什么时DHCP

功能简介

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议），它是一个局域网的协议，使用UDP协议工作。DHCP采用客户端/服务器模型，其中服务器使用UDP的67端口、客户端使用UDP的68端口。DHCP具有以下功能：
1）保证任何IP地址在同一时刻只能由一台DHCP客户端使用；
2）DHCP可以给客户端分配永久的、固定的地址信息；
3）DHCP可以和通过其他方式获取的地址信息的客户端共存；
4）DHCP服务器应该想bootp客户端提供服务。

应用场景

在大型网络中，由于客户端设备很多，不可能一台一台的给客户端设备配置静态IP地址、网关、DNS等信息；并且随着移动办公的需求，我们的终端不可能一直在某个固定的位置，我们希望终端随处即插即用而不需要每次都修改终端的IP、网关等信息才能上网。因此产生了DHCP协议。

DHCP的报文格式

字段	长度	含义
OP	1字节	表示报文的类型： 1：客户端请求报文 2：服务器响应报文
htype	1字节	表示硬件地址的类型。对于以太网，该类型的值为“1”。
hlen	1字节	表示硬件地址的长度，单位是字节。对于以太网，该值为6。
Hops	1字节	跳数。客户端设置为0，也能被一个代理服务器设置，经过一个代理服务器，则该值+1。
xid	4字节	事务ID，由客户端选择的一个随机数，被服务器和客户端用来在它们之间交流请求和响应，客户端用它对请求和应答进行匹配。该ID由客户端设置并由服务器返回，为32位整数。
secs	2字节	由客户端填充，表示从客户端开始获得IP地址或IP地址续借后所使用了的秒数。
flags	2字节	此字段在BOOTP中保留未用，在DHCP中表示标志字段。 图2 Flags字段格式    只有标志字段的最高位才有意义，其余的位均被置为0。 最左边的字段被解释为广播响应标志位，内容如下所示： 0：客户端请求服务器以单播形式发送响应报文 1：客户端请求服务器以广播形式发送响应报文
ciaddr	4字节	客户端的IP地址。只有客户端是Bound、Renew、Rebinding状态，并且能响应ARP请求时，才能被填充。
yiaddr	4字节	"你自己的"或客户端的IP地址。
siaddr	4字节	表明DHCP协议流程的下一个阶段要使用的服务器的IP地址。
giaddr	4字节	该字段表示第一个DHCP中继的IP地址（注意：不是地址池中定义的网关）。当客户端发出DHCP请求时，如果服务器和客户端不在同一个网络中，那么第一个DHCP中继在转发这个DHCP请求报文时会把自己的IP地址填入此字段。服务器会根据此字段来判断出网段地址，从而选择为用户分配地址的地址池。服务器还会根据此地址将响应报文发送给此DHCP中继，再由DHCP中继将此报文转发给客户端。若在到达DHCP服务器前经过了不止一个DHCP中继，那么第一个DHCP中继后的中继不会改变此字段，只是把Hops的数目加1。
chaddr	16字节	该字段表示客户端的MAC地址，此字段与前面的“Hardware Type”和“Hardware Length”保持一致。当客户端发出DHCP请求时，将自己的硬件地址填入此字段。对于以太网，当“Hardware Type”和“Hardware Length”分别为“1”和“6”时，此字段必须填入6字节的以太网MAC地址。
sname	64字节	该字段表示客户端获取配置信息的服务器名字。此字段由DHCP Server填写，是可选的。如果填写，必须是一个以0结尾的字符串。
file	128字节	该字段表示客户端的启动配置文件名。此字段由DHCP Server填写，是可选的，如果填写，必须是一个以0结尾的字符串。
options	可变	该字段表示DHCP的选项字段，至少为312字节，格式为"代码+长度+数据"。DHCP通过此字段包含了服务器分配给终端的配置信息，如网关IP地址，DNS服务器的IP地址，客户端可以使用IP地址的有效租期等信息。

DHCP工作原理

DHCP的工作流程

1）Client以广播的形式向网络中发出DHCP Discover报文。
2）该网络中所有的DHCP Server都会接收和处理该DHCP Discover报文，并且都响应一个DCHP Offer报文。该报文中会下发一个可用的地址给client端，并且在option54字段中标注自己的地址。并记录已经分配的该地址，这个地址可能不是Client端最后获取的地址。



3）Client端会收到所有的Offer报文，但是只会处理一个Offer报文，一般是处理最先到达的。处理该报文后，需要发送广播的DHCP Reques报文给所有的DHCP Server。该报文的option 54报文和option 50报文，会告诉所有DHCP Server，客户端将使用哪一个Server服务器，已经自己的地址。



4）DHCP Server收到DHCP Request报文后，判断字段中的option保证报文中的地址是否为自己的地址。
①如果不是自己的地址，则Server不做任何处理并且清除自己给该客户端分配的IP地址记录；
②如果是自己的地址，Server会通过广播的形式给Client放回一个DHCP ACK报文，并且会刷新地址租期、真实分配的IP、网关等信息。
5）Client端收到DHCP ACK报文后，检查该报文中分配给自己的真实地址是否能够使用。
①如果该地址已经被使用，Client会向Server发送一个DHCP Decline报文，使得Server禁用这个IP地址，并且重新进行地址申请过程，直到获取到可用地址；
②如果可以使用，则Client获取IP地址成功，并且根据该IP地址租期自动启动延续过程。

DHCP的租期续约

1）在地址的租约在0~50%之前，不会发生地址租期续约的情况；
2）当地址的租约时间在50%~87.5%之间时，Client会以单播的形式，向自己当前的DHCP Server发送DHCP Request报文来进行地址续租行为。
①如果Client收到Server返回的DHCP ACK报文，则Client的地址租期刷新，并且可以继续使用这个地址；
②如果没有收到Server回复的DHCP ACK报文，Client端依旧继续使用改地址，地址租期不会刷新；
3）当前地址的租约在87.5%以上，但未到100%时，Client会以广播的形式来向自己的所有DHCP Server发送DHCP Request报文，进行续租行为。（因为你的Server可能不止一个）
①如果Client收到Server回复的ACK报文，则地址租期刷新，并且继续使用改地址；
②如果没有收到Server回复的ACK报文，那么地址租期不会刷新，并且依旧使用改地址，直到租期到期后，Client发送给Server发送一个DHCP Release报文来释放该地址，并且重新开始IP地址申请的流程。

DHCP配置

1、Server端配置

Router（config）# server dhcp
开启DHCP功能，Cisco设备默认开启
Router（config）# ip dhcp pool pool-name
配置一个名字为pool-name的DHCP地址池，一个地址池只能配置一个网段
Router（config-config）# network network-address subnet-mask
定义地址池关联的网段
Router（config-config）# default-router gateway-address
定义分配给客户端的网关地址
Router（config）# ip dhcp excluded-address A.A.A.A
将A.A.A.A这个地方排除在地址池之外，改地址不分配给客户端使用。

2、客户端

开启DHCP获取地址即可

DHCP中继

当Server和Client不在一个广播域内时，需要使用DHCP Relay，即DHCP中继。中继会将Client的广播转换为单播发送给Server。
需要注意的是：在LAN中，中继是配置在前往DHCP Server的沿途上，第一阻碍该广播报文的接口下
Router（config-if）# ip helper-address A.A.A.A
其中A.A.A.A表示服务器地址，或者服务器所在设备的可达地址。