dhcp-动态主机管理协议

2023-05-13 本文已影响0人今夜秋风和

dhcp 产生背景以及作用

在网络中，每台计算机为了实现互相通信,都需要配置ip 地址，当网络中只有少数几台计算机时，只需要通过手动的方式为每台计算机配置IP地址。但如果网络中有成百上千台计算机，显然用手工方式为每一台计算机配置IP地址，会有很高的管理成本,通过dhcp, 动态为主机分配ip 地址，解决了时间和成本;

dhcp 简介

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协议工作;
通过dhcp服务，dhcp服务器可以为网络中安装了dhcp客户端
程序的计算机自动分配IP地址和其他相关配置（dns,网关等），
而不需要管理员对每个主机进行逐一配置;

dhcp 特点

优点

减少配置和管理的工作量，便于管理，提高效率;
客户端采用租借的方式获取ip,节约ip 地址;

缺点

dhcp 服务配置错误或出现故障，特别是当网络中只有一台
dhcp服务器时，就会导致网络中所有dhcp客户端无法正常获取
ip地址，影响网络通信;

dhcp功能

通过ip地址与mac地址绑定，实现ip地址的固定分配;
可以自动配置客户端的dns服务器和默认网关;
利用ip地址排除功能，使静态分配给其他主机的IP地址不再分配给另外的dhcp客户端;
划分作用域,网络管理员事先配置好分配的ip 地址段,将这些ip 地址段的ip 地址分配给主机;

dhcp 报文格式

image.png

dhcp报文中各个字段的含义

hlen (hardware length):表示硬件地址长度，以太网的值为6;
hops:表示当前的dhcp报文经过的dhcp中继的数目。该字段由客户端或服务器设置为0，每经过一个dhcp中继时，该字段加1。此字段的作用是限制dhcp报文所经过的dhcp中继数目。服务器和客户端之间的dhcp中继数目不能超过16个，也就是Hops值不能大于16，否则dhcp报文将被丢弃;
xid:表示dhcp客户端选取的随机数，使dhcp服务器的回复与dhcp客户端的报文相关联;
secs (seconds):表示客户端从开始获取地址或地址续租更新后所用的时间，单位是秒;
flags:表示标志字段。只有标志字段的最高位才有意义，其余的15位均被置为0。最高位被解释为单播或者广播响应标志位，0：客户端请求服务器以单播形式发送响应报文1：客户端请求服务器以广播形式发送响应报文;
ciaddr (client ip address):表示客户端的IP地址。可以是服务器分配给客户端的IP地址或者客户端已有的IP地址。客户端在初始化状态时没有IP地址，此字段为0.0.0.0。IP地址0.0.0.0仅在采用dhcp方式的系统启动时允许本主机利用它进行临时的通信，不是有效目的地址;
yiaddr (your client ip address):表示服务器分配给客户端的IP地址。当服务器进行dhcp响应时，将分配给客户端的IP地址填入此字段;
-siaddr (server ip address):dhcp客户端获得启动配置信息的服务器的IP地址;
-giaddr（gateway ip address):表示第一个dhcp中继的IP地址。当客户端发出dhcp请求时，如果服务器和客户端不在同一个网段，那么第一个dhcp中继在将dhcp请求报文转发给dhcp服务器时，会把自己的IP地址填入此字段，dhcp服务器会根据此字段来判断出客户端所在的网段地址，从而选择合适的地址池，为客户端分配该网段的IP地址。服务器还会根据此地址将响应报文发送给此dhcp中继，再由dhcp中继将此报文转发给客户端。
若在到达dhcp服务器前经过了多个dhcp中继，该字段作为客户端所在的网段的标记，填充了第一个dhcp中继的IP地址后不会再变更，只是每经过一个dhcp中继，hops字段的数值会加1;
-chaddr (client hardware address):表示客户端的MAC地址;
-sname (server host name):表示客户端获取配置信息的服务器名字;
file (file name):表示客户端需要获取的启动配置文件名;
options:表示dhcp的选项字段，用来存放分配给dhcp客户端的控制信息和参数;

options 选项报文格式

image.png

options 字段说明

1 设置子网掩码选项;
3 设置网关地址选项;
6 设置dns服务器地址选项;
12 设置dhcp客户端的主机名选项;
15 设置域名后缀选项;
33 设置静态路由选项;
44 设置NetBios服务器选项;
46 设置NetBios节点类型选项;
50 设置请求IP地址选项;
51设置IP地址租约时间选项;
52 设置Option附加选项;
53设置dhcp消息类型;
54设置服务器标识;
55设置请求选项列表;客户端利用该选项指明需要从服务器获取哪些网络配置参数;该选项内容为客户端请求的参数对应的选项值;
58设置续约T1时间，一般是租期时间的50%;
59设置续约T2时间;一般是租期时间的87.5%;
60设置厂商分类信息选项，用于标识dhcp客户端的类型和配置;
61设置客户端标识选项;
66设置TFTP服务器名选项，用来指定为客户端分配的TFTP服务器的域名;
67设置启动文件名选项，用来指定为客户端分配的启动文件名;
77设置用户类型标识;
120 设置SIP服务器IP地址选项;说明：当前仅支持解析IP地址，不支持解析域名;
121设置无分类路由选项;该选项中包含一组无分类静态路由（即目的地址的掩码为任意值，可以通过掩码来划分子网），客户端收到该选项后，将在路由表中添加这些静态路由;

