DHCP和PPPoE

引言

DHCP(本文只讨论IPv4）是一种流行的客户机/服务器协议，它用于为主机配置访问网络必要的配置信息。例如：IP地址，子网掩码，网关地址（路由器地址），DNS服务器的IP地址等配置信息。

DHCP基于一种早期协议BOOTP（引导程序协议），不同的是DHCP引入租用的概念来支持改变已提供的信息。

DHCP使用UDP/IP，客户端使用端口68,服务器使用端口67。

地址池和租用

DHCP支持3中地址分配方法：动态分配，自动分配，手动分配。生活中最主要使用的是动态分配.

动态分配

为DHCP服务器分配一系列连续的IP地址，分配给客户机的地址只在一定时间内有效，这个时间称为租期。租期结束时，客户机可以申请续约。租期在几小时到几天不等，需要在DHCP服务器上配置。

DHCP协议格式

为了实现和BOOTP协议的兼容，DHCP消息采用带有特殊选项的BOOTP消息，其协议格式如下（图片来源于维基百科）：

DHCP.png

DHCP协议操作

一个典型的DHCP交换过程如下

地址请求

• 进入网络的客户机，在需要DHCP来申请网络配置时，首先广播一个DHCPDISCOVER消息。

• 收到请求帧（无论是直接还是间接）的DHCP服务器，都会回复一个DHCPOFFER消息，并在“你的IP地址字段“包含提供的IP地址，以及其它配置选项：掩码，网关地址等。并告知客户机租用时间T，更新时间（更新租约）T1，重新绑定时间（更新地址）T2，一般T1是T的一半，T2接近但小于T。

• 客户机收到若干个DHCP服务器的OFFER消息，从中选取一个后广播一个DHCPREQUEST ，其中包含了选取的DHCP服务器的标识符。网络中的DHCP服务器均收到了此消息，只有满足标识符的服务器作出响应，其它服务器收到后清除与此次请求相关的状态。

• 被选中的DHCP服务器需要作出回应，如果之前回复给该客户机的IP地址仍然可用，则回复一个DHCOACK消息，告知客户机现在可以使用过该IP地址。如果期间已经被其它客户机占用该IP地址，则回复一个DHCPNAK消息。

• 当客户机收到一个DHCPACK消息时，它还需自行探知该地址是否可用。例如发送免费ARP来进行IP地址冲突检测。如果地址冲突了，则客户机发送DHCPDECLINE消息通知该地址不能使用。经过一段时间后重试。

更新租约

当客户机已经获得一个地址，但是想要更新租约，例如续约等，可以跳过DHCPDISCOVER和DHCPOFFER步骤，客户机直接以DHCPREQUEST请求一个地址，如果是续约，就请求当前的地址。当然，服务器可以恢复ACK，亦可以恢复NAK。

PPPoE

DHCP提供了最常用的客户机系统配置方法。对于广域网连接（家里常用的ADSL），常用另一种PPP的方法代替它，这种方法在以太网中携带PPP，因此称为以太网上的PPP，即PPPoE(Point-to-Point Protocol over Ethernet)。PPPoE作为ISP建立连接的首选，是因为它能提供比DHCP更加细致的配置控制和审计日志。

为什么使用PPPoE：运营商希望通过一个前置接入设备连接远程的多个用户主机，有希望对每一台主机实现接入控制，计费等功能。就得通过PPPoE.

典型应用：小区网络用户的广域网接入，典型方法通过以太网连接小区用户，但是传统以太网不能实现认证，计费等功能，所以需要PPPoE.

PPPoE过程

发现阶段

在PC启动后，PC回合ISP进行几个交换，作为相互发现（相互了解对方的MAC地址），为建立会话打下基础。

PPP会话阶段

相互发现后，客户机可以请求获得ISP认证，从而可以让ISP返回网络配置，从而接入广域网。