DHCP

Posted 2020-12-22 hsgoose

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了DHCP相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

DHCP服务

一、DHCP介绍

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议),通常被应用在局域网络环境中，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、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。由于DHCP是一个UDP协议，所以运行起来更加高效。

DHCP协议采用客户端/服务器模型(C/S模型)，服务端可以为客户端提供IP、掩码、网关、主机名、DNS等信息。客户端只需将IP获得方式设置为自动获取即可。

目前可以提供DHCP服务的设备有很多，比如:

DHCP服务器(windows server、linux)

硬件路由器

家用宽带路由

二、DHCP应用场景

1）公司局域网环境

2）家庭局域网环境

3）公共场合的wifi环境

4）宽带环境网络

使用DHCP的优点：
?
1）傻瓜式接入：用户只需懂得插网线到电脑，或者输入WiFi密码接入网络即可实现联网
?
2）IP高效利用：及时回收IP机制，保证IP的高利用性，特别是对IP不足的网络
?
3）避免IP冲突：避免IP冲突，保证网络的高效利用，保证公司员工及临时人员高效工作
?
4）降低了公司网络管理员的工作量，提升了工作效率

三、DHCP工作原理

技术图片

报文分析

192.168.11.16  dhcp服务器

[root@baism dhcp]# tcpdump -nn -vvv -s 1500 -i ens33 host 192.168.11.16 and udp port 67 or udp port 68
1.DHCP Discover    客户端发送广播   请求dhcp服务器（67）分配ip
11:32:41.001286 IP (tos 0x10, ttl 128, id 0, offset 0, flags [none], proto UDP (17), length 328)
    0.0.0.0:68 > 255.255.255.255:67: [udp sum ok] BOOTP/DHCP, Request from 00:0c:29:1a:f8:c7, length 300, xid 0x336cb11e, Flags [none] (0x0000)
      Client-Ethernet-Address 00:0c:29:1a:f8:c7
      Vendor-rfc1048 Extensions
        Magic Cookie 0x63825363
        DHCP-Message Option 53, length 1: Discover
        Requested-IP Option 50, length 4: 192.168.11.252
        Parameter-Request Option 55, length 13: 
          Subnet-Mask, BR, Time-Zone, Classless-Static-Route
          Domain-Name, Domain-Name-Server, Hostname, YD
          YS, NTP, MTU, Option 119
          Default-Gateway
        END Option 255, length 0
        PAD Option 0, length 0, occurs 35






11:32:41.001569 IP (tos 0x10, ttl 128, id 0, offset 0, flags [none], proto UDP (17), length 330)
    192.168.11.16.67 > 192.168.11.252.68: [udp sum ok] BOOTP/DHCP, Reply, length 302, xid 0x336cb11e, Flags [none] (0x0000)
      Your-IP 192.168.11.252
      Client-Ethernet-Address 00:0c:29:1a:f8:c7
      Vendor-rfc1048 Extensions
        Magic Cookie 0x63825363
        DHCP-Message Option 53, length 1: Offer
        Server-ID Option 54, length 4: 192.168.11.16
        Lease-Time Option 51, length 4: 7200
        Subnet-Mask Option 1, length 4: 255.255.255.0
        BR Option 28, length 4: 192.168.11.255
        Domain-Name-Server Option 6, length 8: 202.106.0.20,114.114.114.114
        Hostname Option 12, length 16: "test.ayitula.com"
        Default-Gateway Option 3, length 4: 192.168.11.254
        END Option 255, length 0






11:32:41.002920 IP (tos 0x10, ttl 128, id 0, offset 0, flags [none], proto UDP (17), length 328)
    0.0.0.0.68 > 255.255.255.255.67: [udp sum ok] BOOTP/DHCP, Request from 00:0c:29:1a:f8:c7, length 300, xid 0x336cb11e, Flags [none] (0x0000)
      Client-Ethernet-Address 00:0c:29:1a:f8:c7
      Vendor-rfc1048 Extensions
        Magic Cookie 0x63825363
        DHCP-Message Option 53, length 1: Request
        Server-ID Option 54, length 4: 192.168.11.16
        Requested-IP Option 50, length 4: 192.168.11.252
        Parameter-Request Option 55, length 13: 
          Subnet-Mask, BR, Time-Zone, Classless-Static-Route
          Domain-Name, Domain-Name-Server, Hostname, YD
          YS, NTP, MTU, Option 119
          Default-Gateway
        END Option 255, length 0
        PAD Option 0, length 0, occurs 29






