DHCP基础知识汇总以及DHCP Snooping的简单介绍
目录
- DHCP基础知识汇总
- DHCP报文种类
- 报文结构分析
- DHCP同网段的通信原理
- 服务器IP地址分配顺序
- DHCP中继器的介绍和注意点
- DHCP Snooping介绍
- DHCP Snooping的应用场景
DHCP基础知识汇总
主要是关于DHCP报文类型、报文结构、同网段通信原理以及帧中继的基础内容
DHCP报文种类
DHCP有八种报文种类，其中常见的是前7种报文，比较重要的是前4种报文，如下：
- DHCP DISCAVER报文：DHCP客户端在本地网络以广播的形式发送discover请求报文（源IP：0.0.0.0 目的IP：255.255.255.255），用于发现网络中的DHCP服务器；
- DHCP OFFER报文：DHCP服务器收到discover请求报文后，会查找地址池里可用IP地址，并将租期、子网掩码、网关、DNS等信息一同封装在offer请求报文（源IP：DHCP服务器 目的IP：255.255.255.255）以广播的方式发送出去并且在服务器上添加租约记录；
- DHCP REQUEST报文：客户端用于请求收到offer报文里的IP地址所发送的request请求报文（源IP：0.0.0.0 目的IP：255.255.255.255）；在租期时间只剩1/2时，也会发送该报文用于请求延长租期，如果DHCP没有回复ACK应答报文，就会在租期时间只剩7/8时，也会再次发送该报文用于请求延长租期；
- DHCP ACK报文：服务器收到客户端的request报文，请求的IP地址及参数无误就会发送ACK应答报文（源IP：DHCP服务器 目的IP：255.255.255.255）同意客户端的请求；根据该报文的用户Mac地址查找是否有相应的租约记录，如果有就发送ACK报文同意续租（收到续租时发送request报文）；
- DHCP NAK报文：如果服务器收到的request报文中请求的IP地址及参数有误或没有相应的租约记录就会发送NAT应答报文，通知客户端无法分配IP地址或者续约；
- DHCP RELEASE报文：客户端主动释放IP地址时就会发送该报文，用于告知服务器不再使用该IP地址，服务器就能快速收回地址；
- DHCP DELINE报文：客户端获得IP地址后，发送免费ARP发现服务器分配的IP地址已经被使用或者由于某种原因使得该IP不能正常使用，就会发送该报文通告DHCP服务器地址不可用，希望获取新的IP地址；
- DHCP INFORM报文：客户端有IP地址但没有其他参数就会向DHCP发送inform报文请求获取其他参数（很少见）；
注：在客户端获取IP地址过程中，所有报文都是采用广播形式发送（同网段）；如果有DHCP中继器，那么中继器与客户端发送的报文都是广播形式，中继器与DHCP服务器之间发送的报文都为单播形式；
报文结构分析
| 报文字段 | 说明 |
|---|---|
| OP | 指定DHCP报文的类型，请求报文置为1，应答报文置为2（请求报文包含：discover报文，request报文，decline报文，release报文，inform报文；应答报文包括：offer报文，ack报文，nak报文） |
| Hype | 指定客户端MAC地址类型，该字段置为1表示最常见的以太网类型 |
| Hlen | 指定客户端MAC地址的长度 |
| Hops | 指定DHCP经过DHCP中继器的数量，请求报文经过一个DHCP中继器该字段就会增加1，没有经过置为0 |
| Xid | 在客户端发送discover报文时随机产生的标识符，用于标识IP地址请求过程，整个IP地址的请求过程使用的都是一样的，简单来说，整个IP地址请求的过程都使用discover报文产生的XID值，便于区分不同客户端的IP地址请求过程（一个DHCP服务器有多个客户端，便于区分不同客户端的IP地址请求过程） |
| Secs | 指客户端获取到IP地址后已使用的时间或者续约成功后IP地址已使用时间（定时器，确定IP地址租期是否过期）单位为秒，没有获取IP地址之前置为0 |
| Flags | 标识应答报文是采用单播还是广播发送，置为0是单播发送，置为1是广播发送（只使用第一位，其余位未使用） |
| Ciaddr | DHCP客户端的IP地址；在没有获取到IP地址之前该字段都置为0.0.0.0 |
| Yiaddr | DHCP服务器分配给客户端的IP地址，除offer和ACK报文，其他报文该字段为0.0.0.0（只有应答报文才有该字段） |
