DHCP协议理论解析与抓包实践

目录

一、定义

二、概述

2.1 DHCP的由来

2.2 DHCP的3种地址分配方式

三、DHCP工作流程

发现阶段：DHCP Discover

提供阶段：DHCP Offer

选择阶段：DHCP Request

确认阶段 DHCP ACK

需要注意的点

三、DHCP报文类型

四、wireshark抓包分析

DHCP discoery

DHCP Offer

DHCP Request

DCHP Ack

---

一、定义

dynamic host configuration protocol 动态主机配置协议

动态地配置主机的ip地址，子网掩码，网关，dns服务器，租期

 

二、概述

2.1 DHCP的由来

前身是BOOTP，属于应用层协议。

是局域网的网络协议，使用UDP协议传输。

67端口：DHCP Server；68端口：DHCP Client

 

2.2 DHCP的3种地址分配方式

自动分配：DHCP给客户端分配永久性的IP地址。

动态分配：DHCP给客户端分配的IP地址过一段时间后会过期；客户端也可以主动释放该地址。

手动配置：由用户手动为客户端指定IP地址。

 

三、DHCP工作流程

主要分为四步：

发现阶段 DHCP Discover

提供阶段 DHCP Offer

选择阶段 DHCP Request

确认阶段 DHCP Ack

 

 

发现阶段：DHCP Discover

目的：DHCP客户端以广播的形式发送Discover包（主机并不知道DHCP的服务器的位置）

发送者：源ip是0.0.0.0

发送方式：目标ip是255.255.255.255，也就是网段内所有安装了TCP/IP协议的主机/服务器

响应者：DHCP服务器

 

提供阶段：DHCP Offer

发送者：所有收到DHCP Discover的DHCP服务器

发送方式：服务器会以广播的形式发送DHCP Offer

响应者：只有client的发送者才会响应。

所携带的信息：各DHCP服务器会在地址池中找一个尚未出租的IP地址和网关信息构造一个Offer报文，告知用户本服务器可以为其提供IP地址。

 

但是只是预分配，还需要client通过ARP（免费ARP）检测该IP是否重复。

因为可能有不同的DHCP服务器发送了DHCP Offer，而且有可能预分配的IP地址是冲突的。（一般client会选择第一个收到收到的DHCP Offer包中的IP地址）

免费arp

用处：验证IP是否冲突

主机A广播一个免费arp，该包中有主机A请求使用的地址，若网络中已有主机使用了主机A请求使用的地址，就会发出应答，表示网络中已有主机使用了主机A所请求的地址。

 

选择阶段：DHCP Request

目的：DHCP客户端选择其中一台DHCP服务器提供的IP地址（客户端通常会选择第一个回应offer报文的服务器）

发送者：客户端

发送方式：广播方式发送，因为需要通知所有的DHCP server，客户端选择了哪一个DHCP server

响应者：服务器查看包内容，客户端是否选择了自己提供的IP地址，若是的话则发送DHCP Ack

所包含的信息：client所选定的DHCP server，请求IP地址

 

需要注意还有其他情况，client会发送DHCP request

DHCP客户端成功获取IP地址后，在地址使用租期减去1/2时，会向DHCP服务器发送单播request报文延续租期，若没有收到DHCP ACK报文，在租期超过3/4时，再发送广播request报文延续租期。

 

确认阶段 DHCP ACK

目的：DHCP服务器确认提供IP地址，告知客户端可以使用DHCP server提供的地址。

发送者：被客户端选择的DHCP Server。

发送方式：广播

包含的信息：DHCP服务器所提供的地址和其他配置信息

 

需要注意：

除了客户端选择的DHCP Server意外，其他的DHCP Server都会回收先前预分配的IP地址。

 

需要注意的点：

• 68是客户端口
• 67服务端口
• dhcp报文都是广播包

 

