节将主要讲述DHCP客户端获取IP的过程,也是此系列中非常重要的一节。
    为了让大家更好的理解DHCP客户端和服务器之间是如何交互工作的。这里搭建了一个很小的环境来辅助演示。如下图:
     首先在win2k3上安装DHCP服务器,一台XP主机与之直连。有关DHCP的安装过程,请参考上一节的内容。DHCP安装完成后,如下图:
服务器名称为win2k3,IP为192.168.1.1。依据上节所说,我们需要创建一个新的作用域并激活,这样才能为客户端指派IP地址等信息。这里我创建的范围是192.168.1.1—192.168.1.10,别的选项类型暂时先不设置。如下图:
scope1为当前的作用域,同时已激活,现在可以正常使用了。
OK,万事俱备只等客户端了。通常情况下,DHCP客户端从DHCP上获取一个IP地址需要4个步骤,这里我们通过演示来一起验证一下。
这里依然使用wireshark工具来观察DHCP服务器收、发数据包的情况。在理想的情况下,客户机启动后,会自动联系可用的DHCP来获取IP地址,其实整个过程是很快的,我们先从整体上看一下客户端获取IP的前后过程吧。如下图:
这个图比较大,基本上可以分为5部分,现在一个个来。
第一部分:
1、客户端发送DHCP Discover 数据包。如下图:
解释一下:抓包的时间和前一张图不对应,主要是中途做有别的事了,请见谅。
稍微说一下这张图:当客户端被配置为DHCP自动获取地址时,一旦接入网络,且检测到自己没有IP地址,系统就会发出DHCP Discover 数据包,其中包括了客户机的主机名、MAC地址、甚至还有上一次获取到的IP地址等信息。169.254在这里的含义是告诉DHCP服务器,我是否可以申请这个地址?显然不行,因为这个地址不在DHCP现在的作用域内(下同)。这些信息都包含在Bootstrap Protocol(也就是BOOTP)协议中。这也是DHCP的原始协议。请留意,客户端利用本机的68号端口发出DHCP查询请求,服务端则用67号端口接受此请求。
其实,不仅仅是刚接入会发送查询包,还有在机器刚启动或请求被拒绝时也会触发DHCP Discover数据包。
2、服务器回应DHCP Offer 数据包。如下图:
DHCP服务器会响应客户端的DHCP Discover请求后,会检查自己的配置,如果有多余且有效的地址,则会返回一个DHCP Offer的广播消息。因为此时服务器也不知道客户端在那里。数据包除了有IP地址、掩码外,还有这个地址对应的租约时限。
3、客户端收到IP地址后用DHCP Request 数据包回应DHCP服务器。如下图:
DCHP Request这个数据包是通知当前所有的DHCP服务器,当然也包括分配给它IP地址的那台。目的是让大家知道,客户端XP2已经接受某一台DHCP服务器指派了一个IP地址,并将IP地址通告出去。因为可能网内不止一台DHCP,而且XP2发的第一个包是面向全体的,XP2自己也不知道谁会给它分配IP,同时其他DHCP服务器收到查询请求后必然也会检查各自的配置,然后都会分配IP出来。关键看XP2最先收到谁的Offer,这就和我们面试一样,那个公司现给我们Offer,通常情况下也会先去那家公司,当然,我们不会像客户端那么傻直接回绝其他所有的Offer,哈哈!当其他DHCP服务器收到Request请求数据包后,就会收回已经派出的地址,留做他用。
不过这还没玩,客户端必须得到指派给它IP地址的那台DHCP服务器的确认消息,这个IP地址也就是192.168.1.1才可以正式为XP2所用。一起来看第四个数据包。
4、DHCP收到Request报用DHCP ACK包回应客户机。如下图:
DHCP服务器用ACK数据包作为一个确认来回应客户端的Request包,数据包中的Option同样也包含了租约的IP地址、掩码和期限等信息。
