IT運維 dhcp工作過程詳解

2020-04-29 16:16 作者：艾銻無限 瀏覽量：

對于學(xué)習(xí)DHCP來說，很重要的一部分就是對于DHCP工作過程的理解。那么首先DHCP分為兩個部分：一個是服務(wù)器端，另一個是客戶端。所有客戶機的IP地址設(shè)定資料都由DHCP服務(wù)器集中管理，并負責(zé)處理客戶端的DHCP要求；而客戶端則會使用從服務(wù)器分配下來的IP地址。

DHCP服務(wù)器提供三種IP分配方式：自動分配（AutomaTIc AllocaTIon）、動態(tài)分配（Dynamic AllocaTIon）和手動分配。自動分配是當(dāng)DHCP客戶端第一次成功地從DHCP服務(wù)器端分配到一個IP地址之后，就永遠使用這個地址。動態(tài)分配是當(dāng)DHCP客戶端第一次從DHCP服務(wù)器分配到IP地址后，并非永久地使用該地址，每次使用完后，DHCP客戶端就得釋放這個IP地址，以給其他客戶端使用，而手動分配是由DHCP服務(wù)器管理員專門指定IP地址。

DHCP客戶機在啟動時，會搜尋網(wǎng)絡(luò)中是否存在DHCP服務(wù)器。如果找到，則給DHCP服務(wù)器發(fā)送一個請求。DHCP服務(wù)器接到請求后，為DHCP客戶機選擇TCP/IP配置的參數(shù)，并把這些參數(shù)發(fā)送給客戶端。如果已配置沖突檢測設(shè)置，則DHCP 服務(wù)器在將租約中的地址提供給客戶機之前會試用Ping測試作用域中每個可用地址的連通性。這可確保提供給客戶的每個IP地址都沒有被使用手動TCP/IP配置的另一臺非DHCP 計算機使用。

　　DHCP工作過程的六個主要步驟

　　根據(jù)客戶端是否第一次登錄網(wǎng)絡(luò)，DHCP的工作形式會有所不同。客戶端從DHCP服務(wù)器上獲得IP地址的整個過程分為以下六個步驟：
　　
1、尋找DHCP服務(wù)器
　　當(dāng) DHCP客戶端第一次登錄網(wǎng)絡(luò)的時候，計算機發(fā)現(xiàn)本機上沒有任何IP地址設(shè)定，將以廣播方式發(fā)送DHCP discover發(fā)現(xiàn)信息來尋找DHCP服務(wù)器，即向255.255.255.255發(fā)送特定的廣播信息。網(wǎng)絡(luò)上每一臺安裝了TCP/IP協(xié)議的主機都會 介紹這個廣播信息，但只有DHCP服務(wù)器才會做出響應(yīng)。
　　
2、分配IP地址
　　在網(wǎng)絡(luò)中接收到DHCP discover發(fā)現(xiàn)信息的DHCP服務(wù)器都會做出相應(yīng)，它從尚未分配的IP地址中挑選一個分配給DHCP客戶機，向DHCP客戶機發(fā)送一個包含分配的IP地址和其他設(shè)置的DHCP offer提供信息。
　　
3、接受 IP地址
　　DHCP客戶端接受到DHCP offer提供信息之后，選擇第一個接收到的提供信息，然后以廣播的方式回答一個DHCP request請求信息，該信息包含向它所選定的DHCP服務(wù)器請求IP地址的內(nèi)容。
　　
4、IP地址分配確認
　　當(dāng) DHCP服務(wù)器收到DHCP客戶端回答的DHCP request請求信息之后，便向DHCP客戶端發(fā)送一個包含它所提供的IP地址和其他設(shè)置的DHCP ack確認信息，告訴DHCP客戶端可以使用它提供的IP地址。然后，DHCP客戶機便將其TCP/IP協(xié)議與網(wǎng)卡綁定，另外，除了DHCP客戶機選中的 服務(wù)器外，其他的DHCP服務(wù)器將收回曾經(jīng)提供的IP地址。
　
5、重新登錄
　　以 后DHCP客戶端每次重新登錄網(wǎng)絡(luò)時，就不需要再發(fā)送DHCP discover發(fā)現(xiàn)信息了，而是直接發(fā)送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request請求信息。當(dāng)DHCP服務(wù)器收到這一信息后，它會嘗試讓DHCP客戶機繼續(xù)使用原來的IP地址，并回答一個DHCP ack確認信息。如果此IP地址已無法再分配給原來的DHCP客戶機使用時，則DHCP服務(wù)器給DHCP客戶機回答一個DHCP nack否認信息。當(dāng)原來的DHCP客戶機收到此DHCP nack否認信息后，它就必須重新發(fā)送DHCPdiscover發(fā)現(xiàn)信息來請求新的IP地址。
　　
6、更新租約