11:32:41.003196 IP (tos 0x10, ttl 128, id 0, offset 0, flags [none], proto UDP (17), length 330)
    192.168.11.16.67 > 192.168.11.252.68: [udp sum ok] BOOTP/DHCP, Reply, length 302, xid 0x336cb11e, Flags [none] (0x0000)
      Your-IP 192.168.11.252
      Client-Ethernet-Address 00:0c:29:1a:f8:c7
      Vendor-rfc1048 Extensions
        Magic Cookie 0x63825363
        DHCP-Message Option 53, length 1: ACK
        Server-ID Option 54, length 4: 192.168.11.16
        Lease-Time Option 51, length 4: 7200
        Subnet-Mask Option 1, length 4: 255.255.255.0
        BR Option 28, length 4: 192.168.11.255
        Domain-Name-Server Option 6, length 8: 202.106.0.20,114.114.114.114
        Hostname Option 12, length 16: "test.ayitula.com"
        Default-Gateway Option 3, length 4: 192.168.11.254
        END Option 255, length 0

3.1）工作方式

IP获得需要通过发广播来实现客户端和服务器的通信，所以DHCP只能工作在局域网。

3.2）工作原理解析

1、Client：向网络中发送广播，通过自己的UDP协议的68号端口向网络中发送DHCP Discover包，用来寻找网络中的DHCP Server.类似于你在你的公司大喊一声:"谁是公司老板"一样的道理。

2、Server：局域网中的所有DHCP服务器都能收到该Client发送的广播包，然后DHCP Server会检查自己的IP池中(也叫做作用域)是否还有可用IP可以分发。如果有的话，会直接将这个IP地址从池中拿出来，避免在发给别的客户端，并且通过自己的UDP协议的67号端口给Client发一个响应包DHCP Offer,同样通信是采用广播的方式，明确告诉其可以提供哪个IP给Client使用。类似于公司的几个老板都在公司喊了一声：“我是X老板，我有时间在哪个办公室接待你”。

3、Client：Client会收到局域网中的所有DHCP服务器发给自己的DHCP Offer包，默认选一个最优的DHCP Server进行IP获取（在这里就是第一个发送给他DHCP Offer的服务器算作最优）。然后继续向网络中通过UDP的68号端口发广播DHCP Resquest，明确指定DHCP Server IP地址和需要租用的IP地址,告诉它要从他这里获得IP信息。自然其他DHCP Server也能收到广播，确认不从自己这里拿IP信息后，会将上步从IP池中拿出来的IP在释放到池中，以便别人使用。类似于你在公司大喊一声：“李老板，我找你接待”，那么其他老板刚才计划接待你的时间就会被释放出来，用于接待别的客户。

4、Server：被确认的DHCP Server就会通过其UDP协议的67号端口发送DHCP ACK确认包，采用广播将IP、掩码、网关、DNS等信息还有IP租约一起发送给DHCP Client，Client确认IP可用后，根据IP租约开始计算使用时间。类似于李老板把你请进他的办公室，开始和你聊天，并计算聊天时间为30分钟，开始倒计时。

3.3)计算机获得IP的时间点

a、计算机开机

b、网卡接通网络

c、重启网卡服务

3.4）租约更新阶段

a、租约完成1/2

b、租约完成7/8

c、租约到期

四、DHCP实践

基础实践

1.安装DHCP

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

2.拷贝模板

默认情况下，dhcp服务并没有提供配置文件，只是给提供了一个demo,存放在/usr/share/doc/dhcp*/目录下.我们将demo文件拷贝到/etc/dhcp目录下，并且命名为dhcpd.conf。

[root@baism  ~]# cp -f /usr/share/doc/dhcp*/dhcpd.conf.example /etc/dhcp/dhcpd.conf

