网络服务-DHCP原理

DHCP （Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议）
是一个局域网的网络协议，使用UDP工作，用途：

给内部的网络或者网络服务供应商自动分配IP地址、子网掩码，网关以及DNS等TCP/IP信息。
给用户或者内部网络管理员作为对所有计算机作中央管理的方法。
优点：
减少了管理员的工作量
避免输入错误的可能
提高了IP地址的利用率
方便客户端的配置
避免IP的冲突
缺点：当局域网中有两台DHCP服务器，从谁获取IP是不确定的。

DHCP服务器需要有固定的IP，才能给其他主机分配IP、子网、掩码、DNS

XP在局域网中如果开启自动获取IP，且局域网中没有DHCP服务器的话，XP会一直进行广播。

Win7及以上，开启自动获取IP，没有DHCP服务器时，在请求一段时间之后，停止请求，随机分配一个169网段的IP地址，为了停止广播。

DHCP的请求过程：
前提：局域网中存在DHCP服务器
A：客户机进行IP的请求（DHCP DISCOVER）
当一个DHCP客户机启动时，客户机会将自己的IP地址设置成0.0.0.0，由于这并不是一个能够通信的IP，所以客户机就必须通过DHCP服务器来获取一个合法的IP地址，但是客户机不知道DHCP服务器的地址，因此DHCP客户机使用0.0.0.0作为源地址，使用UDP68端口作为源端口，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP67端口作为目的端口来广播请求IP地址信息广播信息中包含了DHCP客户机的MAC地址和计算机名，以便DHCP服务器能够确定是哪个主机发送的请求。
B：服务器响应（DHCP OFFER）
当DHCP服务器接收到客户机请求IP地址的信息时，DHCP服务器就在自己的地址池中查找是否有合法的IP地址提供给客户机,如果有合法的IP，DHCP服务器就将此IP做上标记，加入到DHCPOFFER的消息中，并将DHCPOFFER信息广播：
DHCP客户机的MAC地址；DHCP服务器提供的合法的IP地址；子网掩码；默认网关（路由）；租约期限；DHCP服务器的IP地址。
由于DHCP客户机还没有合法的IP，因此DHCP服务器使用自己的IP作为源IP，UDP67端口作为源端口；使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP68端口作为目的端口来广播DHCPOFFER信息
C: 客户机选择IP（DHCPREQUEST）
DHCP客户机收到的第一个DHCPOFFER消息中选择IP地址，DHCP服务器会将分配出去的IP保留，这样该地址就不会提供给其他客户机，在DHCP客户机从第一个DHCP服务器接收DHCPOFFER并选择IP后，DHCP租约的第三个过程发生。客户机广播DHCPREQUEST消息广播到所有的DHCP服务器，因为在客户机接收到DHCPOFFER包的时候已经获取到了DHCP服务器的IP地址，客户机给所有DHCP服务器发送DHCPREQUEST包，目的有两个：

告诉响应客户机DHCPOFFER包最快的的DHCP服务器，接受分配的IP。
告诉其他DHCP服务器，自己已经获取到了合法IP。这样其他DHCP服务器就不会将IP一直标记到发送DHCPDISCOVER消息的客户机的MAC，就会将为其保留的IP取消，用于下一个IP租约请求。
客户机在选择IP的时候，依然是没有配置IP地址的，因此客户机任然使用0.0.0.0的地址作为源地址，使用UDP68端口作为源端口，使用255.255.255.255作为目标地址，UDP67端口作为目标端口来广播DHCPREQUEST信息。
D：服务器确认租约（DHCPACK）
DHCP服务器接收到DHCPREQUEST消息后，以DHCPACK的形式向客户机广播租约成功的确认，该消息包含IP地址的有效租约信息和其他可能配置的信息，虽然在这一步服务器已经确认了客户机的请求，但是客户机还没有收到，因此DHCP服务器还是以广播的形式发送DHCPACK包。
服务器使用自己的IP地址作为源地址，使用UDP67端口作为源端口，使用255.255.255.255作为目标地址，UDP68端口作为目标端口广播DHCPACK消息。如果客户机收到服务器的确认，那么客户机就能够配置IP，完成TCP/IP的初始化。
D(1)：服务器确认租约（DHCPNACK|DHCPNCK）
如果DHCPREQUEST不成功，例如客户机尝试租约之前分配的IP地址，但是该IP地址不再可用，或者因为客户机移到其他子网，该IP无效时，DHCP服务器将广播否定确认消息DHCPNACK，客户机接收不到成功的确认时将会重新开始DHCP租约的过程。

客户机将DHCP服务器分配的IP进行配置，并针对获得的IP发送ARP REQUEST，进行IP冲突的检测，如果有人使用该IP，等待一段时间（一般为10s），再次尝试请求该地址，如果还是无法使用该地址，则向服务器发送DHCP RELEASE报文，放弃该IP地址。

如果在局域网内没有DHCP服务器，或者DHCP主机找不到DHCP服务器，DHCP主机将会从TCP/IP的B类网段169.254.0.0/16中随机挑选一个IP地址作为自己的IP地址，继续每间隔5分钟尝试与DHCP服务器进行通信，一旦与DHCP服务器取得联系，则客户机放弃自动配置的IP地址，使用DHCP服务器分配的的IP地址。
DHCP客户机的续租：
DHCP客户机会在租约过去50%的时候，直接向为其提供IP地址的DHCP服务器发送DHCP REQUEST消息包，客户机就会根据包中所提供的新的租期以及其他已经更新的TCP/IP参数，更新自己的配置，IP租用更新完成。如果没有接收到DHCP服务器的回复，则客户机继续使用现在的IP地址，直到租约的87.5%。
如果在租约已使用50%的情况下没有更新，则客户机到租约过去87.5%的时候再次向为其提供IP地址的DHCP服务器取得联系，度过依旧没有获取到更新确认，则继续使用该IP地址直到租约的100%，放弃该IP重新广播DHCPDISCOVER报文。

DHCP租约的过程：简化
客户机请求IP
客户端发送DHCP Discover
DHCP客户端广播请求IP地址
源地址0.0.0.0
目标地址255.255.255.255

服务器响应
服务器向客户端响应DHCP服务
源地址：192.168.10.10
目标地址：255.255.255.255
DHCP服务器提供的IP地址：192.168.10.120
此处只是提供一个IP地址

客户机选择IP
客户机选择IP地址，尝试连接192.168.10.120，如果连接不上则占用该地址。
客户端广播
选择DHCP服务器（192.168.10.10）
源地址：0.0.0.0
目标地址：255.255.255.0
租约期限为8天（默认）

服务器确定租约
DHCP服务器确认
源地址：0.0.0.0
目标IP：255.255.255.255

DHCP动态主机配置协议
DHCP有避免和固定IP冲突的机制
当客户机重启时可能有三种可能：

客户机重启后直接访问DHCP服务器是否能续约，如果能就继续续租。
客户机重启后DHCP服务器挂掉了，客户机无法得到响应，则继续使用该IP地址，直到租约的50%，。
当客户机在租约过半没有连接到DHCP服务器时，则使用IP至租约时间的87.5%，再次向DHCP服务器请求续租，如果还是连接不上，则继续使用IP地址直至租约结束。重新发送Discover包

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