DHCP协议详细解析

一、DHCP定义

DHCP(动态主机配置协议)：是一个应用层的网络协议。指的是由服务器控制一段IP地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码。当我们将客户主机ip地址设置为动态获取方式时，DHCP服务器就会根据DHCP协议给客户端分配IP，使得客户机能够利用这个IP上网。

DHCP前身是BOOTP，在Linux的网卡配置中也能看到显示的是BOOTP，DHCP引进一个bootp没有的概念：租约。bootp分配的地址是永久的而dhcp分配的地址是可以有期限的

DHCP分为二个部分：一个服务器端，另一个是客户端(通常为网络中的PC、打印机等终端设备)。

二、DHCP作用及特点

1、DHCP可以自动分配IP、子网掩码、网关、DNS。

2、DHCP客户端使用的端口是68，服务端端口是67，使用的UDP应用层的协议。

3、DHCP一般不为服务器分配IP,因为它们要使用固定IP,所以DHCP一般只为办公环境的主机分配IP

4、DHCP服务器和客户端需要在一个局域网内，在为客户端分配IP的时候需要进行多次广播，但DHCP也可以为其它网段内的主机分配IP，只要连接二个网段中间的路由器能转发DHCP配置请求即可，但这要求路由器配置中继功能。

三、DHCP服务器IP分配三种方式

1、自动分配方式，DHCP服务器为主机指定一个永久性的IP地址，一旦DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端租用到IP地址后，就可以永久性的使用该地址，

2、动态分配方式，DHCP服务器给主机指定一个具有时间限制的IP地址，时间到期或主机明确表示放弃该地址时，该地址可以被其他主机使用。

3、手工分配方式，客户端的IP地址是由网络管理员指定的，DHCP服务器只是将指定的IP地址告诉客户端主机

第三种是最常见的使用形式，地址的有效使用时间段称为租约期，租约期满之前，客户端必须向服务器请求继续租用。服务器接受请求后才能继续使用，否则无条件放弃。

四、DHCP中继

默认情况下，路由器隔离官博包，不会将接收到的广播包从一个子网发送到另外一个子网。当DHCP服务器和客户端不在同一个子网时，充当客户端默认网关的路由器将广播包发送到DHCP所在的子网，这一功能就称为DHCP中继。

DHCP中继代理，就是在DHCP服务器和客户端之间转发DHCP数据包。当DHCP客户端于服务器端不在同一个子网上，就必须有DHCP中继代理DHCP请求和应答消息，DHCP中继代理的数据的数据转发，与通常路由器转发不同的，通常的路由转发相对来说是透明传输的，设备一般不会修改IP包内容，而DHCP中继代理接收到DHCP消息后，重新生成一个DHCP消息，然后转发出去

DHCP中继主机必须自己具有路由能力，且双方的数据报互传对方。如果不使用中继，也可以在每个网络中安装DHCP服务器，但这样的话，一来设备成本会增加，而且管理上面也比较分散，当然，如果在大型网络中，这样的均衡式架构还是可取的。

五、DHCP服务工作流程

第一步：搜索阶段

当DHCP客户端第一次登陆网络的时候，计算机发现本机上没有任何IP地址设定，将以广播方式发送DHCP discover发现信息来寻找DHCP服务器，即向255.255.255.255发送特定的广播信号，网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收这个广播信息，但只有DHCP服务器才会做出响应。（dhcp discover）

第二步：提供阶段

在网络中接收到DHCP discover发现信息的DHCP服务器就会做出相应，它从尚未分配的IP地址池中挑选一个分配给DHCP客户机，向DHCP客户机发送一个包含分配的IP地址和其它设置的DHCP offer提供信息，因为此时客户端还没有IP，所以返回也是以广播的方式返回的。（dhcp offer）

第三步：选择阶段

DHCP客户端接受到DHCP offer提供信息之后，选择第一个接收到的提供信息，然后以广播的方式回答一个DHCP request请求信息，该信息包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。（DHCP REQUEST）

第四步：确认阶段

当DHCP服务器收到DHCP客户端回答的DHCP request请求信息之后，便向DHCP客户端发送一个包含它所提供的IP地址和其他设置的DHCP ack确认信息，确认租约，并指定租约时长。告诉DHCP客户端可以使用它提供的IP地址。然后，DHCP客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定，另外，除了DHCP客户机选中的DHCP服务器外，其他的DHCP服务器将收回曾经提供的IP地址。（DHCP ACK）

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客户机继续使用原来的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客户机使用时，则DHCP服务器给DHCP客户机回答一个DHCP nack否认信息。当原来的DHCP客户机收到此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。

DHCP续租

1、在使用租期过去50%时刻处， 客户端向服务器发送单播DHCP REQUEST报文续延租期。
2、如果收到服务器的DHCP ACK报文，则租期相应向前延长，续租成功。如果没有收到DHCP ACK报文，则客户端继续使用这个IP地址。在使用租期过去**87.5%**时刻处，向服务器发送广播DHCP REQUEST报文续延租期。
3、如果收到服务器的DHCP ACK报文，则租期相应向前延长，续租成功。如果没有收到DHCP ACK报文，则客户端继续使用这个IP地址。在使用租期到期时，客户端自动放弃使用这个IP地址，并开始新的DHCP过程。