3.对复制过来的模板为文件修改下并启动

[root@baism dhcp]# cat /etc/dhcp/dhcpd.conf
option domain-name-servers 4.2.2.2, 4.2.2.1;  ##全局配置dhs服务器
?
default-lease-time 28800;  ##默认租约
max-lease-time 43200;      ##最大租约
authoritative;             ##权威dhcp服务器
log-facility local7;       ##日志级别
?
##作用域配置   说明：作用域可以有多个 但必须存在本网段的作用域，内容可以为空
subnet 192.168.11.0 netmask 255.255.255.0 {  ##声明网段和掩码
  range 192.168.11.153 192.168.11.252;       ##分配范围
  option domain-name-servers 8.8.8.8, 114.114.114.114;  ##dns  多个用"," 隔开
  option routers 192.168.11.254;             ##网关地址
  option broadcast-address 192.168.11.255;   ##广播地址
  default-lease-time 7200;                   ##局部配置  高于全局
  max-lease-time 10800;
}
[root@baism dhcp]# systemctl start dhcpd
[root@baism dhcp]# systemctl enable dhcpd

4.客户端请求ip

客户端命令：

dhclient是一个DHCP协议客户端，它使用DHCP协议或者BOOTP协议或在这两个协议都不可用时使用静态地址来配置一个或多个网络接口

dhclient -r device 释放IP地址
dhclient -d device 强制dhclient作为前台进程运行。 通常情况下，DHCP客户端将在前台运行,直到配置了一个接口,此时它将恢复为在后台运行。

请求ip

dhclient -r eno33  
dhclient -r eno33

日志

服务段可以看到日志：

3) 服务器日志查看验证获取信息
[root@baism ~]# tailf /var/log/messages
Feb 21 13:40:44 baism dhcpd: DHCPDISCOVER from 00:0c:29:1a:f8:bd via ens33
Feb 21 13:40:45 baism dhcpd: DHCPOFFER on 192.168.11.156 to 00:0c:29:1a:f8:bd via ens33
Feb 21 13:40:45 baism dhcpd: DHCPREQUEST for 192.168.11.156 (192.168.11.16) from 00:0c:29:1a:f8:bd via ens33
Feb 21 13:40:45 baism dhcpd: DHCPACK on 192.168.11.156 to 00:0c:29:1a:f8:bd via ens33

租约文件

服务段租约文件也可以看到具体信息

租约文件的路径: /var/lib/dhcpd/dhcpd.leases

[root@baism ~]# cat /var/lib/dhcpd/dhcpd.leases
# The format of this file is documented in the dhcpd.leases(5) manual page.
# This lease file was written by isc-dhcp-4.2.5
?
lease 192.168.11.154 {
  starts 4 2019/02/21 03:41:12;
  ends 4 2019/02/21 03:43:12;
  tstp 4 2019/02/21 03:43:12;
  cltt 4 2019/02/21 03:41:12;
  binding state free;
  hardware ethernet ac:87:a3:02:8d:5d;
  uid "0125420724302215]";
  client-hostname "baismdeMBP";
}

保留地址和超级作用域实践

保留IP

在IP租约到期后，如果无法续订租约，client只能乖乖交出IP地址，重新获得一个其他IP使用。但是在公司有些服务器的IP地址是不能变化的，因为变了用户就无法连接到服务器了，比如公司文件服务器、打印服务器等等。

在配置文件/etc/dhcp/dhcpd.conf末尾添加以下内容
 host print {         
  hardware ethernet 00:0C:29:1A:F8:C7;
  fixed-address 192.168.11.252;
}

host为指令，print是个名字，随便起，但是最好有意义，要不过一段你也记不住了
hardware ethernet 指定以太网网卡MAC地址
fixed-address 指定要绑定的IP

发放计算机名称

在host里添加如下即可

option host-name "test.ayitula.com";

说明：

请把/etc/hostname 中的计算机名称清除 /etc/sysconfig/network中的hostname字段清除

超级作用域

默认情况下，DHCP服务器只能发放和自己网卡在同一网段的IP地址，目前我们DHCP的网卡IP地址为192.168.11.0段，我们新加的网段为192.168.12.0