　　DHCP 服務(wù)器向DHCP客戶機出租的IP地址一般都有一個租借期限，期滿后DHCP服務(wù)器便會收回出租的IP地址。如果DHCP客戶機要延長其IP租約，則必須 更新其IP租約。DHCP客戶機啟動時和IP租約期限過一半時，DHCP客戶機都會自動向DHCP服務(wù)器發(fā)送更新其IP租約的信息。

　　dhcp工作過程詳解

　　DHCP客戶端通過和DHCP服務(wù)器的交互通訊以獲得IP地址租約。為了從DHCP服務(wù)器獲得一個IP地址，在標(biāo)準(zhǔn)情況下DHCP客戶端和DHCP服務(wù)器之間會進行四次通訊。DHCP協(xié)議通訊使用端口UDP 67（服務(wù)器端）和UDP 68（客戶端）進行通訊，UDP68端口用于客戶端請求，UDP67用于服務(wù)器響應(yīng)，并且大部分DHCP協(xié)議通訊使用廣播進行。

　　DHCP客戶端和DHCP服務(wù)器的這四次通訊過程
　　
1、DHCP DISCOVER

　　當(dāng)DHCP客戶端計算機處于以下三種情況之一時，觸發(fā)DHCPDISCOVER廣播消息：

　　當(dāng)TCP/IP協(xié)議作為DHCP客戶端（自動獲取IP地址）進行初始化（DHCP客戶端啟動計算機、啟用網(wǎng)絡(luò)適配器或者連接到網(wǎng)絡(luò)時）；

　　DHCP客戶端請求某個IP地址被DHCP服務(wù)器拒絕，通常發(fā)生在已獲得租約的DHCP客戶端連接到不同的網(wǎng)絡(luò)中；
　　
DHCP客戶端釋放已有租約并請求新的租約。

　　此時，DHCP客戶端發(fā)起DHCPDISCOVER廣播消息，向所有DHCP服務(wù)器獲取IP地址租約。此時由于DHCP客戶端沒有IP地址，因此在數(shù)據(jù)包中，使用0.0.0.0作為源IP地址，然后廣播地址255.255.255.255作為目的地址。在此請求數(shù)據(jù)包中同樣會包含客戶端的MAC地址和計算機名，以便DHCP服務(wù)器進行區(qū)分。

　　如果沒有DHCP服務(wù)器答復(fù)DHCP客戶端的請求，DHCP客戶端在等待1秒后會再次發(fā)送DHCPDISCOVER廣播消息。除了第一個DHCPDISCOVER廣播消息外，DHCP客戶端還會發(fā)出三個DHCPDISCOVER廣播消息，等待時延分別為9秒、13秒和16秒加上一個長度為0～1000毫秒之間的隨機時
延。如果仍然無法聯(lián)系DHCP服務(wù)器，則認為自動獲取IP地址失敗，默認情況下將隨機使用APIPA（自動專有IP地址，169.254.0.0/16）中定義的未被其他客戶使用的IP地址，子網(wǎng)掩碼為255.255.0.0，但是不會配置默認網(wǎng)關(guān)和其他TCP/IP選項，因此只能和同子網(wǎng)的使用APIPA地址的客戶端計算機進行通訊。你可以通過注冊表中的DWORD鍵值IPAutoconfiguraTIonEnabled來禁止客戶端計算機使用APIPA地址進行自動配置，此鍵值位于

　　HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters

　　當(dāng)其值設(shè)置為0時，則不使用APIPA地址進行自動配置。

　　在Windows XP和Windows Server 2003中，針對客戶端計算機的TCP/IP選項中有一個備用配置選項，只有當(dāng)客戶端計算機配置為DHCP客戶端（自動獲取IP地址）時才有此備用配置。你可以通過備用配置來為DHCP客戶端在無法聯(lián)系DHCP服務(wù)器時為DHCP客戶端指定靜態(tài)IP地址，如下圖所
示：

　　如果沒有配置APIPA地址和備用IP地址，則DHCP客戶端會每隔5分鐘再發(fā)送DHCPDISCOVER廣播消息，直到從DHCP服務(wù)器獲取IP地址為止。
　　
2、DHCP OFFER

　　所有接收到DHCP客戶端發(fā)送的DHCPDISCOVER廣播消息的DHCP服務(wù)器會檢查自己的配置，如果具有有效的DHCP作用域和富余的IP地址，則DHCP服務(wù)器發(fā)起DHCPOFFER廣播消息來應(yīng)答發(fā)起DHCPDISCOVER廣播的DHCP客戶端，此消息包含以下內(nèi)容：

