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IT运维 dhcp工作过程详解

发表时间: 2020-05-04 09:57:19

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IT运维 dhcp工作过程详解

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对于学习DHCP来说,很重要的一部分就是对于DHCP工作过程的理解。那么首先DHCP分为两个部分:一个是服务器端,另一个是客户端。所有客户机的IP地址设定资料都由DHCP服务器集中管理,并负责处理客户端的DHCP要求;而客户端则会使用从服务器分配下来的IP地址。

DHCP服务器提供三种IP分配方式:自动分配(AutomaTIc AllocaTIon)、动态分配(Dynamic AllocaTIon)和手动分配。自动分配是当DHCP客户端第一次成功地从DHCP服务器端分配到一个IP地址之后,就永远使用这个地址。动态分配是当DHCP客户端第一次从DHCP服务器分配到IP地址后,并非永久地使用该地址,每次使用完后,DHCP客户端就得释放这个IP地址,以给其他客户端使用,而手动分配是由DHCP服务器管理员专门指定IP地址。

DHCP客户机在启动时,会搜寻网络中是否存在DHCP服务器。如果找到,则给DHCP服务器发送一个请求。DHCP服务器接到请求后,为DHCP客户机选择TCP/IP配置的参数,并把这些参数发送给客户端。如果已配置冲突检测设置,则DHCP 服务器在将租约中的地址提供给客户机之前会试用Ping测试作用域中每个可用地址的连通性。这可确保提供给客户的每个IP地址都没有被使用手动TCP/IP配置的另一台非DHCP 计算机使用。

  DHCP工作过程的六个主要步骤

  根据客户端是否第一次登录网络,DHCP的工作形式会有所不同。客户端从DHCP服务器上获得IP地址的整个过程分为以下六个步骤:

1、寻找DHCP服务器

  当 DHCP客户端第一次登录网络的时候,计算机发现本机上没有任何IP地址设定,将以广播方式发送DHCP discover发现信息来寻找DHCP服务器,即向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 介绍这个广播信息,但只有DHCP服务器才会做出响应。

2、分配IP地址

  在网络中接收到DHCP discover发现信息的DHCP服务器都会做出相应,它从尚未分配的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分配的IP地址和其他设置的DHCP offer提供信息。

3、接受 IP地址

  DHCP客户端接受到DHCP offer提供信息之后,选择第一个接收到的提供信息,然后以广播的方式回答一个DHCP request请求信息,该信息包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。

4、IP地址分配确认

  当 DHCP服务器收到DHCP客户端回答的DHCP request请求信息之后,便向DHCP客户端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客户端可以使用它提供的IP地址。然后,DHCP客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定,另外,除了DHCP客户机选中的 服务器外,其他的DHCP服务器将收回曾经提供的IP地址。

5、重新登录

  以 后DHCP客户端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,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DHCPdiscover发现信息来请求新的IP地址。

6、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。

  dhcp工作过程详解

  DHCP客户端通过和DHCP服务器的交互通讯以获得IP地址租约。为了从DHCP服务器获得一个IP地址,在标准情况下DHCP客户端和DHCP服务器之间会进行四次通讯。DHCP协议通讯使用端口UDP 67(服务器端)和UDP 68(客户端)进行通讯,UDP68端口用于客户端请求,UDP67用于服务器响应,并且大部分DHCP协议通讯使用广播进行。

  DHCP客户端和DHCP服务器的这四次通讯过程

1、DHCP DISCOVER

  当DHCP客户端计算机处于以下三种情况之一时,触发DHCPDISCOVER广播消息:

  当TCP/IP协议作为DHCP客户端(自动获取IP地址)进行初始化(DHCP客户端启动计算机、启用网络适配器或者连接到网络时);

  DHCP客户端请求某个IP地址被DHCP服务器拒绝,通常发生在已获得租约的DHCP客户端连接到不同的网络中;

  DHCP客户端释放已有租约并请求新的租约。

  此时,DHCP客户端发起DHCPDISCOVER广播消息,向所有DHCP服务器获取IP地址租约。此时由于DHCP客户端没有IP地址,因此在数据包中,使用0.0.0.0作为源IP地址,然后广播地址255.255.255.255作为目的地址。在此请求数据包中同样会包含客户端的MAC地址和计算机名,以便DHCP服务器进行区分。

  如果没有DHCP服务器答复DHCP客户端的请求,DHCP客户端在等待1秒后会再次发送DHCPDISCOVER广播消息。除了第一个DHCPDISCOVER广播消息外,DHCP客户端还会发出三个DHCPDISCOVER广播消息,等待时延分别为9秒、13秒和16秒加上一个长度为0~1000毫秒之间的随机时延。如果仍然无法联系DHCP服务器,则认为自动获取IP地址失败,默认情况下将随机使用APIPA(自动专有IP地址,169.254.0.0/16)中定义的未被其他客户使用的IP地址,子网掩码为255.255.0.0,但是不会配置默认网关和其他TCP/IP选项,因此只能和同子网的使用APIPA地址的客户端计算机进行通讯。你可以通过注册表中的DWORD键值IPAutoconfiguraTIonEnabled来禁止客户端计算机使用APIPA地址进行自动配置,此键值位于

  HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters

  当其值设置为0时,则不使用APIPA地址进行自动配置。

  在Windows XP和Windows Server 2003中,针对客户端计算机的TCP/IP选项中有一个备用配置选项,只有当客户端计算机配置为DHCP客户端(自动获取IP地址)时才有此备用配置。你可以通过备用配置来为DHCP客户端在无法联系DHCP服务器时为DHCP客户端指定静态IP地址,如下图所示:

  如果没有配置APIPA地址和备用IP地址,则DHCP客户端会每隔5分钟再发送DHCPDISCOVER广播消息,直到从DHCP服务器获取IP地址为止。

2、DHCP OFFER

  所有接收到DHCP客户端发送的DHCPDISCOVER广播消息的DHCP服务器会检查自己的配置,如果具有有效的DHCP作用域和富余的IP地址,则DHCP服务器发起DHCPOFFER广播消息来应答发起DHCPDISCOVER广播的DHCP客户端,此消息包含以下内容:

  客户端MAC地址;

  DHCP服务器提供的客户端IP地址;

  DHCP服务器的IP地址;

  DHCP服务器提供的客户端子网掩码;

  其他作用域选项,例如DNS服务器、网关、WINS服务器等;

  租约期限等。

  因此DHCP客户端没有IP地址,所以DHCP服务器同样使用广播进行通讯:源IP地址为DHCP服务器的IP地址,而目的IP地址为255.255.255.255。同时,DHCP服务器为此客户保留它提供的IP地址,从而不会为其他DHCP客户分配此IP地址。如果有多个DHCP服务器给予此DHCP客户端回复DHCPOFFER消息,则DHCP客户端接受它接收到的第一个DHCPOFFER消息中的IP地址。

3、DHCP REQUEST

  当DHCP客户端接受DHCP服务器的租约时,它将发起DHCPREQUEST广播消息,告诉所有DHCP服务器自己已经做出选择,接受了某个DHCP服务器的租约。

  在此DHCPREQUEST广播消息中包含了DHCP客户端的MAC地址、接受的租约中的IP地址、提供此租约的DHCP服务器地址等,所有其他的DHCP服务器将收回它们为此DHCP客户端所保留的IP地址租约,以给其他DHCP客户端使用。

  此时由于没有得到DHCP服务器最后确认,DHCP客户端仍然不能使用租约中提供的IP地址,所以在数据包中仍然使用0.0.0.0作为源IP地址,广播地址255.255.255.255作为目的地址。

4、DHCP ACK

  提供的租约被接受的DHCP服务器在接收到DHCP客户端发起的DHCPREQUEST广播消息后,会发送DHCPACK广播消息进行最后的确认,在这个消息中同样包含了租约期限及其他TCP/IP选项信息。

  如果DHCP客户端的操作系统为Windows 2000及其后版本,当DHCP客户端接收到DHCPACK广播消息后,会向网络发出三个针对此IP地址的ARP解析请求以执行冲突检测,确认网络上没有其他主机使用DHCP服务器提供的IP地址,从而避免IP地址冲突。如果发现该IP已经被其他主机所使用(有其他主机应答此ARP解析请求),则DHCP客户端则会广播发送(因为它仍然没有有效的IP地址)DHCPDECLINE消息给DHCP服务器拒绝此IP地址租约,然后重新发起DHCP DISCOVER进程。此时,在DHCP服务器管理控制台中,会显示此IP地址为BAD_ADDRESS。

  如果没有其他主机使用此IP地址,则DHCP客户端的TCP/IP使用租约中提供的IP地址完成初始化,从而可以和其他网络中的主机进行通讯。至于其他TCP/IP选项,如DNS服务器和WINS服务器等,本地手动配置将覆盖从DHCP服务器获得的值。

租约续约

  DHCP服务器将IP地址提供给DHCP客户端时,会包含租约的有效期,默认租约期限为8天(691200秒)。除了租约期限外,还具有两个时间值T1和T2,其中T1定义为租约期限的一半,默认情况下是四天(345600秒),而T2定义为租约期限的的7/8,默认情况下为7天(604800秒)。当到达T1定义的时间期限时,DHCP客户端会向提供租约的原始DHCP服务器发起DHCP REQUEST请求对租约进行更新,如果DHCP服务器接受此请求则回复DHCP ACK消息,包含更新后的租约期限;如果DHCP服务器不接受DCHP客户端的租约更新请求(例如此IP已经从作用域中去除),则向DHCP客户端位于回复DHCP NACK消息,此时DHCP客户端立即发起DHCP DISCOVER进程以寻求IP地址。如果DHCP客户端没有从DHCP服务器得到任何回复,则继续使用此IP地址直到到达T2定义的时间限制。此时,DHCP客户端再次向提供租约的原始DHCP服务器发起DHCP REQUEST请求对租约进行更新,如果仍然没有得到DHCP服务器的回复则发起DHCP DISCOVER进程以寻求IP地址。

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