三、DHCP报文类型

DHCP报文类型	描述
DHCP Discover	DHCP客户端请求地址时，并不知道DHCP服务器的位置，因此DHCP客户端会在本地网络内以广播方式发送请求报文，目的是发现网络中的DHCP服务器，所有收到Discover报文的DHCP服务器都会发送回应报文，DHCP客户端据此可以知道网络中DHCP服务器的位置。
DHCP Offer	DHCP服务器收到Discover报文后，就会在所配置的地址池中查找一个合适的IP地址，加上相应的租约期限和其他配置信息（如网关、DNS服务器等），构造一个Offer报文，发送给用户，告知用户本服务器可以为其提供IP地址。< 只是告诉client可以提供，是预分配，还需要client通过ARP检测该IP是否重复>
DHCP Request	DHCP客户端可能会收到很多Offer，所以必须在这些回应中选择一个。Client通常选择第一个回应Offer报文的服务器作为自己的目标服务器，并回应一个广播Request报文，通告选择的服务器。DHCP客户端成功获取IP地址后，在地址使用租期过去1/2时，会向DHCP服务器发送单播Request报文续延租期，如果没有收到DHCP ACK报文，在租期过去3/4时，发送广播Request报文续延租期。
DHCP ACK	DHCP服务器收到Request报文后，根据Request报文中携带的用户MAC来查找有没有相应的租约记录，如果有则发送ACK报文作为回应，通知用户可以使用分配的IP地址。
DHCP NAK	如果DHCP服务器收到Request报文后，没有发现有相应的租约记录或者由于某些原因无法正常分配IP地址，则发送NAK报文作为回应，通知用户无法分配合适的IP地址。

 

 

四、wireshark抓包分析

DHCP discoery

 

Frame 105: 590 bytes on wire (4720 bits), 590 bytes captured (4720 bits) on interface 0

①表示是第105帧的详细信息，其中该帧大小590bytes。

 

Ethernet II, Src: Hiwifi_65:c6:84 (d4:ee:07:65:c6:84), Dst: Broadcast (ff:ff:ff:ff:ff:ff)

②以太网帧头部信息：

源mac地址d4:ee:07:65:c6:84，目的mac地址是ff:ff:ff:ff:ff:ff。目的mac地址是广播地址主要是因为此时客户端还不知道哪一台是DHCP服务器，所以需要确保该包让网络上的每一台设备都收的到，这样正在监听的DHCP服务器才能收到。

 

Internet Protocol Version 4, Src: 0.0.0.0, Dst: 255.255.255.255

③ipv4包头信息：

因为此时客户端还没有ip地址，所以源ip地址是0.0.0.0；而目的ip地址则是广播ip地址255.255.255.255。

 

User Datagram Protocol, Src Port: 68 (68), Dst Port: 67 (67)

④传输层UDP协议的头部：

源端口（客户端端口）是68，目的端口（DHCP服务器的端口）是67

 

Bootstrap Protocol (Discover)

⑤bootstrap protocol，也就是dhcp协议的内容

Bootstrap Protocol (Discover)
    Message type: Boot Request (1)
    #DHCP消息类型，discover属于请求的步骤之一，所以值是1
    Hardware type: Ethernet (0x01)
    #硬件类型是Ethernet
    Hardware address length: 6
    #硬件地址长度为6
    Hops: 0
    #经过DHCP中继树为0
    Transaction ID: 0x57be6146
    #事务ID
    Seconds elapsed: 0
    Bootp flags: 0x8000, Broadcast flag (Broadcast)
    Client IP address: 0.0.0.0
    #客户端IP地址
    Your (client) IP address: 0.0.0.0
    #自己的（客户端）IP地址
    Next server IP address: 0.0.0.0
    Relay agent IP address: 0.0.0.0
    Client MAC address: Hiwifi_65:c6:84 (d4:ee:07:65:c6:84)
    #客户端的mac地址
    Client hardware address padding: 00000000000000000000
    Server host name not given
    #服务器主机名
    Boot file name not given
    #启动文件名
    Magic cookie: DHCP
    Option: (53) DHCP Message Type (Discover)
        Length: 1
        DHCP: Discover (1)
    Option: (61) Client identifier
        Length: 7
        Hardware type: Ethernet (0x01)
        Client MAC address: Hiwifi_65:c6:84 (d4:ee:07:65:c6:84)
    Option: (60) Vendor class identifier
        Length: 11
        Vendor class identifier: hiwififiwih
    Option: (55) Parameter Request List
        Length: 7
        Parameter Request List Item: (1) Subnet Mask
        Parameter Request List Item: (3) Router
        Parameter Request List Item: (6) Domain Name Server
        Parameter Request List Item: (12) Host Name
        Parameter Request List Item: (15) Domain Name
        Parameter Request List Item: (28) Broadcast Address
        Parameter Request List Item: (44) NetBIOS over TCP/IP Name Server
    Option: (255) End
        Option End: 255
    Padding: 000000000000000000000000000000000000000000000000...

