第15节 单臂路由上部署DHCP服务器及DHCP中继——基于PacketTracer仿真实验

1理论知识储备

1.1 VTP协议相关理论知识

1. 概念：VTP（VLAN Trunking Protocol）：是VLAN中继协议，也被称为虚拟局域网干道协议。它是思科私有协议。
2. 作用：在企业网络中有多台交换机企业，配置VLAN工作量大，可以使用VTP协议，把一台交换机配置成VTP Server, 其余交换机配置成VTP Client,这样他们可以自动学习到server 上的VLAN 信息。
3. 三种工作模式：VTP Server、VTP Client 和 VTP Transparent。新交换机出厂时的默认配置是预配置为VLAN1，VTP 模式为服务器。
   1. VTP Server维护该VTP域中所有VLAN 信息列表，VTP Server可以建立、删除或修改VLAN，发送并转发相关的通告信息，同步vlan配置，会把配置保存在NVRAM中。
   2. VTP Client虽然也维护所有VLAN信息列表，但其VLAN的配置信息是从VTP Server学到的，VTP Client不能建立、删除或修改VLAN，但可以转发通告，同步vlan配置，不保存配置到NVRAM中。
   3. VTP Transparent相当于是一项独立的交换机，它不参与VTP工作，不从VTP Server学习VLAN的配置信息，而只拥有本设备上自己维护的VLAN信息。VTP Transparent可以建立、删除和修改本机上的 VLAN信息，同时会转发通告并把配置保存到NVRAM中。
4. VTP域：
   1. 定义：VTP域也称为VLAN管理域，有一个以上共享VTP域名互相连接的交换机组成。也就是说，VTP域是一组VTP域名相同并通过中继链路相互连接的交换机。
   2. 意义：要使用VTP，首先必须建立一个VTP管理域，在同一管理域中的交换机共享vlan信息，并且一个交换机只能参加一个管理域。不同域中的交换机不能共享vlan信息。
   3. 要求：（1）域内的每台交换机都必须使用相同的域名，不论是通过配置实现，还是由交换自动学到的。（2）Catalyst交换机必须是相邻的，即相邻的交换机需要具有相同的域名。（3）在所有Catalyst交换机之间，必须配置中继链路。
5. tips：在公司网络中，服务器一般单独使用一个vlan，避免广播的负担。

1.2 路由器上部署DHCP相关理论知识

1. 条件：虽然DHCP属是TCP/IP协议栈中5层中的功能，但是对于3层及以上的设备一般都有部署DCHP的条件，路由器主要工作在3层，但也内置了一些可以满足高层功能的硬件条件。（比如交换机也内置虚拟PC，能满足远程管理的需求）
2. 意义：DHCP请求是通过广播来实现的，广播无法再不同VLAN之间传递，因此DHCP服务器需要部署在所有VLAN相接的位置，也就是路由器的位置。
3. 子接口对DHCP请求的应答：DHCP从哪个子接口收到的请求，就提供该子接口IP网段对应的IP地址。
4. 相关命令

conf t
	ip dhcp excluded-address 10.1.1.1 10.1.1.9	#先预留地址后创建地址池
	ip dhcp excluded-address 10.1.1.254			#预留网关IP
	ip dhcp pool v10							#创建一个地址池，并命名为v10，回车进入DHCP地址池配置模式
		network 10.1.1.0 255.255.255.0			#定义地址池提供的IP及子网掩码
		default-router 10.1.1.254				#定义地址池提供的网关IP
		dns-server 40.1.1.1						#定义地址池提供的DNS服务器IP地址，在网络规划阶段就应该为各个服务器固定下IP
		lease 1 12 30							#定义租期，输入3个正整数，分别对应天数、时、分，该命令在PT仿真平台不支持
		exit
	no ip dhcp pool v10							#删除地址池
	no ip dhcp excluded-address 10.1.1.254		#删除IP预留

1.3 DHCP中继相关理论知识

1. 背景：由于路由器本身不是专门用于配置DHCP服务器的设备，当公司人数几百上千人时，路由器上部署DHCP将心有余而力不足。那我们是否能仍然发挥路由器起到路由的主要功能，让路由器将来自某个VLAN的DHCP请求转发到另一个VLAN中呢？这是DHCP中继技术要解决的核心任务。
2. DHCP Relay：DHCP中继（也叫做DHCP中继代理）是一个小程序，其可以实现在不同子网和物理网段之间处理和转发dhcp信息的功能。如果DHCP客户机与DHCP服务器在同一个物理网段，则客户机可以正确地获得动态分配的ip地址。如果不在同一个物理网段，则需要DHCP Relay Agent(中继代理)。
3. DHCP relay 原理：
   1. 当dhcp client 启动并进行dhcp 初始化时，它会在本地网络广播配置请求报文。
   2. 如果本地网络存在dhcp server，则可以直接进行dhcp 配置，不需要dhcp relay。
   3. 如果本地网络没有dhcp server，则与本地网络相连的具有dhcp relay 功能的网络设备收到该广播报文后，将进行适当处理并转发给指定的其它网络上的dhcp server。以单播方式转发。
   4. dhcp server 根据dhcp client 提供的信息进行相应的配置，并通过dhcp relay 将配置信息发送给dhcp client，完成对dhcp client 的动态配置。
4. 部署位置：部署于路由器的各子接口上。
5. 最多能跨越2次VLAN。
6. 相关命令。

int f0/0.1
ip helper-address 40.1.1.1	#收到DHCP请求时，转给DHCP服务器IP地址

1.4 单臂路由的局限性

1. 路由器接口容易成为网络通信功能的瓶颈。
2. 所有子接口均依赖于总接口，容易单点发生故障，网络结构不够稳健。
3. 不同VLAN之间通信的帧（大文件会有许多帧）都需要单独经过VLAN标签封装解封装、均需要单独路由。

