应用层：DHCP协议

发表于 作者 chpdirector

1、简介

动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol），DHCP，动态主机配置协议，前身是BOOTP协议，是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，常用的2个端口：67(DHCP server),68(DHCP client)。DHCP通常被用于局域网环境，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使client动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。简单来说，DHCP就是一个不需要账号密码登录的、自动给内网机器分配IP地址等信息的协议。

2、交互过程

  1. DHCP Client以广播的方式发出DHCP Discover报文。 
  2. 所有的DHCP Server都能够接收到DHCP Client发送的DHCP Discover报文，所有的DHCP Server都会给出响应，向DHCP Client发送一个DHCP Offer报文。DHCP Offer报文中“Your(Client) IP Address”字段就是DHCP Server能够提供给DHCP Client使用的IP地址，且DHCP Server会将自己的IP地址放在“option”字段中以便DHCP Client区分不同的DHCP Server。DHCP Server在发出此报文后会存在一个已分配IP地址的纪录。 
  3. DHCP Client只能处理其中的一个DHCP Offer报文，一般的原则是DHCP Client处理最先收到的DHCP Offer报文。DHCP Client会发出一个广播的DHCP Request报文，在选项字段中会加入选中的DHCP Server的IP地址和需要的IP地址。
  4. DHCP Server收到DHCP Request报文后，判断选项字段中的IP地址是否与自己的地址相同。如果不相同，DHCP Server不做任何处理只清除相应IP地址分配记录；如果相同，DHCP Server就会向DHCP Client响应一个DHCP ACK报文，并在选项字段中增加IP地址的使用租期信息。 
  5. DHCP Client接收到DHCP ACK报文后，检查DHCP Server分配的IP地址是否能够使用。如果可以使用，则DHCP Client成功获得IP地址并根据IP地址使用租期自动启动续延过程；如果DHCP Client发现分配的IP地址已经被使用，则DHCP Client向DHCPServer发出DHCP Decline报文，通知DHCP Server禁用这个IP地址，然后DHCP Client开始新的地址申请过程。 
  6. DHCP Client在成功获取IP地址后，随时可以通过发送DHCP Release报文释放自己的IP地址，DHCP Server收到DHCP Release报文后，会回收相应的IP地址并重新分配。 [4]

3、DHCP报文格式

  • op：报文的操作类型。分为请求报文和响应报文。客户端发送给服务器的包为请求报文，值为 1；服务器发送给客户端的包为响应报文，值为 2。
  • htype：DHCP 客户端的 MAC 地址类型。MAC 地址类型其实是指明网络类型，htype 值为 1 时表示为最常见的以太网 MAC 地址类型。
  • hlen：硬件地址长度。以太网 MAC 地址长度为 6 个字节，即 hlen 值为 6。
  • hops：跳数，DHCP 报文经过的中继数量。每经过一个路由器，该字段就会增加 1。如果没有经过路由器，则值为 0（同一网内）。
  • xid：事务 ID。客户端发起一次请求时选择的随机数，用来标识一次地址请求过程。在一次请求中所有报文的 xid 都是一样的。
  • secs：DHCP 客户端从获取到 IP 地址或者续约过程开始到现在所过去的时间，以秒为单位。在没有获得 IP 地址前，该字段始终为 0。
  • flags：BOOTP 标志位。只使用第 0 比特位，是广播应答标识位，用来标识 DHCP 服务器应答报文是采用单播还是广播发送。其中，0 表示采用单播发送方式，1 表示采用广播发送方式。其余位尚未使用。
  • ciaddr：DHCP 客户端的 IP 地址。仅在 DHCP 服务器发送的 ACK 报文中显示，在其他报文中均显示为 0。这是因为在得到 DHCP 服务器确认前，DHCP 客户端还没有分配到 IP 地址。
  • yiaddr：DHCP 服务器分配给客户端的 IP 地址。仅在 DHCP 服务器发送的 Offer 和 ACK 报文中显示，其他报文中显示为 0。
  • siaddr：为 DHCP 客户端分配 IP 地址等信息的其他 DHCP 服务器 IP 地址。仅在 DHCP Offer、DHCP ACK 报文中显示，其他报文中显示为 0。
  • giaddr：转发代理（网关）IP 地址，DHCP 客户端发出请求报文后经过的第一个 DHCP 中继的 IP 地址。如果没有经过 DHCP 中继，则显示为 0。
  • chaddr：DHCP 客户端的 MAC 地址。在每个报文中都会显示对应 DHCP 客户端的 MAC 地址。
  • sname：为客户端分配 IP 地址的服务器名称（DNS 域名格式）。只在 DHCP Offer 和 DHCP ACK 报文中显示发送报文的 DHCP 服务器名称，其他报文显示为 0。
  • file：DHCP 服务器为 DHCP 客户端指定的启动配置文件名称及路径信息。仅在 DHCP Offer 报文中显示，其他报文中显示为空。
  • options：可选选项，格式为“代码+长度+数据”。

4、DHCP 报文分为 8 种类型

DHCP DISCOVER：这是 DHCP 客户端首次登录网络时进行 DHCP 过程的第一个报文，用来寻找 DHCP 服务器。

DHCP OFFER：DHCP服务器用来响应DHCP,DISCOVER报文，此报文携带了各种配置信息。

DHCP REQUEST：此报文用于以下三种用途：

  • 客户端初始化后，发送广播的 DHCP REQUEST 报文来回应服务器的 DHCP OFFER 报文。
  • 客户端重启初始化后，发送广播的 DHCP REQUEST 报文来确认先前被分配的 IP 地址等配置信息。
  • 当客户端已经和某个 IP 地址绑定后，发送 DHCP REQUEST 报文来延长 IP 地址的租期。

DHCP ACK：服务器对客户端的 DHCP REQUEST 报文的确认响应报文，客户端收到此报文
后，才真正获得了 IP 地址和相关的配置信息。

DHCP NAK：服务器对客户端的 DHCP REQUEST 报文的拒绝响应报文，比如服务器对客户端分配的 IP 地址已超过使用租借期限（服务器没有找到相应的租约记录）或者由于某些原因无法正常分配 IP 地址，则发送 DHCP NAK 报文作为应答（客户端移到了另一个新的网络）。通知 DHCP 客户端无法分配合适 IP 地址。DHCP 客户端需要重新发送DHCP DISCOVERY 报文来申请新的 IP 地址。

DHCP DECLINE：当客户端发现服务器分配给它的 IP 地址发生冲突时会通过发送此报文来通知服务器，并且会重新向服务器申请地址。

DHCP RELEASE：客户端可通过发送此报文主动释放服务器分配给它的 IP 地址，当服务器收到此报文后，可将这个 IP 地址分配给其它的客户端。

DHCP INFORM：客户端已经获得了 IP 地址，发送此报文的目的是为了从服务器获得其他的一些网络配置信息，比如网关地址、DNS 服务器地址等。

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