 

DHCP Offer

Frame 106: 342 bytes on wire (2736 bits), 342 bytes captured (2736 bits) on interface 0

①表示是第106帧的详细信息，其中该帧大小342bytes。

 

Ethernet II, Src: CiscoInc_04:33:45 (00:12:7f:04:33:45), Dst: Broadcast (ff:ff:ff:ff:ff:ff)

②以太网帧头部信息：

源mac地址00:12:7f:04:33:45，目的mac地址是ff:ff:ff:ff:ff:ff。目的mac地址是广播地址主要是因为此时此时客户端还没有IP地址，所以将由下列两个步骤发送包给客户端：

• 尝试使用arp提供的客户端硬件地址与之通信
• 若失败，则直接把服务端提供的地址广播出去，通常都会是直接将DHCP discover广播出去

 

Internet Protocol Version 4, Src: 172.16.220.1, Dst: 255.255.255.255

③ipv4包头信息：

源ip地址是172.16.220.1；因为此时客户端还没有ip地址，所以目的ip地址则是广播ip地址255.255.255.255。

 

User Datagram Protocol, Src Port: 67 (67), Dst Port: 68 (68)

④传输层UDP协议的头部：

源端口（DHCP服务器的端口）是67，目的端口（客户端端口）是68

 

⑤bootstrap protocol，也就是dhcp协议的内容

Bootstrap Protocol (Offer)
    Message type: Boot Reply (2)
    Hardware type: Ethernet (0x01)
    Hardware address length: 6
    Hops: 0
    Transaction ID: 0x57be6146
    #与DHCP Discover的事务ID相同，而客户端正式通过事务ID辨认出该响应包是对应自
    #己原来的请求包
    Seconds elapsed: 0
    Bootp flags: 0x8000, Broadcast flag (Broadcast)
    Client IP address: 0.0.0.0
    #客户端地址
    Your (client) IP address: 172.16.220.2
    #预分配的客户端IP地址
    Next server IP address: 0.0.0.0
    Relay agent IP address: 0.0.0.0
    Client MAC address: Hiwifi_65:c6:84 (d4:ee:07:65:c6:84)
    #客户端mac地址
    Client hardware address padding: 00000000000000000000
    Server host name not given
    Boot file name not given
    Magic cookie: DHCP
    Option: (53) DHCP Message Type (Offer)
        Length: 1
        DHCP: Offer (2)
    Option: (54) DHCP Server Identifier
        Length: 4
        DHCP Server Identifier: 172.16.220.1
        #DHCP服务器的标识符
    Option: (51) IP Address Lease Time
        Length: 4
        IP Address Lease Time: (86400s) 1 day
    Option: (58) Renewal Time Value
        Length: 4
        Renewal Time Value: (43200s) 12 hours
    Option: (59) Rebinding Time Value
        Length: 4
        Rebinding Time Value: (75600s) 21 hours
    Option: (1) Subnet Mask
        Length: 4
        Subnet Mask: 255.255.255.0
    Option: (3) Router
        Length: 4
        Router: 172.16.220.1
    Option: (6) Domain Name Server
        Length: 4
        Domain Name Server: 114.114.114.114
    Option: (255) End
        Option End: 255
    Padding: 0000000000000000000000000000

 

