DHCP的原理及配置

一、了解DHCP服务

1.什么是DHCP

1.1DHCP广播

2.使用DHCP的好处

2.1为什么使用DHCP

3.DHCP的模式与分配方式

3.1分配方式

3.2模式

二、DHCP工作原理

1.四次回话

2.重新登录

3.更新租约

4.扩展

三、安装DHCP服务

四、DHCP局部配置并且测试

五、使用DHCP实现不同网段获取地址

5.1问题

5.2分析DHCP

5.3 两种方法可以解决

一、了解DHCP服务

1.什么是DHCP

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议）是由Internet工作任务小组设计开发的，专门用于为TCP/IP网络中的计算机自动分配TCP/IP参数的协议，是一个应用层协议，使用UDP的67和68端口

DHCP的前身是BOOTP协议（BootstrapProtocol）,BOOTP被创建出来为连接到网络中的设备自动分配地址，后来被DHCP取代了，DHCP比BOOTP更加复杂，功能更强大。（如果使用wireshark抓包过滤协议是用bootp而不是dhcp）

1.1DHCP广播

DHCP广播过程是在网络中用于获取IP地址及其他网络配置信息的一种方法。下面是DHCP广播过程的简要描述：

DHCP Discover：

客户端（通常是计算机或其他网络设备）在初始连接到网络时发送一个DHCP Discover广播消息。这个广播消息的目的地址是255.255.255.255，即广播地址，这样可以确保所有连接到同一个网络的DHCP服务器都能收到这个消息
DHCP Discover消息中包含客户端的MAC地址和可能的其他信息，例如支持的DHCP选项和配置参数的最大长度
DHCP Offer：

DHCP服务器收到DHCP Discover消息后，如果它有可用的IP地址池和配置信息，会向客户端发送DHCP Offer消息
DHCP Offer消息中包含一个可用的IP地址及其他网络配置信息，比如子网掩码、默认网关、DNS服务器等
服务器将自己的IP地址作为源IP发送Offer，目标IP是广播地址
DHCP Request：

客户端收到一个或多个DHCP Offer后，通常会选择其中一个Offer并向发送该Offer的DHCP服务器发送DHCP Request消息，以请求指定的IP地址和配置信息
DHCP Request消息中包含客户端希望使用的IP地址（通常是服务器提供的一个）
DHCP Acknowledge：

DHCP服务器收到DHCP Request消息后，会验证请求的IP地址是否仍然可用。如果IP地址可用，服务器会向客户端发送DHCP Acknowledge消息，确认IP地址分配成功
DHCP Acknowledge消息中包含客户端被分配的IP地址及其他网络配置信息
配置应用：

客户端收到DHCP Acknowledge消息后，会应用所获取的IP地址及其他配置信息。此时客户端与网络正式连接
DHCP广播过程的关键点：
广播地址：客户端使用广播地址发送DHCP Discover消息，以确保所有可能的DHCP服务器都能接收到请求
选择性：客户端可以收到多个DHCP Offer后进行选择，并向其中一个服务器发送DHCP Request来确认选择
确认：DHCP Acknowledge消息由服务器发送，确认了IP地址分配的最终结果

2.使用DHCP的好处

（1）减少管理员的工作量
（2）避免输入错误的可能
（3）避免 IP 地址冲突
（4）当网络更改IP地址段时，不需要再重新配置每个用户的IP地址
（5）提高了IP地址的利用率
（6）方便客户端的配置

2.1为什么使用DHCP

DHCP服务避免了因手动设置IP地址所产生的错误，同时也避免了把一个IP地址分配给多台工作站所造成的地址冲突。DHCP提供了安全、可靠且简单的TCP/IP网络设置，降低了配置 IP地址的负担

3.DHCP的模式与分配方式

3.1分配方式

自动分配：是当DHCP客户机第一次成功地从DHCP服务器获取到一个IP地址后，就永久地使用这个IP地址
手动分配：是由DHCP服务器管理员专门指定IP地址
动态分配：是当DHCP客户机第一次从DHCP服务器获取到IP地址后，并非永久地使用该地址，而是在每次使用完后，DHCP客户机就会释放这个IP地址，供其他客户机使用