到此为止,客户端和服务器利用DHCP完成了一次交互查询和响应的过程。尽管服务器的IP固定,但这4个过程都是通过广播方式进行的。
这样算不算完了?还不算,现在XP2获取的地址是192.168.1.1,有朋友可能有疑问了,这个IP不就是DHCP服务器的地址吗?没错!的确是这样。那这怎么能行呢?大家不用急,我们来看看主机XP2是如何处理的。
第二部分:
客户机在收到DHCP ACK数据包之后,会利用Gratuitous ARP协议对这个IP地址进行冲突检测,目的是确定网内是否有人使用这个IP。这个机制存在于2000或之后系统内。如果网内有相同机器使用这个IP,那么就会返回数据包。并用广播方式告知对方IP冲突。整个检测过程有三个数据包,但如果没有得到任何回应,也就不会有第二和第三个数据包了。
以下是这三个数据包:
1、客户端发送Gratuitous ARP的Request数据包。如下图:
这个数据包是客户端用来检测IP冲突的。检测的大致原理已经在图中说明了,请注意查看。
2、有相同IP的主机发送Gratuitous ARP的Reply数据包。如下图:
很不幸的是,XP2收到了Reply数据包,这证明网内有于自己相同的IP。此时DHCP服务器也就是192.168.1.1这个IP的原始拥有者会发送一个IP冲突的提示。
看一下第三个数据包。
3、有相同IP的主机以广播方式发送Gratuitous ARP冲突提示信息。如下图:
第三个数据包是DHCP服务器发出了一个冲突提示,在服务器的日志中也有体现
可见,为了防止IP冲突,DHCP客户端收到指派的地址后都会利用ARP协议进行一次冲突检测。
第三部分:
既然检测到这个IP有冲突,自然就无法使用了,接下来客户端会怎么做呢?
1、向DHCP服务器发送Decline拒绝数据包,表示192.168.1.1这个IP无法使用。
大家请注意这个数据包的Transaction ID和最开始的4个DHCP数据包一致,顺利的话,只需要4个数据包即可完成整个过程,但如果有冲突或出现别的情况就会产生额外的过程。这里的DHCP Decline 就是其中的一个。
第三部分:
在此之后,客户机进行第二次的IP地址获取。这部分和第一部分的申请过程一样,只是事务ID有所变化。
第二次申请时,因为192.168.1.1刚才已经指派过,且被拒绝,所以按照顺序接下来会指派下一个可用的IP给XP2主机,显然是192.168.1.2,因为只有它一台主机在申请。
主要看一下DHCP Offer数据包里的IP地址是什么就知道了。如下图:
第四部分:
第二次IP冲突检测,通常情况下会一次发出三个ARP包进行检测。如下图:
第五部分:
IP地址获取成功后,对于客户端来说下一步就是查找WINS服务器,进行NETBIOS名称的注册(这部分请参考《一起学WINS》系列文章)。
    还有一点要说明。为什么会出现DHCP Decline的数据包,也就是为什么192.168.1.1会被分配出去,这个不是服务器的IP吗?原来我在设置作用域的时候不把192.168.1.1也包含了进去,所以DHCP会首先把第一个地址也就是192.168.1.1分配给XP2。所以会出现这种情况。解决的办法很简单,修改作用域,不包含1.1这个地址就可以了,或者设置排除地址,或者添加保留地址,可见第一种方法是最简单的。
    到这里IP地址的获取过程就讲解完了,我们到DHCP服务器管理界面里看一下:
再到XP2上看一下当前的IP地址信息。如下图:
可以看到现在XP2的IP地址是192.168.1.2,Dhcp 的状态也是 Enabled 的。
    有关DHCP服务器的租约、授权、以及DHCP客户端IP的释放和重新获取的内容将在下一节中讲解。
谢谢!
本文出自 “许一君的原创技术博客” 博客,请务必保留此出处http://jeffyyko.blog.51cto.com/28563/163168