DHCP服务原理与自动获取实验

一、DHCP的概念

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol ）——动态主机配置协议，专门用于为TCP/IP网络中的计算机自动废品TCP/IP参数的协议，属于应用层。

在现实场景中，就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。

使用DHCP服务可以为大量客户机自动分配地址，提供集中管理，从而减轻管理和维护成本、提高网络配置效率。

可分配的地址信息主要包括：网卡的ip地址、子网掩码；对应的网络地址、广播地址；默认网关地址；DNS服务器地址。

二、DHCP的租约过程

1.Discover——发现阶段，即DHCP客户机寻找DHCP服务器的阶段。DHCP客户机以广播方式（因为DHCP服务器的IP地址对于客户机来说是未知的）发送DHCP discover发现信息来寻找DHCP服务器，即向地址255.255.255.255发送特定的广播信息。网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收到这种广播信息，但只有DHCP服务器才会做出响应。

2.Offer——提供阶段，即DHCP服务器提供IP地址的阶段。在网络中接收到DHCP discover发现信息的DHCP服务器都会做出响应，它从尚未出租的IP地址中挑选一个分配给DHCP客户机，向DHCP客户机发送一个包含出租的IP地址和其他设置的DHCP offer提供信息。

3.Request——请求（选择）阶段，即DHCP客户机选择某台DHCP服务器提供的IP地址的阶段。如果有多台DHCP服务器向DHCP客户机发来的DHCP offer提供信息，则DHCP客户机只接受第一个收到的DHCP offer提供信息，然后它就以广播方式回答一个DHCP request请求信息，该信息中包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。之所以要以广播方式回答，是为了通知所有的DHCP服务器，他将选择某台DHCP服务器所提供的IP地址。

4.ACK——确认阶段，即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段。当DHCP服务器收到DHCP客户机回答的DHCP request请求信息之后，它便向DHCP客户机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，告诉DHCP客户机可以使用它所提供的IP地址。然后DHCP客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定，另外，除DHCP客户机选中的服务器外，其他的DHCP服务器都将收回曾提供的IP地址。

5.Relogin——重新登录。以后DHCP客户机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（比如此IP地址已分配给其它DHCP客户机使用），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。

6.Update——更新租约。DHCP服务器向DHCP客户机出租的IP地址一般都有一个租借期限，期满后DHCP服务器便会收回出租的IP地址。如果DHCP客户机要延长其IP租约，则必须更新其IP租约。DHCP客户机启动时和IP租约期限过一半时，DHCP客户机都会自动向DHCP服务器发送更新其IP租约的信息。

三、DHCP的优势

  • 减少管理；
  • 避免输入错误；
  • 避免IP地址冲突；
  • 提高IP地址使用率；
  • 方便客户端配置。

四、DHCP的分配方式

  1. 自动分配：当DHCP客户机第一次成功从DHCP服务器获取到一个IP地址后就永久使用这个地址
  2. 手动分配：由DHCP服务器管理员专门指定IP地址；
  3. 动态分配：当DHCP客户机第一次成功从DHCP服务器获取到一个IP地址后，并非永久使用这个地址，而是每次使用完后，DHCP客户机就会释放这个IP地址，给其他客户机使用。（PS：我自己做实验验证的时候发现：当分配的IP地址范围足够大的的情况下，主机数不多时，无论释放与否都会获取到与之前一样的IP地址，而当范围极小，比如只有一个的情况下，一台客户机获取到时其他的是无法获取的，除非其释放之后另外一台renew时才能获取）

五、DHCP动态分配实验

实验环境：Windows10宿主机，一台win10虚拟机用作验证，一台Centos7作为服务器进行配置。

实验目的：验证DHCP动态分配IP地址，原先的win10虚拟机是其他网段或者169网段的，根据你配置连接模式而定，最终可以获取到你配置的能网段范围内的ip地址。

实验过程中注意的要点：

  1. 首先是网卡配置，两台虚拟机需要同一块网卡，添加网卡需要重启宿主机；
  2. 其次是防火墙的关闭与SELinux增强型安全功能关闭；
  3. 最后是配置文件之后务必重启对应的服务！

实验过程步骤如下：

（1）下载软件包

（2）换绑网卡

（3）查看软件包配置文件和配置静态IP地址

（4）关闭防火墙和SELinux，更改DHCP配置文件并启用dhcpd服务

（5）原来的win10的ip地址是无效ip

（6）更换win10测试机的网卡进行renew测试

六、总结

本文主要介绍的是DHCP的相关概念和分配ip的原理，以及使用DHCP服务的优势，最后结合一个实验来验证DHCP服务是如何动态分配ip的小实验。