工作原理

网络拓扑

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配置

AR2:
[Huawei]dhcp enable (开启dhcp功能)
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/0 (进入接口0/0/0 视图下)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.10.10 24(配置接口地址)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]dhcp select interface(开启接口采用接口地址池的dhcp服务器功能,分配的ip 地址属于192.168.10.0/24 子网下)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]dhcp server excluded-ip-address 192.168.10.1 (排除不被分配的地址)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]dhcp server excluded-ip-address 192.168.10.254(排除不被分配的地址)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]dhcp server dns-list 8.8.8.8(dns配置)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]dhcp server lease day 0 hour 0 minute 5(配置租期)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]quit

网络抓包

在pc4 上设置启用dhcp ,分别在pc4 接口0/0/1 和AR2 接口0/0/1上进行抓包;
pc4 dhcp client 发送Discovery类型报文,发送广播消息，大喊一声，请分配给我一个ip 地址;

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源ip:0.0.0.0; 目的ip:255.255.255.255(广播形式)
源mac:pc4 mac(让dhcp server 知道谁发过来),目的mac:ff:ff:ff:ff:ff:ff(广播形式)
dhcp 报文内容:

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网络内所有主机都会收到消息，只有dhcp server 会响应，根据接口所用的地址池选择一个未被使用的ip 进行响应;

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源ip:dhcp server ip (192.168.10.10) ,目的ip:分配的ip(192.168.10.253);
源mac:dhcp server mac; 目的mac:pc4 mac;
dhcp 报文:

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客户端此时请求dhcp server,说: 我想用你给我分配的这个ip 地址,因为网络中会存在多个dhcp server,在第一步时都会给客户端分配ip 地址，而dhcp客户端一般只接收第一个收到的dhcp Offer报文，并且还要让其他dhcp server 也知道(我当前分配的ip dhcp client没采用,下次可以另外分给其他的dhcp client了),所以,此时的request的广播消息是必须发出的，源ip 是0.0.0.0；

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dhcp 报文:

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当192.168.10.10 dhcp-server 收到后，它就知道了，有人要使用我分配的ip,我需要进行确认一下，让人家放心去用;

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dhcp 报文:

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dhcp 中继

中继解决的问题

由于在ip地址动态获取过程中采用广播方式发送请求报文，因此dhcp只适用于dhcp客户端和服务器处于同一个子网内的情况。为进行动态主机配置，需要在所有网段上都设置一个dhcp服务器，会浪费资源;
dhcp中继功能可以解决这个问题,每个子网的客户端可以通过dhcp中继与其他网段的服务器通信，最终获取到ip地址。这样，多个网络上的dhcp客户端可以使用同一个dhcp服务器，既节省了成本，又便于进行集中管理;

中继实验

在上述实验中增加一台路由器实现客户端跟dhcp 服务器不在同一网络下的通过中继转发功能；

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配置

AR3 配置
[Huawei]dhcp enable
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.10.10 24
[Huawei]IP pool 192-168-20 (创建全局地址池，当前dhcp-client 和dhcp-server在不同网段，所以要使用全局地址池功能，基于接口的地址池不能生效)
[Huawei-ip-pool-192-168-20]network 192.168.20.0 mask 24(全局地址池中配置给dhcp-client 分配的地址网段)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]dhcp select global (选用全局地址池进行分配)
[Huawei]ip route-static 192.168.20.0 24 192.168.10.11(路由配置)
AR2 配置:
[Huawei]dhcp enable
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.20.10 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]dhcp select relay (开启中继功能)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]dhcp relay server-ip 192.168.10.10(配置中继转发的dhcp-server)
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]ip address 192.168.10.11 24

流程

1.dhcp-client 首先发送广播消息，交换机进行转发到AR2 中继；

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2.AR2中继根据配置的dhcp-server 地址, 对报文重新封装成单播的，发给dhcp-server,源ip: 192.168.20.10, 目的ip:192.168.10.10;

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剩余的流程跟未配置中继类似，只是多了中继的一个转发步骤;

中继与dhcp-server 之间:

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dhcp-client 与中继之间:

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ip 续期

使用dhcp 协议分配的ip 只是临时的，过一段时间会失效，如果还想继续使用的话,就得续期;dhcp-client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。客户机接收到该服务器回应的 dhcp ack 消息包,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;

dhcp 总流程图

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