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前言
一、DHCP概述
1、DHCP介绍
2、DHCP的优势
#xff08;1#xff09;准确的IP配置
#xff08;2#xff09;减少IP地址冲突
#xff08;3#xff09;IP地址管理的自动化
#xff08;4#xff09;高效的变更管理
#xff08;5#xff09;降低客户端的…目录
前言
一、DHCP概述
1、DHCP介绍
2、DHCP的优势
1准确的IP配置
2减少IP地址冲突
3IP地址管理的自动化
4高效的变更管理
5降低客户端的配置和维护成本
6集中管理
3、DHCP分配机制
1动态分配机制
2静态分配机制
4、DHCP角色
1DHCP服务器
2DHCP客户端
3DHCP中继
5、DHCP工作原理
1同网段无中继
2不同网段有中继
6、DHCP客户端更新租期
7、DHCP使用场景
二、DHCP配置
1、案例
2、配置过程
1AR1
2AR2
3L2-SW1
3、测试
1PC1
2PC2
3PC3
4PC4
结语 前言 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实现的自动化分配IP地址不仅降低了配置和部署设备的时间同时也降低了发生配置错误的可能性另外DHCP服务器可以管理多个网段的配置信息当某个网段的配置发生变化时管理员只需要更新DHCP服务器上的相关配置即可实现了集中化管理 一、DHCP概述 1、DHCP介绍 动态主机配置协议DHCPDynamic Host Configuration Protocol是一种网络管理协议用于集中对用户IP地址进行动态管理和配置DHCP于1993年10月成为标准协议其前身是BOOTP协议DHCP协议由RFC 2131定义采用客户端/服务器通信模式由客户端DHCP Client向服务器DHCP Server提出配置申请DHCP Server为网络上的每个设备动态分配IP地址、子网掩码、默认网关地址域名服务器DNS地址和其他相关配置参数以便可以与其他IP网络通信DHCP协议采用UDP作为传输协议DHCP客户端发送请求消息到DHCP服务器的68号端口DHCP服务器回应应答消息给DHCP客户端的67号端口 2、DHCP的优势 1准确的IP配置 IP地址配置参数必须准确手工输入时很容易出错使用DHCP服务器可以最大程度地降低这种风险 2减少IP地址冲突 每个连接的设备都必须有一个IP地址但是每个地址只能使用一次重复的地址将导致无法连接一个或两个设备的冲突当手动分配地址时尤其是在存在大量仅定期连接的端点例如移动设备时可能会发生这种情况DHCP的使用可确保每个地址仅使用一次 3IP地址管理的自动化 如果没有DHCP网络管理员将需要手动分配和撤消地址跟踪哪个设备具有什么地址可能是徒劳的因为几乎无法理解设备何时需要访问网络以及何时需要离开网络DHCP允许将其自动化和集中化因此网络专业人员可以从一个位置管理所有位置 4高效的变更管理 DHCP的使用使更改地址范围或端点变得非常简单例如组织可能希望将其IP寻址方案从一个范围更改为另一个范围DHCP服务器配置有新信息该信息将传播到新端点同样如果升级并更换了网络设备则不需要网络配置 5降低客户端的配置和维护成本 DHCP易配置部署对于非技术用户DHCP能够将客户端与配置相关的操作降至最低并能够降低远程部署和维护成本 6集中管理 DHCP服务器可以管理多个网段的配置信息当某个网段的配置发生变化时管理员只需要更新DHCP服务器上的相关配置即可 3、DHCP分配机制 1动态分配机制 通过DHCP为主机分配一个有使用期限这个使用期限通常叫做租期的IP地址这种分配机制适用于主机需要临时接入网络或者空闲地址数小于网络主机总数且主机不需要永久连接网络的场景 2静态分配机制 网络管理员通过DHCP为指定的主机分配固定的IP地址相比手工静态配置IP地址通过DHCP方式静态分配机制避免人工配置发生错误方便管理员统一维护管理 4、DHCP角色 1DHCP服务器 DHCP服务器负责从地址池中选择IP地址分配至DHCP客户端还可以为DHCP客户端提供其他网络参数如默认网关地址、DNS服务器地址和WINS服务器地址。DHCP服务器可以接收处理来自本网段或跨网段由DHCP中继转发的DHCP请求报文 2DHCP客户端 DHCP客户端发送DHCP请求报文、通过BOOTP或DHCP协议请求获取IP地址等网络参数的设备。