计算机网络 | 思科网络 | 什么是DHCPv4

目录

一.介绍 DHCPv4

二.DHCPv4 操作

租赁发起

DHCP 发现 (DHCPDISCOVER)

DHCP 提供 (DHCPOFFER)

DHCP 请求 (DHCPREQUEST)

DHCP 确认 (DHCPACK)

租赁续约

DHCP 请求 (DHCPREQUEST)

DHCP 确认 (DHCPACK)

三.DHCPv4 消息格式

 

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一.介绍 DHCPv4

DHCPv4 动态分配 IPv4 地址和其他网络配置信息。DHCPv4 服务器动态地从地址池中分配或出租 IPv4 地址，使用期限为服务器选择的一段有限时间，或者直到客户端不再需要该地址为止。客户端的租用期限由管理员确定。管理员在配置 DHCPv4 服务器时，可为其设定不同的租期届满时间。租用时间在任何地方通常都是 24 小时到一周或更长时间。租期届满后，客户端必须申请另一地址，但通常是把同一地址重新分配给客户端。

二.DHCPv4 操作

如图 1 所示，DHCPv4 在客户端/服务器模式下工作。当客户端与 DHCPv4 服务器通信时，服务器会将 IPv4 地址分配或出租给该客户端。然后客户端使用租用的 IP 地址连接到网络，直到租期届满。客户端必须定期联系 DHCP 服务器以续展租期。这种租用机制确保移动或关闭的客户端不保留它们不再需要的地址。租期届满后，DHCP 服务器会将地址返回地址池，如有必要，可将其再次分配。

租赁发起

当客户端启动时（或要连接网络），它开始进行四步过程以获取租约。如图 2 所示，客户端使用包含自己 MAC 地址的广播 DHCPDISCOVER 消息开始该过程以查找可用 DHCPv4 服务器。

DHCP 发现 (DHCPDISCOVER)

DHCPDISCOVER 消息在网络上查找 DHCPv4 服务器。由于客户端启动时没有有效的 IPv4 信息，因此，它将使用第 2 层和第 3 层广播地址与服务器通信。

DHCP 提供 (DHCPOFFER)

当 DHCPv4 服务器收到 DHCPDISCOVER 消息时，会保留一个可用 IPv4 地址以租赁给客户端。服务器还会创建一个 ARP 条目，该条目包含请求客户端的 MAC 地址和客户端的租用 IPv4 地址。如图 3 所示，DHCPv4 服务器将绑定 DHCPOFFER 消息发送到请求客户端。

DHCP 请求 (DHCPREQUEST)

如图 4 所示，当客户端从服务器收到 DHCPOFFER 时，会发回一条 DHCPREQUEST 消息。此消息用于发起租用和租约更新。用于发起租用时，将 DHCPREQUEST 用作已提供参数所选定服务器的绑定接受通知，并隐式拒绝任何其他可能已为客户端提供了绑定服务的服务器。

许多企业网络使用多台 DHCPv4 服务器。DHCPREQUEST 消息以广播的形式发送，将已接受提供的情况告知此 DHCPv4 服务器和任何其它 DHCPv4 服务器。

DHCP 确认 (DHCPACK)

如图 5 所示，收到 DHCPREQUEST 消息后，服务器使用 ICMP ping 验证该地址的租用信息以确保该地址尚未使用，为客户端租用创建新的 ARP 条目，并以 DHCPACK 消息作为回复。除消息类型字段不同外，DHCPACK 消息与 DHCPOFFER 消息别无二致。客户端收到 DHCPACK 消息后，记录下配置信息，并为所分配的地址执行 APR 查找。如果没有对 ARP 的应答，客户端就会知道 IPv4 地址是有效的，并开始像使用自己的地址一样使用该地址。

租赁续约

DHCP 请求 (DHCPREQUEST)

如图 6 所示，租期届满后，客户端将 DHCPREQUEST 消息直接发送到最初提供 IPv4 地址的 DHCPv4 服务器。如果在指定的时间内没有收到 DHCPACK，客户端会广播另一个 DHCPREQUEST，这样，另外一个 DHCPv4 服务器便可续展租期。

DHCP 确认 (DHCPACK)

如图 7 所示，收到 DHCPREQUEST 消息后，服务器通过返回一个 DHCPACK 来验证租用信息。

三.DHCPv4 消息格式

DHCPv4 消息格式用于所有 DHCPv4 事务。DHCPv4 消息封装在 UDP 传输协议中。从客户端发出的 DHCPv4 消息使用 UDP 源端口 68 和目标端口 67。从服务器发往客户端的 DHCPv4 消息使用 UDP 源端口 67 和目标端口 68。

图中显示了 DHCPv4 消息的格式。字段如下：

• 操作 (OP) 代码 - 指定通用消息类型。1 表示请求消息，2 表示回复消息。
• 硬件类型 - 确定网络中使用的硬件类型。例如，1 表示以太网，15 表示帧中继，20 表示串行线路。这与 ARP 消息中使用的代码相同。
• 硬件地址长度 - 指定地址的长度。
• 跳数 - 控制消息的转发。客户端传输请求前将其设置为 0。
• 事务标识符 - 客户端使用事务标识符将请求和从 DHCPv4 服务器接收的应答进行匹配。
• 秒数 - 确定从客户端开始尝试获取或更新租用以来经过的秒数。当有多个客户端请求未得到处理时，DHCPv4 服务器会使用秒数来排定应答的优先顺序。
• 标记 - 发送请求时，不知道自己 IPv4 地址的客户端会使用标记。只使用 16 位中的一位，即广播标记。此字段中的 1 值告诉接收请求的 DHCPv4 服务器或中继代理应将应答作为广播发送。
• 客户端 IP 地址 - 当客户端的地址有效且可用时，客户端在租约更新期间（而不是在获取地址的过程中）使用客户端 IP 地址。当且仅当客户端在绑定状态下有一个有效的 IPv4 地址时，该客户端才会将其 IPv4 地址放在此字段中，否则，它会将该字段设置为 0。
• 您的 IP 地址 - 服务器使用该地址将 IPv4 地址分配给客户端。
• 服务器 IP 地址 - 服务器使用该地址确定在 bootstrap 过程的下一步骤中客户端应当使用的服务器地址，它既可能是也可能不是发送该应答的服务器。发送服务器始终会把自己的 IPv4 地址放在称作“服务器标识符”DHCPv4 选项的特殊字段中。
• 网关 IP 地址 - 涉及 DHCPv4 中继代理时会路由 DHCPv4 消息。网关地址可以帮助位于不同子网或网络的客户端与服务器之间传输 DHCPv4 请求和 DHCPv4 回复。
• 客户端硬件地址 - 指定客户端的物理层。
• 服务器名称 - 由发送 DHCPOFFER 或 DHCPACK 消息的服务器使用。服务器可能选择性地将其名称放在此字段中。这可以是简单的文字别名或 DNS 域名，例如 dhcpserver.netacad.net。
• 启动文件名 - 客户端选择性地在 DHCPDISCOVER 消息中使用它来请求特定类型的启动文件。服务器在 DHCPOFFER 中使用它来完整指定启动文件目录和文件名。
• DHCP 选项 - 容纳 DHCP 选项，包括基本 DHCP 运行所需的几个参数。此字段的长度不定。客户端与服务器均可以使用此字段。