| Siaddr | DHCP服务器的IP地址，除offer和ACK报文，其他报文该字段为0.0.0.0（只有应答报文才有该字段） |
| Giaddr | DHCP客户端发送的报文经过的第一个DHCP中继器的IP地址，没有经过中继器就置为0.0.0.0 |
| Chaddr | 记录DHCP客户端的MAC地址，每个报文中都有 |
| Sname | 记录为DHCP客户端分配IP地址的DHCP服务器名称（DNS域名格式），除了offer和ACK报文（应答报文），其余报文均为空 |
| File | 记录DHCP服务器为DHCP客户端启动的配置文件以及文件路径信息；仅在offer报文中存在，其余报文为空 |
| Options | 可选字段，长度可变，最多为312字节；该字段包含了报文类型、有效租约时间、网关、子网掩码、DNS服务器、域名称、续约时间等 |
Options字段可以包含的内容(仅供了解)，如下
| Options代码号 | 长度/字节 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | 4 | 子网掩码 |
| 3 | 长度可变，必须是4字节的倍数 | 默认网关(可以是路由器IP地址列表) |
| 6 | 长度可变，必须是4字节的倍数 | DNS服务器地址(可以是DHS服务器地址列表) |
| 15 | 长度可变 | 域名称(注DNS服务器名称) |
| 44 | 长度可变，必须是4字节的倍数 | WINS服务器(可以是WINS服务器地址列表) |
| 51 | 4 | 有效租约时间，单位秒 |
| 53 | 1 | 报文类型，数值从1-8依次表示的报文为：Discover报文、Offer报文、Request报文、Decline报文、ACK报文、NAK报文、Release报文和Inform报文 |
| 58 | 4 | 续约时间，单位秒 |
DHCP同网段的通信原理
客户端在请求获取IP的过程中，以广播的形式发送DHCP Discover请求报文（OP置为1，Ciaddr置为0.0.0.0；Yiaddr置为0.0.0.0；Siaddr置为0.0.0.0；Chaddr置为客户端的MAC地址；Options字段为基础信息）用于发现本地网络的DHCP服务器；
当DHCP服务器收到discover报文后，会以广播的形式回复DHCP Offer应答报文（OP置为2；Ciaddr置为0.0.0.0；Yiaddr置为DHCP可分配的IP地址；Siaddr置为DHCP服务器IP；Chaddr置为客户端的MAC地址；Sname置为DHCP服务器的名称；Options字段里含有相应的子网掩码、默认网关、DNS服务器IP、有效租约期、服务器IP地址）用于通告客户端，DHCP服务器可以分配的一个IP地址以及相应相应的参数；
客户端只会接收第一个收到的Offer报文，后续的Offer报文（其他DHCP服务器）丢弃，收到discover报文之后，客户端会以广播的形式发送DHCP Request请求报文（OP置为1；Ciaddr置为0.0.0.0；Yiaddr置为0.0.0.0；Siaddr置为0.0.0.0；Sname置为空；Options字段包含服务器主机名、请求的IP地址、服务器的IP地址等）用于告诉服务器，客户端需要申请的IP地址；
服务器收到Request报文，如果请求的IP地址以及参数无误并同意分配，就会以广播的形式发送DHCP ACK应答报文（OP置为2；Ciaddr置为0.0.0.0；Yiaddr置为被分配的IP；Siaadr置为服务器的IP地址；Sname置为服务器的名称；Options字段包含子网掩码、默认网关、DNS服务器IP地址、有效租约期等）用于通知客户端，服务器同意该IP地址后的申请；如果服务器不同意IP地址的申请，会以广播形式发送NAK应答报文（OP置为2；Ciaddr置为0.0.0.0；Yiaddr置为被请求的IP地址；Siaddr置为服务器IP地址；Options字段包含相应参数）
客户端收到ACK报文，就会使用该IP地址，在使用之前会以广播形式发送免费ARP（源MAC：客户端的Mac、目的Mac：广播Mac；源IP：请求的IP地址、目的IP：请求的IP地址）[源/目IP的IP地址是相同的]用于探测本地网络中该IP地址是否被使用，如果有设备回复，就会发送DHCP Decline请求报文（OP置为1；Ciaddr置为0.0.0.0；Yiaddr置为0.0.0.0；Siaddr置为0.0.0.0；Options字段包含服务器IP、服务器名称、请求的IP地址等），请求服务器重新分配IP地址；如果在规定时间里没有收到回复，客户端使用该IP地址；
