DHCP的工作原理及过程

本篇博客是对DHCP的一些原理介绍，具体实验过程请查询 基于linux下的DHCP实验
一、什么是DHCP?
　　DHCP，动态主机配置协议，前身是BOOTP协议，是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，常用的2个端口：67(DHCP server),68(DHCP client)。DHCP通常被用于局域网环境，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使client动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。简单来说，DHCP就是一个不需要账号密码登录的、自动给内网机器分配IP地址等信息的协议。

二、DHCP协议中的报文
DHCP报文共有一下几种：

DHCP DISCOVER ：客户端开始DHCP过程发送的包，是DHCP协议的开始
DHCP OFFER ：服务器接收到DHCP DISCOVER之后做出的响应，它包括了给予客户端的IP（yiaddr）、客户端的MAC地址、租约过期时间、服务器的识别符以及其他信息
DHCP REQUEST ：客户端对于服务器发出的DHCP OFFER所做出的响应。在续约租期的时候同样会使用。
DHCP ACK ：服务器在接收到客户端发来的DHCP REQUEST之后发出的成功确认的报文。在建立连接的时候，客户端在接收到这个报文之后才会确认分配给它的IP和其他信息可以被允许使用。
DHCP NAK ：DHCP ACK的相反的报文，表示服务器拒绝了客户端的请求。
DHCP RELEASE ：一般出现在客户端关机、下线等状况。这个报文将会使DHCP服务器释放发出此报文的客户端的IP地址
DHCP INFORM ：客户端发出的向服务器请求一些信息的报文
DHCP DECLINE :当客户端发现服务器分配的IP地址无法使用（如IP地址冲突时），将发出此报文，通知服务器禁止
使用该IP地址。

DHCP分配IP地址流程图

DHCP 服务器端所执行的操作

一、DHCPD 原理
1、简述
　　DHCP SERVER指的是服务器端，在路由器上体现的就是给LAN端动态分配IP的功能。DHCP SERVER负责接收客户端的DHCP请求，管理LAN端所有的IP网络设定资料，相比于BOOTP，DHCP通过“租约”来实现动态分配IP的功能，实现IP的时分复用，从而解决IP资源短缺的问题。其地址分配方式有三种，分别是人工配置（由管理员对每台具体的计算机指定一个地址），自动配置（服务器为第一次连接网络的计算机分配一个永久地址），动态配置（在一定的期限内将地址租给计算机，租期结束后客户必须续租或者停用该地址），而对于路由器，经常使用的地址分配方式是动态配置。

2、两个租约表
静态租约表：对应一个静态租约存储文件，server运行时从文件中读取静态租约表。
动态租约表：对应一个周期存储文件，server周期性将租约表存进该文件，在程序开始时将会读取上次存放的租约表。（租约表记录了当前所有分配的租约，包括静态链接的）。
3、基本逻辑
　　原则上DHCP SERVER是一直处在被动接受请求的状态，当有客户端请求时，服务器会读取获得客户端当前所在的状态以及客户端的信息，并在静态租约表和动态租约表中进行检索找到相应的表项，再根据客户端的状态执行不同的回复。当收到客户端的首次请求时，DHCP服务器先查找静态租约表；若存在请求的表项，返回这个客户的静态IP地址；否则，从IP地址池中选择可用的IP分配给客户，并添加信息到动态数据库中。此外，服务器将会周期性的刷新租约表写入文件存档，在这个过程中会顺便对动态租约表进行租期检查。

执行回复动作：

DHCPOFFER：
静态租用：首先匹配MAC地址，看是否能在静态租约表中找到对应的项，若能找到就把IP分配给他。静态表中的IP不能被其他客户使用。
动态租用：
1.server试图分配给client上次分配过的IP，在这之前检查这个IP是否正在使用。
2.discover中含有request ip 时，检查该IP是否在地址池范围，是否正在使用，是否到期，是否是静态IP，网络上是否已经存在。
3.discover不含request ip，从地址池上寻找一个最小的可用IP分配。
DHCPACK: 根据是否含有request ip和server ip识别客户端现在init_reboot,selecting,renewing/rebinding中的哪个状态，并根据以下规则执行DHCPACK回复：
1.若client处于selecting状态，验证request ip和server ip是否同服务器中的匹配。
2.若client处于init_reboot状态，验证request ip是否符合租约记录。
3.若client处于renewing/rebinding状态，验证client ip address是否符合租约记录。
DHNAK:
1.请求的IP是静态IP，但是MAC地址无法与其对应。
2.上面DHCPACK中验证失败。　　
服务器还可能会收到其他包:
DHCPDECLINE:server会把租约表中相关client硬件地址置空，并保存这个地址一段时间。
DHCPRELEASE:清空租期回收IP。
DHCPINFORM:回复DHCPACK，数据包含有关于server的信息。