對DHCP廣播報文的中繼轉發功能，能夠把DHCP客戶端的廣播報文“透明地”傳送到其它廣播域的DHCP服務器上，同樣也能夠把DHCP服務器端的應答報文“透明地”傳送到其它廣播域的DHCP客戶端。

DHCP Relay報文格式

DHCP Relay主要負責轉發DHCP客戶端與DHCP服務器之間的DHCP報文，所以DHCP Relay的報文格式只是把DHCP的報文部分字段做了相應的修改，報文格式沒有發生變化，如下圖所示：

Hops：表示當前的DHCP報文經過的DHCP中繼的數目。該字段由客戶端或服務器設置為0，每經過一個DHCP中繼時，該字段加1。

Giaddr(gateway ip address)：表示第一個DHCP中繼的IP地址。當客戶端發出DHCP請求時，第一個DHCP中繼在將DHCP請求報文轉發給DHCP服務器時，會把自己的IP地址填入此字段。

Hops字段的作用是限制DHCP報文所經過的DHCP中繼數目。服務器和客戶端之間的DHCP中繼數目不能超過16個，也就是Hops值不能大于16，否則DHCP報文將被丟棄。

Giaddr字段，dhCP服務器會根據此字段來判斷出客戶端所在的網段地址，從而選擇合適的地址池，為客戶端分配該網段的IP地址。服務器還會根據此地址將響應報文發送給此DHCP中繼，再由DHCP中繼將此報文轉發給客戶端。若在到達DHCP服務器前經過了多個DHCP中繼，該字段作為客戶端所在的網段的標記，填充了第一個DHCP中繼的IP地址后不會再變更，只是每經過一個DHCP中繼，hops字段的數值會加1。

DHCP Relay工作原理

有中繼場景時DHCP客戶端首次接入網絡的工作原理：

發現階段：DHCP中繼接收到DHCP客戶端廣播發送的DHCP DISCOVER報文后，通過路由轉發將DHCP報文單播發送到DHCP服務器或下一跳中繼。

提供階段：DHCP服務器根據DHCP DISCOVER報文中的Giaddr字段選擇地址池為客戶端分配相關網絡參數，DHCP中繼收到DHCP OFFER報文后，以單播或組播方式發送給DHCP Client。

選擇階段：中繼接收到來自客戶端的DHCP REQUEST報文的處理過程同“發現階段”。

確認階段：中繼接收到來自服務器的DHCP ACK報文的處理過程同“提供階段”。

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1.DHCP中繼收到DHCP DISCOVER報文后，處理規則為：

• 檢查DHCP報文中的Hops字段，如果大于16，則丟棄DHCP報文；否則，將Hops字段加1（表明經過一次DHCP中繼），并繼續下面的操作。
• 檢查DHCP報文中的Giaddr字段。如果是0，將Giaddr字段設置為接收DHCP DISCOVER報文的接口IP地址。如果不是0，則不修改該字段，繼續下面的操作。
• 將DHCP報文的目的IP地址（開始為廣播地址）改為DHCP服務器或下一跳中繼的IP地址，源地址改為中繼連接客戶端的接口地址，通過路由轉發將DHCP報文單播發送到DHCP服務器或下一跳中繼。

2.DHCP服務器接收到DHCP DISCOVER報文后，選擇與報文中Giaddr字段為同一網段的地址池，并為客戶端分配IP地址等參數，然后向Giaddr字段標識的DHCP中繼單播發送DHCP OFFER報文，DHCP中繼收到DHCP OFFER報文后，會進行如下處理：

• 檢查報文中的Giaddr字段，如果不是接口的地址，則丟棄該報文；否則，繼續下面的操作。

• DHCP中繼檢查報文的廣播標志位（flag）。如果廣播標志位為1，則將DHCP OFFER報文廣播發送給DHCP客戶端；否則將DHCP OFFER報文單播發送給DHCP客戶端。

DHCP配置

基于全局地址池配置

基于接口配置

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dhcp中繼

DHCP Snooping

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的华为数通笔记-DHCP的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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