编辑配置文件
[root@baism ~]# cat /etc/dhcp/dhcpd.conf
option domain-name-servers 4.2.2.2, 4.2.2.1;
?
default-lease-time 28800;
max-lease-time 43200;
#authoritative;
log-facility local7;
?
#share-network 部署一个超级作用域
#supper 超级作用域名称，随便起，但是建议有意义。
shared-network supper {
#192.168.11.0作用域
subnet 192.168.11.0 netmask 255.255.255.0 {
range 192.168.11.150 192.168.11.150;
option domain-name-servers 202.106.0.20, 114.114.114.114;
option routers 192.168.11.254;
default-lease-time 7200;
max-lease-time 10800;
}
?
#192.168.12.0作用域
subnet 192.168.12.0 netmask 255.255.255.0 {
range 192.168.12.150 192.168.12.150;
option domain-name-servers 202.106.0.20, 114.114.114.114;
option routers 192.168.12.254;
default-lease-time 7200;
max-lease-time 10800;
}
?
}

五、其他

配置文件全部解析

[root@baism ~]# cat /etc/dhcp/dhcpd.conf
# DHCP服务配置文件分为全局配置和作用域配置，subnet的就是作用域 不在subnet里面的就是全局设置。作用域内配置权限高于全局
?
#DNS全局选项，指定DNS服务器的地址，可以是IP，也可以是域名。
# DNS的域名
option domain-name "example.org";
?
#具体的DNS服务器
option domain-name-servers ns1.example.org, ns2.example.org;
?
#租约设置，默认租约为600s
default-lease-time 600;
#租约设置，最大租约为7200s，当客户端未请求明确的租约时间。
max-lease-time 7200;
?
#动态DNS更新方式(none:不支持；interim:互动更新模式；ad-hoc:特殊更新模式)
#ddns-update-style none;
?
#如果该DHCP服务器是本地官方DHCP就将此选项打开，避免其他DHCP服务器的干扰。
#当一个客户端试图获得一个不是该DHCP服务器分配的IP信息，DHCP将发送一个拒绝消息，而不会等待请求超时。
#当请求被拒绝，客户端会重新向当前DHCP发送IP请求获得新地址。
#保证IP是自己发出去的
#说白话就是所有dhcp请求只能接受我的
#authoritative;
?
# Use this to send dhcp log messages to a different log file (you also
# have to hack syslog.conf to complete the redirection).
# 日志级别
log-facility local7;
?
# No service will be given on this subnet, but declaring it helps the 
# DHCP server to understand the network topology.
?
#作用域相关设置指令
#subnet 定义一个作用域
#netmask 定义作用域的掩码
#range 允许发放的IP范围
#option routers 指定网关地址
#option domain-name-servers 指定DNS服务器地址
#option broadcast-address 广播地址
#
#
#案例:定义一个作用域 网段为10.152.187.0 掩码为255.255.255.0
#此作用域不提供任何服务
subnet 10.152.187.0 netmask 255.255.255.0 {
}
?
# This is a very basic subnet declaration.
?
#案例:定义一个基本的作用域
#网段10.254.239.0 掩码255.255.255.224
#分发范围10.254.239.10-20
#网关为rtr-239-0-1.example.org, rtr-239-0-2.example.org
subnet 10.254.239.0 netmask 255.255.255.224 {
  range 10.254.239.10 10.254.239.20;
  option routers rtr-239-0-1.example.org, rtr-239-0-2.example.org;
}
?
# This declaration allows BOOTP clients to get dynamic addresses,
# which we don‘t really recommend.
#案例:允许采用bootp协议的客户端动态获得地址
#bootp DHCP的前身
#BOOTP用于无盘工作站的局域网中，可以让无盘工作站从一个中心服务器上获得IP地址。通过BOOTP协议可以为局域网中的无盘工作站分配动态IP地址，
#这样就不需要管理员去为每个用户去设置静态IP地址。
subnet 10.254.239.32 netmask 255.255.255.224 {
  range dynamic-bootp 10.254.239.40 10.254.239.60;
  option broadcast-address 10.254.239.31;
  option routers rtr-239-32-1.example.org;
}
?
?
#案例:一个简单的作用域案例
# A slightly different configuration for an internal subnet.
subnet 10.5.5.0 netmask 255.255.255.224 {
  range 10.5.5.26 10.5.5.30;
  option domain-name-servers ns1.internal.example.org;
  option domain-name "internal.example.org";
