DHCP协议总结

Posted 2020-11-28 98pyh

DHCP动态主机配置协议，简单点说，就是提供了自动获取ip地址的功能，基于四层的UDP协议；

以下描述此协议的整个工作流程：

(1) 客户端发送discovery报文，二三层广播报文，源ip地址全0；

(2)服务器收到discovery报文之后，进行ip地址分配，找到ip地址，并且进行arp探测，当发现

此ip地址空闲之后，组offer报文，发送给客户端，内部包含有ip地址，客户端mac地址，租约时间等信息；

(3)客户端收到offer报文之后，会选择一个(一般是第一个)进行应答，并且发送request报文到服务器，同时也会进行

ARP探测，当发现有ip地址冲突的时候，会发送decline报文到服务器终止使用该ip地址，然后重新发送discovery；

(4)服务器发送ack报文确认地址，客户端收到ack之后，开始使用该ip地址；

---以上流程报文均为广播；

(5)客户端会在租约时间的1/2和3/4时间开始尝试续租该ip地址，成功则继续使用，否则到达租期后

不能继续使用，需要施放该ip地址，并且重新发discovery；

(6)客户端可以发送release报文随时放弃该ip地址的使用；

 

我们重点说下服务器的一些实现问题：

1. 建立bit数组，在bit数组中将分配出去或者不能够分配的地址进行标记；

比较烂的实现是每次收到discovery请求之后，先随机一个地址，然后每个地址都去lease链表中查找，

看是否这个lease被分配出去；一开始性能还好，但是当分配的地址接近极限的时候，会出现n*n次遍历

的情况，从而大大影响到性能；

使用bit数组保存地址，每次直接以32个的方式遍历数组，找到不是0xffffffff的区间，然后按照bit查找空闲

bit，从而确定空闲地址；最多只需要n/32次遍历；性能将会大大提升；

2.使用最老租约：

某些时候，客户端可能下线的时候并没有通知服务器，这时候如果服务器的地址池已经使用完，可以选择最早

分配出去的的租约ip进行arp探测，如果已经不在使用，则分配该ip地址给新的客户端；此处涉及到的lease链表

的维护，最好保证每次更新或者添加都使用尾插法，这样就保证了直接取第一个节点就一定是最老的租约，缩短

了遍历的时间；

3.arp防冲突：

arp放冲突这里主要是要保存一些正在arp地址的缓存信息，首先可以防止探测同一个ip地址被多次发送arp；

arp防冲突通常会使用一个定时器，如果超时仍然没有发现冲突，则发送offer报文；否则，需要继续查找下

一个可用ip地址，注意下次查找的地址不能是以前探测冲突的，如果冲突需要在bit数组中打标记；

4.offer包文和ack报文对lease的处理：

offer发送时，会产生一个tmplease插入到lease链表，当发送ack的时候才变成正式的lease，即标记已分配；

如果一个offer的ip地址是一个已经存在的地址，会将原有的lease删除，然后重新添加；在某些测试工具的异常

场景下，ip地址已经分配出去，这时候来了discovery，并且没有检测到冲突，因为工具不回复arp，所以会删除

掉lease，发送offer，但是工具发现自己已经有ip地址了，所以不予回应，导致lease被误删了；这会导致ha情况下

某些同步上的异常情况出现；