【计算机网络】DHCP原理与配置

目录
1、DHCP的基本概念
1.1、手动配置网络参数的问题
1.2、DHCP工作示意图
1.3、DHCP的优点
2、DHCP工作原理
2.1、客户端寻找DHCP Server
2.2、DHCP服务器提供IP地址租用
2.3、客户端接受IP租约
2.4、DHCP服务器最终确认
2.5、客户端重新登录
2.6、DHCP租期更新
3、DHCP配置命令
3.1、DHCP接口地址池配置
3.2、DHCP全局地址池配置
 3.3、DHCP中继配置
1、DHCP的基本概念

DHCP（动态主机配置协议）是一个存在于应用层的网络管理协议，使用UDP协议工作，常用的2个端口：67(DHCP server),68(DHCP client)。在DHCP的帮助下，可以动态地给网络上的任何设备或节点分配一个互联网协议IP地址，使它们可以使用这个IP进行通信。网络管理员的任务是将大量的IP地址手动分配给网络中的所有设备。然而，在DHCP中，这个任务是自动化的，是集中管理，而不是手工管理。DHCP的基本目标是为主机分配一个唯一的IP地址。


如今，大多数网络设备（如路由器或以太网交换机）都使用IP协议作为网络通信的标准。在使用IP协议的网络中每台设备都有唯一的地址标识，即IP地址。实现此目的最简单的方法是配置固定IP地址（即静态IP）或自动获取IP地址（即动态IP），分别是手动配置网络参数和DHCP自动配置网络参数。

1.1、手动配置网络参数的问题

（1）参数多，理解难：普通用户对于网络参数不了解，经常配置错误，导致无法正常访问网络，随意配置IP地址导致地址冲突更是时常发生。
（2）工作量大：交由网络管理员统一配置，工作量巨大，属于重复性劳动。网络管理员需要提前对IP地址进行规划、分配到个人。
（3）利用率低：局域网中每个人固定使用一个IP地址，IP地址利用率低，有些地址可能长期处于未使用状态。
（4）灵活性差：WLAN(无线局域网)的出现使终端位置不再固定，当无线终端移动到另外一个无线覆盖区域时，可能需要再次配置IP地址。

1.2、DHCP工作示意图


为解决传统的静态手工配置方式的不足，DHCP(动态主机配置协议)应运而生，其可以实现网络动态合理地分配IP地址给主机使用。 DHCP采用C/s构架，主机无需配置，从服务器端获取地址可实现接入网络后即插即用。

1.3、DHCP的优点

（1）统一管理：IP地址由从服务器端的地址池中获取，服务器端会记录维护IP地址的使用状态，做到IP地址统一分配、管理。
（2）地址租期：DHCP提出了租期的概念，可有效提高地址利用率

2、DHCP工作原理
DHCP工作原理图：

2.1、客户端寻找DHCP Server

        当DHCP客户端第一次登录网络的时候（也就是客户端上没有任何IP地址数据时），它会通过UDP 67端口向网络上发出一个DHCPDISCOVER数据包（包中包含客户机的MAC地址和计算机名等信息）。因为客户端还不知道自己属于哪一个网络，所以封包的源地址为0.0.0.0，目标地址为255.255.255.255，然后再附上DHCP Discover的信息，向网络进行广播。
        DHCP discover的等待时间预设为1秒，也就是当客户端将第一个DHCP discover封包送出去之后，在1秒之内没有得到回应的话，就会进行第二次DHCP discover广播。若一直没有得到回应，客户端会将这一广播包重新发送四次（以2，4，8，16秒为间隔，加上1-1000毫秒之间随机长度的时间）。如果都没有得到DHCP Server的回应，客户端会从169.254.0.0/16这个自动保留的私有IP地址中选用一个IP地址。并且每隔5分钟重新广播一次，如果收到某个服务器的响应，则继续IP租用过程。

2.2、DHCP服务器提供IP地址租用

        当DHCP Server监听到客户端发出的DHCP Discover广播后，它会从那些还没有租出去的地址中，选择最前面的空置IP，连同其它TCP/IP设定，通过UDP 68端口响应给客户端一个DHCP OFFER数据包（包中包含IP地址、子网掩码、地址租期等信息）。
        此时使用单播进行通讯，源IP地址为DHCP Server的IP地址，目标地址为255.255.255.255。同时，DHCP Server为此客户保留它提供的IP地址，从而不会为其他DHCP客户分配此IP地址。
        由于客户端在开始的时候还没有IP地址，所以在其DHCP Discover封包内会带有其MAC地址信息，并且有一个XID编号来辨别该封包，DHCP Server响应的DHCP OFFER封包则会根据这些资料传递给要求租约的客户。

