【思科】DHCP配置和工作原理
DHCP工作原理
- 一、前言
- 二、DHCP原理
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- DHCP工作原理
- DHCP的IP地址分配方式。
- DHCP协议报文。
- DHCP协议流程
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- 第一阶段：发现阶段
- 第二阶段：提供阶段
- 第三阶段：选择阶段
- 第四阶段 确认阶段
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- 三、DHCP 配置
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- 拓扑
- R1
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- 基本配置
- DHCP 动态服务端
- DHCP 静态服务端
- PC1（动态获取）
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- DHCP 客户端
- 验证
- PC2 （静态获取）
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- DHCP客户端
- 验证
- 四、DHCP的优势
- 五、配置文件
一、前言
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什么是DHCP
DHCP全称是Dynamic Host Configuration Protocol，中文全称为动态主机配置协议。
DHCP通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中管理和分配IP地址，使网络环境中的主机动态地获得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。 -
DHCP解决的问题。
DHCP可以解决手工分配IP地址的问题，可以避免IP地址冲突的问题，可以自动分配IP地址，使其能达到最佳的网络性能。此外，DHCP还可以保护网络环境中的主机不被未知的代理程序所干扰。
二、DHCP原理
DHCP工作原理
DHCP协议的工作原理：
服务器在监听状态下等待客户端的请求
客户端发出请求寻找服务器上的IP和其他网络配置信息。
服务器根据客户端的请求，返回相应的IP和其他网络配置信息。
客户端根据服务器返回的信息，自动更新其本地配置，使得后续的网络连接能够正常进行。
DHCP的IP地址分配方式。
DHCP的IP地址分配方式主要有两种，分别是“静态分配”和“动态分配”。
- 静态分配是手动指定IP地址和客户端（MAC地址），适用于主机固定的场景。
- 动态分配是由服务器集中管理和分配IP地址，客户端每次连接网络时都可以获得不同的IP地址。
IP地址的分配是以静态分配优先。
DHCP协议报文。
DHCP协议报文包括八种报文
| 报文 | 作用 |
|---|---|
| DHCP DISCOVER | DHCP交互的第一个报文，用来寻找DHCP服务器 |
| DHCP Offer | 服务器响应DHCP DISCOVER的请求，提供IP和其他配置信息 |
| DHCP Request | 广播回应服务器的DHCP OFFER报文 |
| DHCP ACK | 服务器对客户端的DHCP REQUEST报文的确认报文 |
| DHCP NAK | 服务器对客户端的DHCP REQUEST报文的拒绝报文 |
| DHCP Decline | 客户端发现服务器送来的IP发生冲突，会发送该报文 |
| DHCP Release | 客户端主动释放IP地址，服务端可以重新利用 |
| DHCP Inform | 客户端再请求更详细的上网参数的（网关、DNS等） |
DHCP协议流程
DHCP协议流程主要包括四个阶段：如图
第一阶段：发现阶段
首次接入网络的DHCP客户端不知道DHCP服务器的IP地址，为了找到DHCP服务器，DHCP客户端以广播方式发送DHCP Discover报文（目的IP地址为255.255.255.255）给同一网段内的所有设备（包括DHCP服务器或中继）。DHCP Discover报文中携带了客户端的MAC地址、需要请求的参数列表选项、广播标志位等信息。
第二阶段：提供阶段
与DHCP客户端位于同一网段的DHCP服务器都会接收到DHCP Discover报文，DHCP服务器选择跟接收DHCP Discover报文接口的IP地址处于同一网段的地址池，并且从中选择一个可用的IP地址，然后通过DHCP OFFER报文发送给DHCP客户端。
此时的IP地址不一定是最终能用的IP地址
若等待DHCP Request报文超过16s，就将这个IP地址分配给别的客户端。
通常，DHCP服务器的地址池中会指定IP地址的租期，如果DHCP客户端发送的DHCP DISCOVER报文中携带了期望租期，二者进行进行比较，选择其中时间较短的租期分配给客户端。
为了防止IP地址冲突
DHCP服务器在发送DHCP OFFER报文前通过发送源地址为DHCP服务器IP地址、目的地址为预分配出去IP地址的ICMP ECHO REQUEST报文对分配的IP地址进行地址冲突探测。
如果在指定的时间内没有收到应答报文，表示网络中没有客户端使用这个IP地址，可以分配给客户端；
如果指定时间内收到应答报文，表示网络中已经存在使用此IP地址的客户端，则把此地址列为冲突地址。
第三阶段：选择阶段
如果有多个DHCP服务器向DHCP客户端回应DHCP Offer报文，则DHCP客户端一般只接收第一个收到的DHCP Offer报文，然后以广播方式发送DHCP Request报文，该报文中包含客户端想选择的DHCP服务器标识符和客户端IP地址。
DHCP客户端广播发送DHCP Request报文通知所有的DHCP服务器，它将选择某个DHCP服务器提供的IP地址，其他DHCP服务器可以重新将曾经分配给客户端的IP地址分配给其他客户端。
第四阶段 确认阶段