3.2模式

典型的C/S模式
在网络中架设一台专用的DHCP服务器，负责集中分配各种网络地址参数（主要包括IP地址、子网掩码、广播地址、默认网关地址、DNS 服务器地址）；其他主机作为DHCP客户机，将网卡配置为自动获取地址，即可与DHCP服务器进行通信，完成自动配置过程

DHCP是C/S模式，DHCP服务端和客户端需要保持通信，DHCP基于UDP协议，双方都有可能会主动向对方发起通信，因此双方都需要监听端口
Server端：DHCP Server（运行dhcp服务）
UDP服务：监听端口 67（bootps）
Client端：DHCP Client（运行dhcp程序）
UDP服务：监听端口 68 （bootpc）

二、DHCP工作原理

客户机从DHCP服务器获得IP地址的过程称为DHCP的租约过程
分为四个步骤：

1.四次回话

客户机请求IP地址

当一个DHCP客户机启动时，客户机还没有IP地址，所以客户机要通过DHCP获取一个合法的地址。此时DHCP客户机以广播方式发送DHCP Discover发现信息来寻找DHCP服务器

服务器响应

当DHCP服务器接收到来自客户机请求IP地址的信息时，它就在自己的IP地址池中查找是否有合法的IP地址提供给客户机。如果有，DHCP服务器就将此IP地址做上标记，加入到 DHCP Offer的消息中，然后DHCP服务器就广播一则DHCP Offer消息

客户机选择IP地址

DHCP客户机从接收到的第一个DHCP Offer消息中提取IP地址，发出IP地址的DHCP服务器将该地址保留，这样该地址就不能再分配给另一个DHCP客户机。之后DHCP客户机会向服务器发送DHCP Request消息

服务器确定租约

DHCP服务器接收到DHCP Request消息后，以DHCP ACK消息的形式向客户机广播成功确认，该消息包含有IP地址的有效租约和其他可配置的信息。当客户机收到DHCP ACK消息时，它就配置了IP地址，完成TCP/IP的初始化

DHCP的工作方式有点像你在找房子时的流程：

找房子：当你刚搬到一个新城市时，你需要找一处房子住下来。在网络中，新加入的设备也需要一个IP地址来“住”在网络上

发出广播：你会向周围的房东广播你的需求，告诉他们你正在找房子。在网络中，设备会向周围的DHCP服务器发出广播消息，告诉它们它们需要一个IP地址

收到房源信息：房东们收到你的广播后，如果有空房间，就会回复你，告诉你他们有可用的房源。在网络中，DHCP服务器收到广播后会回复设备，提供可用的IP地址和其他网络设置，比如网关和DNS服务器的地址

确认租房：你从收到的房源中选择一处合适的房子，然后告诉房东你要租这个房子。在网络中，设备选择一个DHCP服务器提供的IP地址，并向该服务器发送请求，确认租用这个IP地址

签订合同：房东确认接受你的请求后，你们就达成了租房协议，你可以搬进新家了。在网络中，DHCP服务器确认设备的请求后，将正式分配IP地址给设备，并提供其他网络配置信息，设备就可以开始使用这个IP地址与网络上的其他设备进行通信了

总体来说，DHCP广播过程就是一个设备在网络上寻找并租用IP地址的自动化过程，它使得设备能够快速、方便地加入并使用网络

2.重新登录

关于重新登录的情况
DHCP客户机每次重新登录网络时，不需要再发送DHCP Discover信息，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

3.更新租约

当DHCP服务器向客户机出租的IP地址租期达到50%时，就需要更新租约
客户机直接向提供租约的服务器发送DHCP Request包，要求更新现有的地址租约

租期达到50%（T1）时，DHCP客户端会自动以单播的方式向DHCP服务器发送DHCP REQUEST报文，请求更新IP地址租期。如果收到DHCP服务器回应的DHCP ACK报文，则租期更新成功（即租期从0开始计算）；如果收到DHCP NAK报文，则重新发送DHCP DISCOVER报文请求新的IP地址