2.3、客户端接受IP租约

        如果客户端收到网络上多台DHCP服务器的响应，只会挑选其中一个DHCP OFFER（一般是最先到达的那个），并且会向网络发送一个DHCP REQUEST广播数据包（包中包含客户端的MAC地址、接受的租约中的IP地址、提供此租约的DHCP服务器地址等），告诉所有DHCP Server它将接受哪一台服务器提供的IP地址，所有其他的DHCP服务器撤销它们的提供以便将IP地址提供给下一次IP租用请求。此时，由于还没有得到DHCP Server的最后确认，客户端仍然使用0.0.0.0为源IP地址，255.255.255.255为目标地址进行广播。
        事实上，并不是所有DHCP客户端都会无条件接受DHCP Server的OFFER，特别是如果这些主机上安装有其它TCP/IP相关的客户机软件。客户端也可以用DHCP REQUEST向服务器提出DHCP选择，这些选择会以不同的号码填写在DHCP Option Field里面。客户端可以保留自己的一些TCP/IP设定。

2.4、DHCP服务器最终确认

        当DHCP Server接收到客户端的DHCP REQUEST之后，会单播返回给客户端一个DHCP ACK消息包，表明已经接受客户端的选择，并将这一IP地址的合法租用以及其他的配置信息都放入该单播包发给客户端。
        客户端在接收到DHCP ACK单播后，会向网络发送三个针对此IP地址的ARP解析请求以执行冲突检测，查询网络上有没有其它机器使用该IP地址；如果发现该IP地址已经被使用，客户端会发出一个DHCP DECLINE数据包给DHCP Server，拒绝此IP地址租约，并重新发送DHCP discover信息。此时，在DHCP服务器管理控制台中，会显示此IP地址为BAD_ADDRESS。
        如果网络上没有其它主机使用此IP地址，则客户端的TCP/IP使用租约中提供的IP地址完成初始化，从而可以和其他网络中的主机进行通讯。

2.5、客户端重新登录

        以后DHCP客户端每次重新登录网络时，就不需要再发送DHCP discover发现信息了，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request请求信息。当DHCP服务器收到这一信息后，它会尝试让DHCP客户端继续使用原来的IP地址，并回答一个DHCP ack确认信息。如果此IP地址已无法再分配给原来的DHCP客户端使用时，则DHCP服务器给DHCP客户端回答一个DHCP nack否认信息。当原来的DHCP客户端收到此DHCP nack否认信息后，它就必须重新发送DHCP discover发现信息来请求新的IP地址。

2.6、DHCP租期更新
DHCP租期更新示意图：


        客户端会在租期过去50%的时候，直接向为其提供IP地址的DHCP Server发送DHCP REQUEST消息包。如果客户端接收到该服务器回应的DHCP ACK消息包，客户端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，则客户端继续使用现有的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，则客户端将在租期过去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，客户端必须放弃这个IP地址，重新申请。如果此时无DHCP可用，客户端会使用169.254.0.0/16中随机的一个地址，并且每隔5分钟再进行尝试。

3、DHCP配置命令
3.1、DHCP接口地址池配置
配置命令

例 ：

需求描述: 配置一台路由器作为DHCP服务器端，使用接口GE0/0/0所属的网段作为DHCP客户端的地址池，同时将接口地址设为DNSServer地址，租期设置为3天。


 接口地址池方式配置如下：


全局使能DHCP服务，进入接口视图下，关联当前接口到DHCP地址池，在接口视图下配置DNS地址、排除地址(将接口自身地址排除在外)，同时配置给客户端分配IP地址的租期。

3.2、DHCP全局地址池配置
配置命令

例 ：

需求描述: 配置一台路由器作为DHCP服务器端，配置全局地址池ippool2为DHCP客户端分配IP地址;分配地址为1.1.1.0/24网段，网关地址1.1.1.1，DNS地址同样也是1.1.1.1，租期10天，在GE0/0/0接口下调用全局地址池。


 全局地址池配置如下：


全局使能DHCP服务，配置全局地址池pool2。在pool2中配置地址池范围、网关地址、DNS地址、租期。最后在具体的接口中配置选择全局地址池。当GE0/0/0收到DHCP请求就会从全局地址池中进行IP地址分配。

 3.3、DHCP中继配置

默认当前路由器接口IP地址已配好
AR2配置如下：

[AR2] dhcp enable [AR2] ip pool PC3 [AR2-ip-pool-PC3] network 192.168.3.0 mask 255.255.255.0 [AR2-ip-pool-PC3] gateway-list 192.168.3.254
[AR2-GigabitEthernet0/0/0] dhcp select global  //地池方式分配地址

 AR3配置如下：

[R3] dhcp enable [R3] interface GigabitEthernet0/0/1
[R3-GigabitEthernet0/0/1] dhcp select relay
[R3-GigabitEthernet0/0/1] ip address 192.168.3.254 255.255.255.0  //配置接口IP
[R3-GigabitEthernet0/0/1] dhcp select relay [R3-GigabitEthernet0/0/1] dhcp relay server-ip 10.1.23.2  //填写DHCP服务器地址

然后AR2还需要配置一条到达192.168.3.0/24网段的静态路由


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