当DHCP服务器收到DHCP客户端发送的DHCP REQUEST报文后，DHCP服务器回应DHCP ACK报文，表示DHCP REQUEST报文中请求的IP地址分配给客户端使用。
当DHCP服务器收到DHCP客户端发送的DHCP Request报文后，如果DHCP服务器由于某些原因（例如协商出错或者由于发送Request过慢导致服务器已经把此地址分配给其他客户端）无法分配DHCP Request报文中的IP地址，则发送DHCP NAK报文作为应答，通知DHCP客户端无法分配此IP地址。DHCP客户端需要重新发送DHCP Discover报文来申请新的IP地址。
客户端检测IP地址是否冲突：
-
DHCP客户端收到DHCP ACK报文，会广播发送免费ARP报文，探测本网段是否有其他终端使用服务器分配的IP地址，如果在指定时间内没有收到回应，表示客户端可以使用此地址。如果收到了回应，说明有其他终端使用了此地址，客户端会向服务器发送DHCP Decline报文，并重新向服务器请求IP地址，同时，服务器会将此地址列为冲突地址。当服务器没有空闲地址可分配时，再选择冲突地址进行分配，尽量减少分配出去的地址冲突。
-
DHCP服务器通常会在内部维护一个IP地址池，记录已经分配给客户端的IP地址和其他设备正在使用的IP地址。当接收到一个新的DHCP请求时，服务器会检查该请求中的IP地址是否已经存在于已分配IP地址列表中。如果该地址已经被使用，服务器会发送一个DHCP NAK消息给客户端，指示该地址冲突，并重新提供一个可用的IP地址。
三、DHCP 配置
想查看单臂路由的DHCP，可以点击这个链接，文章里面有配置哦
拓扑
R1
基本配置
R1(config)#int e0/0
R1(config-if)#no shutdown
R1(config-if)#ip address 192.168.10.254 255.255.255.0
R1(config-if)#ex
R1(config)#int e0/1
R1(config-if)#no shutdown
R1(config-if)#ip address 192.168.20.254 255.255.255.0
R1(config-if)#ex
DHCP 动态服务端
R1(config)#ip dhcp pool PC1 ## 创造地址池PC1
R1(dhcp-config)#network 192.168.10.0 255.255.255.0 ## 下发范围
R1(dhcp-config)#default-router 192.168.10.254 ## 网关（跨网段通信）
R1(dhcp-config)#dns-server 8.8.8.8 ## DNS(域名解析)
R1(config)#ip dhcp excluded-address 192.168.10.250 192.168.10.254 ##禁止下发的
DHCP 静态服务端
R1(config)#ip dhcp pool PC2 ## 创造地址池
R1(dhcp-config)#host 192.168.20.100 255.255.255.0 ## 指定下发的地址
R1(dhcp-config)#default-router 192.168.20.254 ## 网关
R1(dhcp-config)#dns-server 8.8.8.8 ## DNS
R1(dhcp-config)#client-identifier 01aabb.cc00.7000 ##绑定MAC地址
注意，此处的 01 千万不要忘记加了，否则MAC地址绑定不成功
我们是在以太网环境中，又因为01表示以太网
必须得加上哦
PC1（动态获取）
注意 ：此处我路由器替代PC，所以，需要关闭路由功能哦
DHCP 客户端
PC(config)#no ip routing ## 关闭路由功能
PC(config)#int e0/0
PC(config-if)#no shutdown
PC(config-if)#ip address dhcp ##用DHCP获取IP地址
验证
地址分配成功
Ping 通网关
PC2 （静态获取）
DHCP客户端
PC2(config)#no ip routing ## 关闭路由功能
PC2(config)#int e0/0
PC2(config-if)#no shutdown
PC2(config-if)#ip address dhcp client-id e0/0 ##静态获取IP地址
验证
获取静态IP地址成功
“Ping通网关”
四、DHCP的优势
DHCP的优势主要有以下几点：
① 集中管理和分配IP地址，使资源得到更加合理的利用；
② 保护网络环境中的主机不被未知的代理程序所干扰；
③ 解决了手工分配IP地址的问题，避免了IP地址冲突的问题；
④ 自动分配IP地址，提升网络性能。
DHCP的未来发展趋势。随着网络技术的不断发展，DHCP也将会不断改进和完善。未来，DHCP可能会引入更多的功能和特性，比如更高效的IP地址分配算法、更灵活的网络配置方式、更安全的用户认证机制等。同时，DHCP也将会
五、配置文件
R1
!
ip dhcp excluded-address 192.168.10.250 192.168.10.254
!
ip dhcp pool PC1
network 192.168.10.0 255.255.255.0
default-router 192.168.10.254
dns-server 8.8.8.8
!
!
ip dhcp pool PC2
host 192.168.20.100 255.255.255.0
client-identifier 01aa.bbcc.0070.00
default-router 192.168.20.254
dns-server 8.8.8.8
!
!
interface Ethernet0/0
ip address 192.168.10.254 255.255.255.0
no shutdown
!
interface Ethernet0/1
ip address 192.168.20.254 255.255.255.0
no shutdown
!