DHCP Request

Bootstrap Protocol

Bootstrap Protocol (Request)
    Message type: Boot Request (1)
    Hardware type: Ethernet (0x01)
    Hardware address length: 6
    Hops: 0
    Transaction ID: 0xe622096d
    Seconds elapsed: 0
    Bootp flags: 0x0000 (Unicast)
    Client IP address: 0.0.0.0
    Your (client) IP address: 0.0.0.0
    Next server IP address: 0.0.0.0
    Relay agent IP address: 0.0.0.0
    Client MAC address: IntelCor_a9:b7:9e (08:d4:0c:a9:b7:9e)
    Client hardware address padding: 00000000000000000000
    Server host name not given
    Boot file name not given
    Magic cookie: DHCP
    Option: (53) DHCP Message Type (Request)
        Length: 1
        DHCP: Request (3)
    Option: (61) Client identifier
        Length: 7
        Hardware type: Ethernet (0x01)
        Client MAC address: IntelCor_a9:b7:9e (08:d4:0c:a9:b7:9e)
    Option: (50) Requested IP Address
        Length: 4
        Requested IP Address: 172.16.220.50
    Option: (12) Host Name
        Length: 5
        Host Name: zb168
    Option: (81) Client Fully Qualified Domain Name
        Length: 8
        Flags: 0x00
        A-RR result: 0
        PTR-RR result: 0
        Client name: zb168
    Option: (60) Vendor class identifier
        Length: 8
        Vendor class identifier: MSFT 5.0
    Option: (55) Parameter Request List
        Length: 12
        Parameter Request List Item: (1) Subnet Mask
        Parameter Request List Item: (15) Domain Name
        Parameter Request List Item: (3) Router
        Parameter Request List Item: (6) Domain Name Server
        Parameter Request List Item: (44) NetBIOS over TCP/IP Name Server
        Parameter Request List Item: (46) NetBIOS over TCP/IP Node Type
        Parameter Request List Item: (47) NetBIOS over TCP/IP Scope
        Parameter Request List Item: (31) Perform Router Discover
        Parameter Request List Item: (33) Static Route
        Parameter Request List Item: (121) Classless Static Route
        Parameter Request List Item: (249) Private/Classless Static Route (Microsoft)
        Parameter Request List Item: (43) Vendor-Specific Information
    Option: (255) End
        Option End: 255

 

 

详细解释与前面类似，有几个需要注意的点：

Ethernet II, Src: IntelCor_a9:b7:9e (08:d4:0c:a9:b7:9e), Dst: Broadcast (ff:ff:ff:ff:ff:ff)

Internet Protocol Version 4, Src: 0.0.0.0, Dst: 255.255.255.255

目的地址都选择广播地址是因为需要告诉所有其他的DHCP Server自己所选择的IP地址是哪一个和DHCP服务器是哪一个：

Option: (50) Requested IP Address

Length: 4

Requested IP Address: 172.16.220.50

随后其他的DHCP服务器撤销他们所提供的IP地址

 

DCHP Ack

Bootstrap Protocol (ACK)
    Message type: Boot Reply (2)
    Hardware type: Ethernet (0x01)
    Hardware address length: 6
    Hops: 0
    Transaction ID: 0xe622096d
    Seconds elapsed: 0
    Bootp flags: 0x0000 (Unicast)
    Client IP address: 0.0.0.0
    Your (client) IP address: 172.16.220.50
    Next server IP address: 0.0.0.0
    Relay agent IP address: 0.0.0.0
    Client MAC address: IntelCor_a9:b7:9e (08:d4:0c:a9:b7:9e)
    Client hardware address padding: 00000000000000000000
    Server host name not given
    Boot file name not given
    Magic cookie: DHCP
    Option: (53) DHCP Message Type (ACK)
        Length: 1
        DHCP: ACK (5)
    Option: (54) DHCP Server Identifier
        Length: 4
        DHCP Server Identifier: 172.16.220.1
    Option: (51) IP Address Lease Time
        Length: 4
        IP Address Lease Time: (86400s) 1 day
    Option: (58) Renewal Time Value
        Length: 4
        Renewal Time Value: (43200s) 12 hours
    Option: (59) Rebinding Time Value
        Length: 4
        Rebinding Time Value: (75600s) 21 hours
    Option: (1) Subnet Mask
        Length: 4
        Subnet Mask: 255.255.255.0
    Option: (3) Router
        Length: 4
        Router: 172.16.220.1
    Option: (6) Domain Name Server
        Length: 4
        Domain Name Server: 114.114.114.114
    Option: (255) End
        Option End: 255
    Padding: 0000000000000000000000000000