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DHCP實現原理

DHCP定義

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議）是一個區域網的網路協議，使用UDP協議工作。它是一種流行的Client/Server協議，一般用於為主機或者為路由器等指定相關的配置資訊。DHCP服務在企業和家庭中得到了大量的應用，它能夠自動分配ip地址以及一些其他的相關資訊，整個過程對客戶透明。

DHCP分配方式

• 自動分配方式（Automatic Allocation），DHCP伺服器為主機指定一個永久性的IP地址，一旦DHCP客戶端第一次成功從DHCP伺服器端租用到IP地址後，就可以永久性的使用該地址。
• 動態分配方式（Dynamic Allocation），DHCP伺服器給主機指定一個具有時間限制的IP地址，時間到期或主機明確表示放棄該地址時，該地址可以被其他主機使用。
• 手工分配方式（Manual Allocation），客戶端的IP地址是由網路管理員指定的，DHCP伺服器只是將指定的IP地址告訴客戶端主機。

DHCP工作過程

DHCP客戶機在啟動時，會搜尋網路中是否存在DHCP伺服器。如果找到，則給DHCP伺服器傳送一個請求。DHCP伺服器接到請求後，為DHCP客戶機選擇TCP/IP配置的引數，並把這些引數傳送給客戶端。 如果已配置衝突檢測設定，則DHCP伺服器在將租約中的地址提供給客戶機之前會使用Ping測試作用域中每個可用地址的連通性。這可確保提供給客戶的每個IP地址都沒有被使用手動TCP/IP配置的另一臺非DHCP計算機使用。

根據客戶端是否第一次登入網路，DHCP的工作形式會有所不同。

初次登入

初次登入時DHCP工作包括四個步驟
1、尋找DHCP伺服器
當DHCP客戶端第一次登入網路的時候，計算機發現本機上沒有任何IP地址設定，將以廣播方式傳送DHCP discover發現資訊來尋找DHCP伺服器，即向255.255.255.255傳送特定的廣播資訊。網路上每一臺安裝了TCP/IP協議的主機都會接收這個廣播資訊，但只有DHCP伺服器才會做出響應。
2、分配IP地址
在網路中接收到DHCP discover發現資訊的DHCP伺服器就會做出響應，它從尚未分配的IP地址池中挑選一個分配給DHCP客戶機，並向DHCP客戶機發送一個包含分配的IP地址和其他設定的DHCP offer提供資訊。
3、接受IP地址

DHCP客戶端接受到DHCP offer提供資訊之後，選擇第一個接收到的提供資訊，然後以廣播的方式回答一個DHCP request請求資訊，該資訊包含向它所選定的DHCP伺服器請求IP地址的內容。
4、IP地址分配確認
當DHCP伺服器收到DHCP客戶端回答的DHCP request請求資訊之後，便向DHCP客戶端傳送一個包含它所提供的IP地址和其他設定的DHCP ack確認資訊，告訴DHCP客戶端可以使用它提供的IP地址。然後，DHCP客戶機便將其TCP/IP協議與網絡卡繫結，另外，除了DHCP客戶機選中的DHCP伺服器外，其他的DHCP伺服器將收回曾經提供的IP地址。

重新登入

以後DHCP客戶端每次重新登入網路時，就不需要再發送DHCP discover發現資訊了，而是直接傳送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request請求資訊。當DHCP伺服器收到這一資訊後，它會嘗試讓DHCP客戶機繼續使用原來的IP地址，並回答一個DHCP ack確認資訊。如果此IP地址已無法再分配給原來的DHCP客戶機使用時，則DHCP伺服器給DHCP客戶機回答一個DHCP nack否認資訊。當原來的DHCP客戶機收到此DHCP nack否認資訊後，它就必須重新發送DHCP discover發現資訊來請求新的IP地址。

1、如果客戶端DHCP request 內的IP地址在伺服器端沒有被使用，DHCP伺服器回覆DHCP ACK繼續使用IP。
2、如果客戶端DHCP request 內的IP地址在伺服器端已被使用，DHCP伺服器回覆DHCP NACK告訴客戶端IP已被使用。
3、回覆NACK後，重新開始DHCP初次登入時的流程

更新租約

DHCP伺服器向DHCP客戶機出租的IP地址一般都有一個租借期限，期滿後DHCP伺服器便會收回出租的IP地址。如果DHCP客戶機要延長其IP租約，則必須更新其IP租約。DHCP客戶機啟動時和IP租約期限到達租約的50%時，DHCP客戶機都會自動向DHCP伺服器傳送更新其IP租約的資訊。

搭建DHCP伺服器

實驗目的

手動搭建一臺DHCP伺服器，使其達到該網段內的所有主機，都能通過該伺服器自動獲取ip地址，並且獲取到的ip地址是自己在DHCP伺服器上所指定的網段

實驗環境

作業系統：CentOs7
工具：VMvare軟體

實驗步驟

1、在CentOS7上安裝DHCP軟體包

[root@CentOs7 ~]# yum -y install dhcp     

2、修改DHCP的配置檔案

[[email protected] ~]# cp /usr/share/doc/dhcp-4.2.5/dhcpd.conf.example  /etc/dhcp/dhcpd.conf 
將樣板拷貝到並替換配置檔案。
在配置檔案中加入這麼一段
subnet 172.25.0.0 netmask 255.255.0.0{
  range 172.25.0.50 172.25.0.253;
}
其中subnet 和netmask分別代表網段號和子網掩碼號。可以按需求選擇三種private ip中的任意一種。
range代表你要劃分的ip池的範圍。

3、關閉VMvare自帶的dhcp伺服器，如下所示，然後所有需要分配ip的主機都使用這一張網絡卡。
例如，我們圖中所示的例子。我使用的是VMNET網絡卡2來進行相關的配置。

我們取消掉該網絡卡的DHCP服務，並且讓所有主機都接入這張網絡卡。
4、服務機上啟動DHCP伺服器

[root@CentOs7 ~]# systemctl start dhcpd.service  

5、Client上重新啟動網絡卡

[root@CentOs7 ~]# systemctl restart network

實驗結果

每臺主機都得到了指定範圍的ip地址，我們使用pssh命令查詢我所開的四臺客戶端的情況，如圖所示：

這四臺客戶機的ip剛好是我們在配置檔案中分配的ip!0