如果客户端不再使用该IP地址，就会以单播形式发送DHCP Release请求报文（OP置为1；Ciaddr置为0.0.0.0；Yiaddr置为0.0.0.0；Siaddr置为0.0.0.0；Options字段包含服务器IP、服务器名称、请求的IP地址等）用于客户端释放被请求的IP地址；服务器收到Release报文，会以广播形式发送ACK应答报文；
当客户端IP地址的租期期限只剩1/2时，就会以单播形式发送Request请求报文通告服务器自己想重新续约，如果服务器不同意续约，就会以单播形式发送NAK应答报文，告诉客户端不同意续约，如果同意就以单播形式发送ACK应答报文；当客户端IP地址的租期期限到了7/8时，会再次发送Request请求报文，与上述相同
上述过程，如下图所示：
服务器IP地址分配顺序
- 服务器的数据库与客户端绑定的IP地址
- 客户端以前使用过的IP地址
- 在DHCP地址池里按照顺序查找，最先找到的IP地址
- 如果在地址池中未找到可分配的IP地址，则依次查找查过租期、发生地址冲突的IP地址，仍没找到可用IP地址就报错
DHCP中继器的介绍和注意点
Option82是DHCP报文中的中继代理信息选项，该选项记录了客户端的物理位置信息；该选项最多支持255个子选项，目前设备主要支持的是sub-option1（Ciruit ID，电路ID子选项）、sub-option2（Remote ID，远端ID子选项）
Sub-option1的内容用于接收DHCP客户端请求报文的端口所属的VLAN编号（对应“VLAN ID”字段）以及端口索引（取值为端口的物理编号减一，对应“Port Index”字段）
Sub-option2的内容用于接收客户端请求报文的DHCP中继器的MAC地址（对应“MAC”字段）
跨网段和同网段的DHCP获取IP地址过程基本相同，只是多了DHCP中继器，报文的Options字段里会添加一个Option82字段；
当DHCP中继器收到客户端发送的请求报文后，会检测该报文是否含有Option82字段，如果含有该字段，DHCP中继器会根据预先配置的策略对报文进行处理（丢弃或保持原有Option82或使用DHCP中继器自身的Option82代替），同时根据Sub-option1的VLAN ID和Port Index字段，找到为对应网段分配地址的服务器，将报文中的Giaddr字段置为DHCP中继器的IP地址；
如果不含有Option82字段，就会将DHCP中继器自身的Option82填充进报文，以单播形式发送给DHCP服务器；
DHCP中继收到服务器发送的应答报文就会剥离Option82字段，以广播形式转发出去。
跨网段通信，如下图所示：
DHCP Snooping介绍
DHCP Snooping是一种DHCP安全技术，能够有效防止网络中仿冒DHCP服务器的攻击，保证客户端从合法的服务器获取IP地址，而且能够记录DHCP客户端IP地址与MAC地址等参数的对应关系而生成绑定表，同时还可以防范各种基于DHCP服务器攻击。
信任功能：信任端口(正常转发DHCP应答报文)、非信任端口(丢弃接收的DHCP应答报文，offer报文、ACK报文、NAK报文)；
基本监听功能：通过监听DHCP的请求和应答报文，生成DHCP Snooping绑定表，绑定表项包括，客户端的MAC地址、IP地址、端口号以及端口所属的VLAN号等
注：DHCP Snooping绑定表根据IP地址的DHCP租用期进行老化，或根据用户释放IP地址所发送的release报文自动删除对应项；DHCP Snooping一般在接入网络的二层设备上或中继设备上开启
DHCP Snooping的应用场景
- 防止DHCP服务器仿冒攻击：开启DHCP Snooping信任端口功能。对于真实的DHCP服务端口方向开启信任端口，其他开启非信任端口；
- 防止DHCP报文泛洪攻击(通过改变CHADDR字段发送大量的Request报文)：在开启DHCP Snooping功能的同时，开启对DHCP报文上送DHCP报文处理单元的速率进行检测的功能，超过速率范围的报文就丢弃（设置设备或者接口允许的最大接入用户数，超过该用户数就不允许申请IP地址）；
- 通过支持的option82实现对客户端的控制：根据option82的两个子项获取客户端的详细地理信息，根据客户端精确物理详细信息上已配置的分配IP策略或安全策略为用户分配合适的IP地址和其他配置信息