DHCP协议详解

 

定义：DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)动态主机配置协议，主要作用是为局域网内的主机自动分配IP地址。DCHP工作在应用层，是BOOTP(Bootscrap Protocol)的一种扩展，使用UDP协议进行运输，UDP67和UDP68端口分别作为DHCPServer和DHCP Client的服务端口。DHCP协议内容在RFC2131中定义，而DHCP Options在RFC2132中定义。


DHCP的4次握手

测试方法：为了抓到DCHP工作过程的包，在cmd中使用ipconfig/release命令释放客户端ip地址，接着使用ipconfig/renew重新通过DHCP自动获得ip，使用wireshark抓到以下的包（如图1）。

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图1：DCHP抓包结果

 

结合上图可以知道DHCP的4次握手内容如下：

1、客户端广播一个DHCPDiscover包，用来寻找DCHP服务器。

●源MAC: 固有MAC地址，源IP: 未分配，初始0.0.0.0

●目标MAC:FF-FF-FF-FF-FF-FF，目标IP: 255.255.255.255

2、服务器向发送Discover包的客户端MAC地址发送Offer，如图2(可能有多个DHCP服务器，但一般只处理最先收到的Offer)。

●通过分析包数据，目标MAC为客户端MAC，目标IP为将分配给客户端的IP(由于此时客户端还没有获得IP，因此，虽然IP不匹配也不会丢弃)。

●Offer的内容中有将分配给客户端的IP，其中的Options提供了DHCP服务器IP、租约时长、子网掩码、路由IP、DNS等内容。

3、客户端收到Offer后，广播一个Request租约请求，内容中Option包括客户端MAC、DHCP服务器IP、服务器提供的IP等内容。

●源MAC: 固有MAC地址，源IP: 仍然未分配，为0.0.0.0

●目标MAC: FF-FF-FF-FF-FF-FF，目标IP:255.255.255.255

4、DCHP服务器确认Request中的IP是否与发出的Offer相同，若相同，则向客户端发送DHCPACK确认信息，DHCPACK包与DHCPOFFER包的内容几乎完全一样，除了Option53：DHCP Message Type。客户端收到DHCP ACK后，通过ARP广播检测租约中IP是否冲突，若无冲突，则使用该IP。(RFC2131提到另一种冲突解决方案，DHCP服务器在发offer前，SHOULD ping一下租约IP，我的实验中没有抓到ICMP包)

 

DHCP协议详解_第1张图片

图2：DCHP Offer内容

 

对于以前接入过的客户端

若原IP可用

测试方法：将DHCP客户端网线插拔。

对于连接过的设备，设备记忆有以前分配过的ip，则无需前两步，只进行客户端请求租用原先ip和服务端确认租用这两步，如图3。

若原IP被占用

测试方法：电脑使用DHCP获得IP后断开网线，将手机IP设为静态的电脑所获IP，然后插上网线，抓包结果如图4。

若原IP被占用，虽然收到DHCP服务器ACK确认报文，但仍被客户端拒绝，重新进行4次握手的过程。这里是客户端拒绝租约而不是DHCP服务器拒绝，如图5所示，客户端收到DHCP ACK报文，会广播针对租约IP的ARP解析包，检测到IP已被占用后，会广播DHCP Decline报文拒绝该租约，并在至少10秒后重新Discover。

DHCP协议详解_第2张图片

图3：接入过的设备跳过DHCP握手前两步

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图4：客户端拒绝DHCP ACK

图5：客户端Decline的过程

 

 

DHCP客户端释放IP

测试方法：cmd中输入ipconfig/release，或者将客户端IP由DHCP改为静态。

客户端会向服务器发送DHCP Release报文释放掉现有IP，如图6。

图6：客户端释放IP

 

DHCP协议详解_第3张图片

附1：DHCP报文格式


DHCP Options Field

DHCP报文中的Options字段可以用来存放普通协议中没有定义的控制信息和参数。如果用户在DHCP服务器端配置了Options字段，DHCP客户端在申请IP地址的时候，会通过服务器端回应的DHCP报文获得Options字段中的配置信息。Option的格式由Type、Length、Value三部分组成。类型的取值范围为1-255。

 

Option 66：

通过option 66字段携带TFTP server的ip地址。从而使设备可以从TFTP server上下载配置文件，通过TFTP server实现自动配置。


图6：FRC2132中的关于Option 66的定义

 

这种自动配置是如何实现的呢？首先要给DHCP服务器设置Option 66选项，当一个新的设备接入网络，它会发送DHCPDISCOVER广播寻找DHCP服务器来获得IP，这时DHCP服务器的Offer报文利用Option 66给设备提供TFTP服务器的地址，设备通过访问TFTP服务器获得预设的配置。

Option 66的值可以是TFTP服务器域名或IP，需要注意的是Option66的值通常不作为Option 66出现在DHCP packet中，而是被移到DHCP包中的sname(服务器主机名)中，而且域名可能已经被解析成IP地址放于siaddr(服务器IP地址)中。Option 67指定了从Option 66提供的服务器下载的文件名，通常被放在file(文件名)中。

还需要注意的是Option 66字段的Value值使用ascii编码，举例：若TFTP服务器IP为10.10.10.1，则翻译成16进制为31 30 2E 31 30 2E 31 30 2E 31。