  option routers 10.5.5.1;
  option broadcast-address 10.5.5.31;
  default-lease-time 600;
  max-lease-time 7200;
}
?
# Hosts which require special configuration options can be listed in
# host statements.   If no address is specified, the address will be
# allocated dynamically (if possible), but the host-specific information
# will still come from the host declaration.
#
#保留地址:可以将指定的IP分发给指定的机器，根据网卡的MAC地址来做触发
#host: 启用保留。
#hardware:指定客户端的mac地址
#filename:指定文件名
#server-name:指定下一跳服务器地址
#fixed-address: 指定保留IP地址
#
#
#案例:这个案例中分发给客户端的不是IP地址信息，而是告诉客户端去找toccata.fugue.com服务器，并且下载vmunix.passacaglia文件
host passacaglia {
  hardware ethernet 0:0:c0:5d:bd:95;
  filename "vmunix.passacaglia";
  server-name "toccata.fugue.com";
}
?
# Fixed IP addresses can also be specified for hosts.   These addresses
# should not also be listed as being available for dynamic assignment.
# Hosts for which fixed IP addresses have been specified can boot using
# BOOTP or DHCP.   Hosts for which no fixed address is specified can only
# be booted with DHCP, unless there is an address range on the subnet
# to which a BOOTP client is connected which has the dynamic-bootp flag
# set.
# 案例:保留地址，将指定IP(fantasia.fugue.com对应的IP)分给指定客户端网卡(MAC:08:00:07:26:c0:a5)
host fantasia {
  hardware ethernet 08:00:07:26:c0:a5;
  fixed-address fantasia.fugue.com;
}
?
#超级作用域
#超级作用域是DHCP服务中的一种管理功能，使用超级作用域，可以将多个作用域组合为单个管理实体。
# You can declare a class of clients and then do address allocation
# based on that.   The example below shows a case where all clients
# in a certain class get addresses on the 10.17.224/24 subnet, and all
# other clients get addresses on the 10.0.29/24 subnet.
?
?
#在局域网中，可以配置策略根据各个机器的具体信息分配IP地址和其他的网络参数，客户机的具体信息：客户机能够给dhcp服务提供的信息由两个，
#第一个就是网卡的dhcp-client-identifier（mac地址），
#第二个就是设备的vendor-class-identifier。
#管理员可以根据这两个信息给不同的机器分组。
?
#案例:
#按client某种类型分组DHCP,而不是按物理接口网段
#例子: SUNW 分配地址段10.17.224.0/24
#     非SUNW的主机,分配地址段10.0.29.0/24
#定义一个dhcp类:foo
#request广播中vendor-class-identifier字段对应的值前四个字节如果是"SUNW",则视合法客户端.
class "foo" {
  match if substring (option vendor-class-identifier, 0, 4) = "SUNW";
}
?
#定义一个超级作用域: 224-29
shared-network 224-29 {
#定义第一个作用域
  subnet 10.17.224.0 netmask 255.255.255.0 {
    option routers rtr-224.example.org;
  }
#定义第二个作用域
  subnet 10.0.29.0 netmask 255.255.255.0 {
    option routers rtr-29.example.org;
  }
?
#关连池,如果客户端匹配foo类，将获得该池地址
  pool {
    allow members of "foo";
    range 10.17.224.10 10.17.224.250;
  }
#关连池,如果客户端配置foo类，则拒绝获得该段地址
  pool {
    deny members of "foo";
    range 10.0.29.10 10.0.29.230;
  }
}

如果客户端获得不到 IP会怎么办

当客户端获得不到IP地址，会得到一个169.254开头的临时IP，此IP不能和其他网段通信，但是Client会继续向网络中发DHCP广播，继续坚持不懈申请IP。

DHCP会面临单机故障，如何解决

两台设备互相分发对方网段一段IP，将作用域采用8/2原则，彼此互相冗余，当一台服务器出现问题，不至于整个网段故障。

转载：http://book.ayitula.com/dhcpfu-wu-qi.html 略有修改

以上是关于DHCP的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

一键安装dhcp服务脚本

DHCP配置实例

DHCP实验

沁恒 CH32V208: CH32V208 网络DHCP示例代码分析

微信小程序代码片段

DHCP中的算法[关闭]