Linux網絡服務之DHCP服務原理與自動獲取實驗

DHCP服務原理與自動獲取實驗

一、DHCP的概念

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol ）——動態主機配置協議，專門用于為TCP/IP網絡中的計算機自動廢品TCP/IP參數的協議，屬于應用層。

在現實場景中，就是由服務器控制一段IP地址范圍，客戶機登錄服務器時就可以自動獲得服務器分配的IP地址和子網掩碼。

使用DHCP服務可以為大量客戶機自動分配地址，提供集中管理，從而減輕管理和維護成本、提高網絡配置效率。

可分配的地址信息主要包括：網卡的ip地址、子網掩碼；對應的網絡地址、廣播地址；默認網關地址；DNS服務器地址。

二、DHCP的租約過程

1.Discover——發現階段，即DHCP客戶機尋找DHCP服務器的階段。DHCP客戶機以廣播方式（因為DHCP服務器的IP地址對于客戶機來說是未知的）發送DHCP discover發現信息來尋找DHCP服務器，即向地址255.255.255.255發送特定的廣播信息。網絡上每一臺安裝了TCP/IP協議的主機都會接收到這種廣播信息，但只有DHCP服務器才會做出響應。

2.Offer——提供階段，即DHCP服務器提供IP地址的階段。在網絡中接收到DHCP discover發現信息的DHCP服務器都會做出響應，它從尚未出租的IP地址中挑選一個分配給DHCP客戶機，向DHCP客戶機發送一個包含出租的IP地址和其他設置的DHCP offer提供信息。

3.Request——請求（選擇）階段，即DHCP客戶機選擇某臺DHCP服務器提供的IP地址的階段。如果有多臺DHCP服務器向DHCP客戶機發來的DHCP offer提供信息，則DHCP客戶機只接受第一個收到的DHCP offer提供信息，然后它就以廣播方式回答一個DHCP request請求信息，該信息中包含向它所選定的DHCP服務器請求IP地址的內容。之所以要以廣播方式回答，是為了通知所有的DHCP服務器，他將選擇某臺DHCP服務器所提供的IP地址。

4.ACK——確認階段，即DHCP服務器確認所提供的IP地址的階段。當DHCP服務器收到DHCP客戶機回答的DHCP request請求信息之后，它便向DHCP客戶機發送一個包含它所提供的IP地址和其他設置的DHCP ack確認信息，告訴DHCP客戶機可以使用它所提供的IP地址。然后DHCP客戶機便將其TCP/IP協議與網卡綁定，另外，除DHCP客戶機選中的服務器外，其他的DHCP服務器都將收回曾提供的IP地址。

5.Relogin——重新登錄。以后DHCP客戶機每次重新登錄網絡時，就不需要再發送DHCP discover發現信息了，而是直接發送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request請求信息。當DHCP服務器收到這一信息后，它會嘗試讓DHCP客戶機繼續使用原來的IP地址，并回答一個DHCP ack確認信息。如果此IP地址已無法再分配給原來的DHCP客戶機使用時（比如此IP地址已分配給其它DHCP客戶機使用），則DHCP服務器給DHCP客戶機回答一個DHCP nack否認信息。當原來的DHCP客戶機收到此DHCP nack否認信息后，它就必須重新發送DHCP discover發現信息來請求新的IP地址。

6.Update——更新租約。DHCP服務器向DHCP客戶機出租的IP地址一般都有一個租借期限，期滿后DHCP服務器便會收回出租的IP地址。如果DHCP客戶機要延長其IP租約，則必須更新其IP租約。DHCP客戶機啟動時和IP租約期限過一半時，DHCP客戶機都會自動向DHCP服務器發送更新其IP租約的信息。

三、DHCP的優勢

• 減少管理；
• 避免輸入錯誤；
• 避免IP地址沖突；
• 提高IP地址使用率；
• 方便客戶端配置。

四、DHCP的分配方式

1. 自動分配：當DHCP客戶機第一次成功從DHCP服務器獲取到一個IP地址后就永久使用這個地址
2. 手動分配：由DHCP服務器管理員專門指定IP地址；
3. 動態分配：當DHCP客戶機第一次成功從DHCP服務器獲取到一個IP地址后，并非永久使用這個地址，而是每次使用完后，DHCP客戶機就會釋放這個IP地址，給其他客戶機使用。（PS：我自己做實驗驗證的時候發現：當分配的IP地址范圍足夠大的的情況下，主機數不多時，無論釋放與否都會獲取到與之前一樣的IP地址，而當范圍極小，比如只有一個的情況下，一臺客戶機獲取到時其他的是無法獲取的，除非其釋放之后另外一臺renew時才能獲取）

五、DHCP動態分配實驗

實驗環境：Windows10宿主機，一臺win10虛擬機用作驗證，一臺Centos7作為服務器進行配置。

實驗目的：驗證DHCP動態分配IP地址，原先的win10虛擬機是其他網段或者169網段的，根據你配置連接模式而定，最終可以獲取到你配置的能網段范圍內的ip地址。

實驗過程中注意的要點：

1. 首先是網卡配置，兩臺虛擬機需要同一塊網卡，添加網卡需要重啟宿主機；
2. 其次是防火墻的關閉與SELinux增強型安全功能關閉；
3. 最后是配置文件之后務必重啟對應的服務！

實驗過程步驟如下：

（1）下載軟件包

（2）換綁網卡

（3）查看軟件包配置文件和配置靜態IP地址

（4）關閉防火墻和SELinux，更改DHCP配置文件并啟用dhcpd服務

（5）原來的win10的ip地址是無效ip

（6）更換win10測試機的網卡進行renew測試

六、總結

本文主要介紹的是DHCP的相關概念和分配ip的原理，以及使用DHCP服務的優勢，最后結合一個實驗來驗證DHCP服務是如何動態分配ip的小實驗。