例如IP电话、PC、手机、无盘工作站等 3DHCP中继 DHCP中继负责转发DHCP服务器和DHCP客户端之间的DHCP报文协助DHCP服务器向DHCP客户端动态分配网络参数的设备 DHCP客户端广播发送请求报文即目的IP地址为255.255.255.255位于同一网段内的DHCP服务器能够接收请求报文如果DHCP客户端和DHCP服务器不在同一个网段DHCP服务器无法接收来自客户端的请求报文此时需要通过DHCP中继来转发DHCP报文不同于传统的IP报文转发DHCP中继接收到DHCP请求或应答报文后会重新修改报文格式并生成一个新的DHCP报文再进行转发 5、DHCP工作原理 只有跟DHCP客户端在同一个网段的DHCP服务器才能收到DHCP客户端广播的DHCP DISCOVER报文当DHCP客户端与DHCP服务器不在同一个网段时必须部署DHCP中继来转发DHCP客户端和DHCP服务器之间的DHCP报文在DHCP客户端看来DHCP中继就像DHCP服务器在DHCP服务器看来DHCP中继就像DHCP客户端 1同网段无中继 在没有部署DHCP中继的场景下首次接入网络DHCP客户端与DHCP服务器的报文交互过程该过程称为DHCP报文四步交互 第一步发现阶段 首次接入网络的DHCP客户端不知道DHCP服务器的IP地址为了学习到DHCP服务器的IP地址DHCP客户端以广播方式发送DHCP DISCOVER报文目的IP地址为255.255.255.255给同一网段内的所有设备包括DHCP服务器或中继DHCP DISCOVER报文中携带了客户端的MAC地址chaddr字段、需要请求的参数列表选项Option55、广播标志位flags字段等信息 第二步提供阶段 与DHCP客户端位于同一网段的DHCP服务器都会接收到DHCP DISCOVER报文DHCP服务器选择跟接收DHCP DISCOVER报文接口的IP地址处于同一网段的地址池并且从中选择一个可用的IP地址然后通过DHCP OFFER报文发送给DHCP客户端 通常DHCP服务器的地址池中会指定IP地址的租期如果DHCP客户端发送的DHCP DISCOVER报文中携带了期望租期服务器会将客户端请求的期望租期与其指定的租期进行比较选择其中时间较短的租期分配给客户端
DHCP服务器在地址池中为客户端分配IP地址的顺序如下
DHCP服务器上已配置的与客户端MAC地址静态绑定的IP地址客户端发送的DHCP DISCOVER报文中Option50请求IP地址选项指定的地址地址池内查找“Expired”状态的IP地址即曾经分配给客户端的超过租期的IP地址在地址池内随机查找一个“Idle”状态的IP地址如果未找到可供分配的IP地址则地址池依次自动回收超过租期的“Expired”状态和处于冲突状态“Conflict”状态的IP地址回收后如果找到可用的IP地址则进行分配否则DHCP客户端等待应答超时后重新发送DHCP DISCOVER报文来申请IP地址 设备支持在地址池中排除某些不能通过DHCP机制进行分配的IP地址例如客户端所在网段已经手工配置了地址为192.168.1.100/24的DNS服务器DHCP服务器上配置的网段为192.168.1.0/24的地址池中需要将192.168.1.100的IP地址排除不能通过DHCP分配此地址否则会造成地址冲突 为了防止分配出去的IP地址跟网络中其他客户端的IP地址冲突DHCP服务器在发送DHCP OFFER报文前通过发送源地址为DHCP服务器IP地址、目的地址为预分配出去IP地址的ICMP ECHO REQUEST报文对分配的IP地址进行地址冲突探测如果在指定的时间内没有收到应答报文表示网络中没有客户端使用这个IP地址可以分配给客户端如果指定时间内收到应答报文表示网络中已经存在使用此IP地址的客户端则把此地址列为冲突地址然后等待重新接收到DHCP DISCOVER报文后按照前面介绍的选择IP地址的优先顺序重新选择可用的IP地址 此阶段DHCP服务器分配给客户端的IP地址不一定是最终确定使用的IP地址因为DHCP OFFER报文发送给客户端等待16秒后如果没有收到客户端的响应此地址就可以继续分配给其他客户端通过下面的选择阶段和确认阶段后才能最终确定客户端可以使用的IP地址 第三步选择阶段 如果有多个DHCP服务器向DHCP客户端回应DHCP OFFER报文则DHCP客户端一般只接收第一个收到的DHCP OFFER报文然后以广播方式发送DHCP REQUEST报文该报文中包含客户端想选择的DHCP服务器标识符即Option54和客户端IP地址即Option50填充了接收的DHCP OFFER报文中yiaddr字段的IP地址 DHCP客户端广播发送DHCP REQUEST报文通知所有的DHCP服务器它将选择某个DHCP服务器提供的IP地址其他DHCP服务器可以重新将曾经分配给客户端的IP地址分配给其他客户端 第四步确认阶段 当DHCP服务器收到DHCP客户端发送的DHCP REQUEST报文后DHCP服务器回应DHCP ACK报文表示DHCP REQUEST报文中请求的IP地址Option50填充的分配给客户端使用 