2实验一：路由器上部署DHCP

2.1实验目的

1. 如下网络拓补图搭配网络，注意接口号与网段规划；
2. 构建VTP域；
3. 路由器上部署DHCP服务器；
4. 所有PC能自动获取IP地址并能相互ping通。

2.2部署步骤及命令

'''交换机配置命令'''
'''第一步：配置trunk接口模式'''
'''第二步：配置VTP域及创建VLAN类型'''
'''第三步：划分接口至对应VLAN'''

# 配置第一台交换机接口模式
en
conf t
ho SW1
int f0/3
sw m t

# 配置第二台交换机接口模式
en
conf t
ho SW2
int range f0/3 - 5
sw m t

# 配置第三台交换机接口模式
en
conf t
ho SW3
int f0/4
sw m t

# 配置第一台交换机为VTP server，第二三台应该同步学习配置了哪些vlan
# 配置完成后利用show vlan brief查看各自配置结果
en
conf t
vtp domain qq
vlan 10
exit
vlan 20
exit
vlan 30
exit
vlan 40
exit

# 为第一台交换机划分接口至相应VLAN
en
conf t
int f0/1
sw ac vlan 10
int f0/2
sw ac vlan 20

# 为第二台交换机划分接口至相应VLAN
en
conf t
int f0/1
sw ac vlan 10
int f0/2
sw ac vlan 30

# 为第三台交换机划分接口至相应VLAN
en
conf t
int f0/1
sw ac vlan 20
int f0/2
sw ac vlan 40


'''路由器配置命令'''
'''第一步：配置子接口'''
'''第二步：创建DHCP地址池'''

# 创建子接口并定义所属VLAN及IP，完成后使用show ip int b检查配置
en
conf t
ho R1
int f0/0
no shut
exit
int f0/0.1
no shut
encapsulation dot1q 10
ip add 10.1.1.254 255.255.255.0
exit
int f0/0.2
no shut
encapsulation dot1q 20
ip add 20.1.1.254 255.255.255.0
exit
int f0/0.3
no shut
encapsulation dot1q 30
ip add 30.1.1.254 255.255.255.0
exit
int f0/0.4
no shut
encapsulation dot1q 40
ip add 40.1.1.254 255.255.255.0
exit

# 对每个VLAN均需要单独配置，先预留IP，再创建地址池（含IP、子网掩码、网关、DNS地址）
# 配置后使用do show run检查配置
en
conf t
ip dhcp excluded-address 10.1.1.1 10.1.1.9
ip dhcp excluded-address 10.1.1.254
ip dhcp pool v10
network 10.1.1.0 255.255.255.0
default-router 10.1.1.254
dns-server 40.1.1.1
exit
ip dhcp excluded-address 20.1.1.1 20.1.1.9
ip dhcp excluded-address 20.1.1.254
ip dhcp pool v20
network 20.1.1.0 255.255.255.0
default-router 20.1.1.254
dns-server 40.1.1.1
exit
ip dhcp excluded-address 30.1.1.1 30.1.1.9
ip dhcp excluded-address 30.1.1.254
ip dhcp pool v30
network 30.1.1.0 255.255.255.0
default-router 30.1.1.254
dns-server 40.1.1.1
exit

'''PC端自动获取IP、DNS服务器手动配置IP'''
检查IP获取结果，检查能否ping通。

3实验二：路由器上部署DHCP中继

3.1实验目的

1. 如下网络拓补图搭配网络，注意接口号与网段规划；
2. 构建VTP域；
3. 路由器上部署DHCP中继，在服务器上部署DHCP与DNS服务；
4. 所有PC能自动获取IP地址并能相互ping通。

3.2部署步骤及命令

1. 交换机部署命令与上实验一致。
2. 路由器上无需配置地址池，仅需要对每个子接口设置网关IP、所属VLAN，并设置DHCP中继。

# 创建子接口并定义所属VLAN及IP，完成后使用show ip int b检查配置
en
conf t
ho R1
int f0/0
no shut
exit
int f0/0.1
no shut
encapsulation dot1q 10
ip add 10.1.1.254 255.255.255.0
ip helper-address 40.1.1.1
exit
int f0/0.2
no shut
encapsulation dot1q 20
ip add 20.1.1.254 255.255.255.0
ip helper-address 40.1.1.1
exit
int f0/0.3
no shut
encapsulation dot1q 30
ip add 30.1.1.254 255.255.255.0
ip helper-address 40.1.1.1
exit
int f0/0.4
no shut
encapsulation dot1q 40
ip add 40.1.1.254 255.255.255.0
exit

3. 服务器上部署DHCP服务。选中服务器→配置→按下图为每个VLAN增加地址池→关闭。
   
4. PC端尝试自动获取IP并相互ping通。

4 总结

1. 理解VTP在交换机之间的作用；
2. 掌握交换机上配置VTP的命令；
3. 理解路由器在承担DHCP服务与DHCP中继时的作用；
4. 掌握路由器上部署DHCP服务器的命令。