当租期达到87.5%（T2）时，如果仍未收到DHCP服务器的应答，DHCP客户端会自动以广播的方式向DHCP服务器发送DHCP REQUEST报文，请求更新IP地址租期。如果收到DHCP服务器回应的DHCP ACK报文，则租期更新成功（即租期从0开始计算）；如果收到DHCP NAK报文，则重新发送DHCP DISCOVER报文请求新的IP地址

4.扩展

为什么会获得169.254.0.0/16网段的地址
一开始DHCP客户机初始化TCP/IP，通过UDP端口67向网络中发送一个DHCP DISCOVER广播包，请求租用IP地址。任何接收到DHCP DISCOVER广播包并且能够提供IP地址的DHCP服务器，都会通过UDP端口68给客户机回应一个DHCP OFFER广播包，提供一个IP地址。但是DHCP客户机在发出IP租用请求的DHCP DISCOVER广播包后，将花费1秒钟的时间等待DHCP服务器的回应，如果1秒钟没有服务器的回应，它会将这一广播包重新广播四次（以2，4，8和16秒为间隔，加上1~1000毫秒之间随机长度的时间）。四次之后，如果仍未能收到服务器的回应，则运行Windows的DHCP客户机将从169.254.0.0/16这个自动保留的私有IP地址（APIPA）中选用一个IP地址，而运行其他操作系统的DHCP客户机将无法获得IP地址

三、安装DHCP服务

实验配置步骤：
1、yum安装dhcp服务
2、配置dhcp配置文件
3、启动服务
4、查看端口
5、验证服务

安装DHCP服务前的准备

rpm -q dhcp #查看有没有软件包

yum install -y dhcp #下载软件包

rpm -qc dhcp #查看配置文件有哪些

cat /etc/dhcp/dhcpd.conf #查看配置文件

cp -fp /usr/share/doc/dhcp*/dhcpd.conf.example /etc/dhcp/dhcpd.conf

拷贝模板起名为dhcpd.conf

四、DHCP局部配置并且测试

subnet 网段声明
一台DHCP服务器可以为多个网段提供服务，因此subnet网段声明必须有而且可以有多个。
注意别少了每行结尾的分号！

编辑配置文件

vim /etc/dhcp/dhcpd.conf

subnet 172.16.58.0 netmask 255.255.255.0 {
#default-lease-time 6000;
range 172.16.58.210 172.16.58.220;
option broadcast-address 172.16.58.255;
option routers 172.16.58.200;
option domain-name-servers 114.114.114.114;
}

客户端验证：
ipconfig /release
ipconfig /renew

dhcp默认日志记录在/var/log/messages

客户机预留指定的固定ip地址

编辑配置文件

vim /etc/dhcp/dhcpd.conf

添加配置信息然后保存退出

重启服务器

host 主机声明，作用于单个主机
#hardware ethernet 参数：指定对应主机的 MAC 地址
#fixed-address 参数：指定为该主机保留的IP地址

验证方法跟上面一样

ipconfig /release
ipconfig /renew

ipconfig /all

在服务器端可以通过查看租约文件来了解服务器的 IP 地址分配情况，具体操作如下：

less /var/lib/dhcpd/dhcpd.leases
该租约文件中记录了分配出去的每个IP地址信息（租约记录），包括IP地址、客户端的MAC 地址、租用的起始时间和结束时间等
该文件初始为空，且无需管理员手工配置，但管理员可以浏览此文件查看DHCP服务器的运行情况
文件包含租期声明，每次一个租期被获取，更新或释放，它的新值就被记录到文件的末尾

客户端需要通过dhclient命令释放获取的IP租约时，可以结合“-r”选项。此时再通过执行ifconfig 命令就看不到分配的IP地址了
dhclient -r ens33

五、使用DHCP实现不同网段获取地址

5.1问题

同网段可以通过广播消息来通信，来可以查找主机，那不同网段呢，不同网段不能广播吧，这个时候是不是可以使用DHCP中继这个服务吧，也就是使用中继的技术，你们之前是不是使用过华为的中继嘛，你配一个路由器或者配一个三层交换，然后呢，可以做个DHCP中继指向DHCP服务器，不就是能完成获取DHCP服务吗，就算不在同一网段我通过中继服务器转发不就可以了吗