DHCP工作原理

DHCP是怎样工作的原理：动态主机设置协定（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联接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。通过较短的租期，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。下面详细介绍以下DHCP自动分配IP地址的过程：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，分别为发现阶段、提供IP、选择IP租约和确认IP租约。发现阶段：DHCP客户机寻找DHCP服务器的阶段 当DHCP客户机第一次登录网络的时候（也就是客户机上没有任何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）。因为客户机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，网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收到这种广播信息，但只有DHCP服务器才会做出响应。提供IP地址租用：DHCP服务器提供IP地址的阶段在网络中接收到DHCPdiscover发现信息的DHCP服务器都会做出响应，它从尚未出租的IP地址中挑选一个分配给DHCP客户机，DHCP为客户保留一个IP地址，然后通过网络广播一个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。此时还是使用广播进行通讯，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。由于客户机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。选择阶段：即DHCP客户机选择某台DHCP服务器提供的IP地址的阶段

如果客户机收到网络上多台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租约确认阶段：即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段当DHCP Server接收到客户机的DHCP REQUEST之后，会广播返回给客户机一个DHCP ACK消息包，表明已经接受客户机的选择，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广播包发给客户机。客户机在接收到DHCP ACK广播后，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，客户机会发出一个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，则客户机的TCP/IP使用租约中提供的IP地址完成初始化，便将收到的IP地址与客户端的网卡绑定。从而可以和其他网络中的主机进行通讯。通过以上DHCP工作流程的步骤，就完成了客户端动态IP地址分配的过程。DHCP客户机租期续约：因为客户机申请的IP地址是有一定的时间限制的，DHCP服务器向DHCP客户端分配IP地址称为出租，通常都设置有租借期限,所以在地址到期之前客户机还会向DHCP服务器发送一个续约的请求.客户机会在租期过去50%的时候，直接向为其提供IP地址的DHCP Server发送DHCP REQUEST消息包。如果客户机接收到该服务器回应的DHCP ACK消息包，客户机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，则客户机继续使用现有的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，则客户机将在租期过去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，客户机必须放弃这个IP地址，重新申请。通过第1次分配IP地址之后，DHCP客户端每次重新登录网络时，就不需要再次发送DHCP discover广播信息了，因为这时已经知道内网中有一个DHCP服务器的IP地址了，所以就直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request信息。当DHCP服务器收到该信息后，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信息。若该IP地址已被使用，则DHCP服务器将发送一个DHCP NACK信息给客户端，客户端收到该信息后，将重新发送DHCP discover信息来请求新的IP地址。如果客户端已知的DHCP服务器IP地址无效，就只有重新发送广播信息，查找新的DHCP服务器了。