DHCP客户端收到DHCP ACK报文会广播发送免费ARP报文探测本网段是否有其他终端使用服务器分配的IP地址如果在指定时间内没有收到回应表示客户端可以使用此地址如果收到了回应说明有其他终端使用了此地址客户端会向服务器发送DHCP DECLINE报文并重新向服务器请求IP地址同时服务器会将此地址列为冲突地址当服务器没有空闲地址可分配时再选择冲突地址进行分配尽量减少分配出去的地址冲突 当DHCP服务器收到DHCP客户端发送的DHCP REQUEST报文后如果DHCP服务器由于某些原因例如协商出错或者由于发送REQUEST过慢导致服务器已经把此地址分配给其他客户端无法分配DHCP REQUEST报文中Option50填充的IP地址则发送DHCP NAK报文作为应答通知DHCP客户端无法分配此IP地址DHCP客户端需要重新发送DHCP DISCOVER报文来申请新的IP地址 2不同网段有中继 有DHCP中继的场景中首次接入网络的DHCP客户端和DHCP服务器的工作原理与无中继场景时DHCP客户端首次接入网络的工作原理相同主要差异是DHCP中继在DHCP服务器和DHCP客户端之间转发DHCP报文以保证DHCP服务器和DHCP客户端可以正常交互 第一步发现阶段 DHCP中继接收到DHCP客户端广播发送的DHCP DISCOVER报文后进行如下处理
检查DHCP报文中的hops字段如果大于16则丢弃DHCP报文否则将hops字段加1表明经过一次DHCP中继并继续下面的操作检查DHCP报文中的giaddr字段如果是0将giaddr字段设置为接收DHCP DISCOVER报文的接口IP地址如果不是0则不修改该字段继续下面的操作将DHCP报文的目的IP地址改为DHCP服务器或下一跳中继的IP地址源地址改为中继连接客户端的接口地址通过路由转发将DHCP报文单播发送到DHCP服务器或下一跳中继 如果DHCP客户端与DHCP服务器之间存在多个DHCP中继后面的中继接收到DHCP DISCOVER报文的处理流程同前面所述 第二步提供阶段 DHCP服务器接收到DHCP DISCOVER报文后选择与报文中giaddr字段为同一网段的地址池并为客户端分配IP地址等参数然后向giaddr字段标识的DHCP中继单播发送DHCP OFFER报文
DHCP中继收到DHCP OFFER报文后会进行如下处理
检查报文中的giaddr字段如果不是接口的地址则丢弃该报文否则继续下面的操作DHCP中继检查报文的广播标志位如果广播标志位为1则将DHCP OFFER报文广播发送给DHCP客户端否则将DHCP OFFER报文单播发送给DHCP客户端 第三步选择阶段 中继接收到来自客户端的DHCP REQUEST报文的处理过程同无中继场景下的选择阶段 第四步确认阶段 中继接收到来自服务器的DHCP ACK报文的处理过程同无中继场景下的确认阶段 6、DHCP客户端更新租期 DHCP服务器采用动态分配机制给客户端分配IP地址时分配出去的IP地址有租期限制DHCP客户端向服务器申请地址时可以携带期望租期服务器在分配租期时把客户端期望租期和地址池中租期配置比较分配其中一个较短的租期给客户端租期到期或者客户端下线释放地址后服务器会收回该IP地址收回的IP地址可以继续分配给其他客户端使用这种机制可以提高IP地址的利用率避免客户端下线后IP地址继续被占用如果DHCP客户端希望继续使用该地址需要更新IP地址的租期如延长IP地址租期 当租期达到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地址如果租期时间到时都没有收到服务器的回应客户端停止使用此IP地址重新发送DHCP DISCOVER报文请求新的IP地址 客户端在租期时间到之前如果用户不想使用分配的IP地址例如客户端网络位置需要变更会触发DHCP客户端向DHCP服务器发送DHCP RELEASE报文通知DHCP服务器释放IP地址的租期DHCP服务器会保留这个DHCP客户端的配置信息将IP地址列为曾经分配过的IP地址中以便后续重新分配给该客户端或其他客户端客户端可以通过发送DHCP INFORM报文向服务器请求更新配置信息 7、DHCP使用场景 DHCP通常被应用在大型的局域网络环境中主要作用是集中的管理、分配IP地址使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息并能够提升地址的使用率 二、DHCP配置 1、案例 2、配置过程 1AR1 2AR2 3L2-SW1 3、测试 1PC1 2PC2 3PC3 4PC4 结语 相比手工静态配置IP地址通过DHCP方式静态分配机制避免人工配置发生错误方便管理员统一维护管理除此以外DHCP还可以为网络主机提供除IP地址以外的网络参数例如DNS服务器的IP地址、路由信息、网关地址等
