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DHCP实现原理

DHCP定义

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作。它是一种流行的Client/Server协议，一般用于为主机或者为路由器等指定相关的配置信息。DHCP服务在企业和家庭中得到了大量的应用，它能够自动分配ip地址以及一些其他的相关信息，整个过程对客户透明。

DHCP分配方式

• 自动分配方式（Automatic Allocation），DHCP服务器为主机指定一个永久性的IP地址，一旦DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端租用到IP地址后，就可以永久性的使用该地址。
• 动态分配方式（Dynamic Allocation），DHCP服务器给主机指定一个具有时间限制的IP地址，时间到期或主机明确表示放弃该地址时，该地址可以被其他主机使用。
• 手工分配方式（Manual Allocation），客户端的IP地址是由网络管理员指定的，DHCP服务器只是将指定的IP地址告诉客户端主机。

DHCP工作过程

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使用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。

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。

初次登录

初次登录时DHCP工作包括四个步骤
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协议的主机都会接收这个广播信息，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服务器就会做出响应，它从尚未分配的IP地址池中挑选一个分配给DHCP客户机，并向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DHCP服务器外，其他的DHCP服务器将收回曾经提供的IP地址。

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DHCP discover发现信息来请求新的IP地址。

1、如果客户端DHCP request 内的IP地址在服务器端没有被使用，DHCP服务器回复DHCP ACK继续使用IP。
2、如果客户端DHCP request 内的IP地址在服务器端已被使用，DHCP服务器回复DHCP NACK告诉客户端IP已被使用。
3、回复NACK后，重新开始DHCP初次登录时的流程

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租约期限到达租约的50%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。

搭建DHCP服务器

实验目的

手动搭建一台DHCP服务器，使其达到该网段内的所有主机，都能通过该服务器自动获取ip地址，并且获取到的ip地址是自己在DHCP服务器上所指定的网段

实验环境

操作系统：CentOs7
工具：VMvare软件

实验步骤

1、在CentOS7上安装DHCP软件包

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

2、修改DHCP的配置文件

[root@CentOs7 ~]# cp /usr/share/doc/dhcp-4.2.5/dhcpd.conf.example  /etc/dhcp/dhcpd.conf 
将样板拷贝到并替换配置文件。
在配置文件中加入这么一段
subnet 172.25.0.0 netmask 255.255.0.0{
  range 172.25.0.50 172.25.0.253;
}
其中subnet 和netmask分别代表网段号和子网掩码号。可以按需求选择三种private ip中的任意一种。
range代表你要划分的ip池的范围。

3、关闭VMvare自带的dhcp服务器，如下所示，然后所有需要分配ip的主机都使用这一张网卡。
例如，我们图中所示的例子。我使用的是VMNET网卡2来进行相关的配置。

我们取消掉该网卡的DHCP服务，并且让所有主机都接入这张网卡。
4、服务机上启动DHCP服务器

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

5、Client上重新启动网卡

[root@CentOs7 ~]# systemctl restart network

实验结果

每台主机都得到了指定范围的ip地址，我们使用pssh命令查询我所开的四台客户端的情况，如图所示：

这四台客户机的ip刚好是我们在配置文件中分配的ip!0