DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议)是一个局域网网络协议,使用UDP协议工作, 主要有两个用途:给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址,给用户或者内部网络管理员作为对所有计算机作 中央管理的手段,在RFC 2131中有详细的描述。DHCP有3个端口,其中UDP67和UDP68为正常的DHCP服务端口,分别作为DHCP Server和DHCP Client的服务端口;546号端口用于DHCPv6 Client,而不用于DHCPv4,是为DHCP failover服务,这是需要特别开启的服务,DHCP failover是用来做“双机热备”的。

  DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议)通常被应用在大型的局域网络环境中,主要作用是集中的管理、分配IP地址,使网络环境中的主机动态的获得IP地址、 Gateway地址(默认网关)与本地DNS服务器地址等信息,并能够提升地址的使用率。DHCP协议采用客户端/服务器模型,主机地址的动态分配任务由网络主机驱动。当DHCP服务器接收到来自网络主机申请地址的信息时,才会向网络主机发送相关的地址配置等信息,以实现网络主机地址信息的动态配置。

  

DHCP工作过程主要分为下面几步:

  1. 新到达的主机的首要任务是发现一个要与其交互的DHCP服务器。这可通过DHCP发现报文(DHCP discover message)来完成,客户机在UDP分组中向端口67发送该发现报文。但是这个数据给谁呢?该主机甚至不知道它所链接网络的IP地址,更不用说用于该网络的DHCP服务器地址了。在这种情况下,DHCP客户机生成包含DHCP发现报文的IP数据报,其中使用广播目的地址255.255.255.255并且使用“本主机”源地址0.0.0.0. DHCP客户机将该IP数据包传递给链路层,链路层将该帧广播到所有与该子网。

  2. DHCP服务器收到一个DHCP发现报文时,用一个DHCP提供报文(DHCP offer message)对客户机做出响应,仍然使用IP广播地址255.255.255.255。为什么还是使用广播地址呢?因为在子网中可能有多个DHCP服务器,这些DHCP服务器都会发出DHCP应答报文。客户机只选择其中的一个DHCP服务器的应答报文,一般是最先到达的那个。

  3. 客户机从一个或多个服务器中选择一个,并用DHCP请求报文(DHCP request message)对选中的服务器进行响应,DHCP Client会发出一个广播的DHCP Request报文,在选项字段中会加入选中的DHCP Server的IP地址和需要的IP地址。

  4. DHCP Server收到DHCP Request报文后,判断选项字段中的IP地址是否与自己的地址相同。如果不相同,DHCP Server不做任何处理只清除相应IP地址分配记录;如果相同,DHCP Server就会向DHCP Client响应一个DHCP ACK报文,并在选项字段中增加IP地址的使用租期信息。

  5. DHCP Client接收到DHCP ACK报文后,检查DHCP Server分配的IP地址是否能够使用。如果可以使用,则DHCP Client成功获得IP地址并根据IP地址使用租期自动启动续延过程;如果DHCP Client发现分配的IP地址已经被使用,则DHCP Client向DHCPServer发出DHCP Decline报文,通知DHCP Server禁用这个IP地址,然后DHCP Client开始新的地址申请过程。

  6. DHCP Client在成功获取IP地址后,随时可以通过发送DHCP Release报文释放自己的IP地址,DHCP Server收到DHCP Release报文后,会回收相应的IP地址并重新分配。 

  在使用租期超过50%时刻处,DHCP Client会以单播形式向DHCP Server发送DHCPRequest报文来续租IP地址。如果DHCP Client成功收到DHCP Server发送的DHCP ACK报文,则按相应时间延长IP地址租期;如果没有收到DHCP Server发送的DHCP ACK报文,则DHCP Client继续使用这个IP地址。
在使用租期超过87.5%时刻处,DHCP Client会以广播形式向DHCP Server发送DHCPRequest报文来续租IP地址。如果DHCP Client成功收到DHCP Server发送的DHCP ACK报文,则按相应时间延长IP地址租期;如果没有收到DHCP Server发送的DHCP ACK报文,则DHCP Client继续使用这个IP地址,直到IP地址使用租期到期时,DHCP Client才会向DHCP Server发送DHCP Release报文来释放这个IP地址,并开始新的IP地址申请过程。
 
  需要说明的是:DHCP客户端可以接收到多个DHCP服务器的DHCPOFFER数据包,然后可能接受任何一个DHCPOFFER数据包,但客户端通常只接受收到的第一个DHCPOFFER数据包。另外,DHCP服务器DHCPOFFER中指定[1] 的地址不一定为最终分配的地址,通常情况下,DHCP服务器会保留该地址直到客户端发出正式请求。
 
  正式请求DHCP服务器分配地址DHCPREQUEST采用广播包,是为了让其它所有发送DHCPOFFER数据包的DHCP服务器也能够接收到该数据包,然后释放已经OFFER(预分配)给客户端的IP地址。
 
  如果发送给DHCP客户端的地址已经被其他DHCP客户端使用,客户端会向服务器发送DHCPDECLINE信息包拒绝接受已经分配的地址信息。
在协商过程中,如果DHCP客户端发送的REQUEST消息中的地址信息不正确,如客户端已经迁移到新的子网或者租约已经过期,DHCP服务器会发送DHCPNAK消息给DHCP客户 端,让客户端重新发起地址请求过程。

  

参考资料:

  1. http://baike.baidu.com/item/DHCP

  2. 《计算机网络--自顶向下方法》

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