　　客戶端MAC地址；

　　DHCP服務(wù)器提供的客戶端IP地址；

　　DHCP服務(wù)器的IP地址；

　　DHCP服務(wù)器提供的客戶端子網(wǎng)掩碼；

　　其他作用域選項，例如DNS服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、WINS服務(wù)器等；

　　租約期限等。

　　因此DHCP客戶端沒有IP地址，所以DHCP服務(wù)器同樣使用廣播進行通訊：源IP地址為DHCP服務(wù)器的IP地址，而目的IP地址為255.255.255.255。同時，DHCP服務(wù)器為此客戶保留它提供的IP地址，從而不會為其他DHCP客戶分配此IP地址。如果有多個DHCP服務(wù)器給予此DHCP客戶端回復(fù)
DHCPOFFER消息，則DHCP客戶端接受它接收到的第一個DHCPOFFER消息中的IP地址。


　　
3、DHCP REQUEST

　　當(dāng)DHCP客戶端接受DHCP服務(wù)器的租約時，它將發(fā)起DHCPREQUEST廣播消息，告訴所有DHCP服務(wù)器自己已經(jīng)做出選擇，接受了某個DHCP服務(wù)器的租約。

　　在此DHCPREQUEST廣播消息中包含了DHCP客戶端的MAC地址、接受的租約中的IP地址、提供此租約的DHCP服務(wù)器地址等，所有其他的DHCP服務(wù)器將收回它們?yōu)榇薉HCP客戶端所保留的IP地址租約，以給其他DHCP客戶端使用。

　　此時由于沒有得到DHCP服務(wù)器最后確認，DHCP客戶端仍然不能使用租約中提供的IP地址，所以在數(shù)據(jù)包中仍然使用0.0.0.0作為源IP地址，廣播地址255.255.255.255作為目的地址。
　　
4、DHCP ACK

　　提供的租約被接受的DHCP服務(wù)器在接收到DHCP客戶端發(fā)起的DHCPREQUEST廣播消息后，會發(fā)送DHCPACK廣播消息進行最后的確認，在這個消息中同樣包含了租約期限及其他TCP/IP選項信息。

　　如果DHCP客戶端的操作系統(tǒng)為Windows 2000及其后版本，當(dāng)DHCP客戶端接收到DHCPACK廣播消息后，會向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出三個針對此IP地址的ARP解析請求以執(zhí)行沖突檢測，確認網(wǎng)絡(luò)上沒有其他主機使用DHCP服務(wù)器提供的IP地址，從而避免IP地址沖突。如果發(fā)現(xiàn)該IP已經(jīng)被其他主機所使用（有其他主機應(yīng)答此ARP解析請求），則DHCP客戶端則會廣播發(fā)送（因為它仍然沒有有效的IP地址）DHCPDECLINE消息給DHCP服務(wù)器拒絕此IP地址租約，然后重新發(fā)起DHCP DISCOVER進程。此時，在DHCP服務(wù)器管理控制臺中，會顯示此IP地址為BAD_ADDRESS。

　　如果沒有其他主機使用此IP地址，則DHCP客戶端的TCP/IP使用租約中提供的IP地址完成初始化，從而可以和其他網(wǎng)絡(luò)中的主機進行通訊。至于其他TCP/IP選項，如DNS服務(wù)器和WINS服務(wù)器等，本地手動配置將覆蓋從DHCP服務(wù)器獲得的值。
　　
租約續(xù)約

　　DHCP服務(wù)器將IP地址提供給DHCP客戶端時，會包含租約的有效期，默認租約期限為8天（691200秒）。除了租約期限外，還具有兩個時間值T1和T2，其中T1定義為租約期限的一半，默認情況下是四天（345600秒），而T2定義為租約期限的的7/8，默認情況下為7天（604800秒）。當(dāng)?shù)竭_T1定義的時間期限時，DHCP客戶端會向提供租約的原始DHCP服務(wù)器發(fā)起DHCP REQUEST請求對租約進行更新，如果DHCP服務(wù)器接受此請求則回復(fù)DHCP ACK消息，包含更新后的租約期限；如果DHCP服務(wù)器不接受DCHP客戶端的租約更新請求（例如此IP已經(jīng)從作用域中去除），則向DHCP客戶端位于回復(fù)DHCP NACK消息，此時DHCP客戶端立即發(fā)起DHCP DISCOVER進程以尋求IP地址。如果DHCP客戶端沒有從DHCP服務(wù)器得到任何回復(fù)，則繼續(xù)使用此IP地址直到到達T2定義的時間限制。此時，DHCP客戶端再次向提供租約的原始DHCP服務(wù)器發(fā)起DHCP REQUEST請求對租約進行更新，如果仍然沒有得到DHCP服務(wù)器的回復(fù)則發(fā)起DHCP DISCOVER進程以尋求IP地址。


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