DHCP分配地址過程

1、實用標(biāo)準(zhǔn)文檔在與讀者的交流中，發(fā)現(xiàn)許多讀者對DHCP服務(wù)的工作原理不是很清楚，如為什么DHCP服務(wù)報文不能穿越網(wǎng)關(guān)，在網(wǎng)絡(luò)中有多臺DHCP服務(wù)器時客戶端到底該如何選擇？各階段的DHCP報文格式有哪些主要變化？ DHCP客戶端與DHCP服務(wù)器又是如何識別并建立通信的等。 在此本文給出了具體介紹。11.4.4 DHCP服務(wù)IP地址自動分配原理DHCP在提供服務(wù)時，DHCP客戶端是以UDP 68號端口進行數(shù)據(jù) 傳輸?shù)?，而DHCP服務(wù)器是以UDP 67號端口進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。DHCP 服務(wù)不僅體現(xiàn)在為DHCP客戶端提供IP地址自動分配過程中，還體現(xiàn) 在后面的IP地址續(xù)約和釋放過程中。 本節(jié)僅介紹DHCP

2、客戶端初次分 配IP地址的過程。在整個DHCP服務(wù)器為DHCP客戶端初次提供IP地址自動分配過程 中，一共經(jīng)過了以下四個階段，利用了表 11-10中的前四個報文：發(fā)現(xiàn) 階段（DHCP客戶端在網(wǎng)絡(luò)中廣播發(fā)送 DHCP DISCOVER請求報文， 發(fā)現(xiàn)DHCP服務(wù)器，請求IP地址租約）、提供階段（DHCP服務(wù)器通 過DHCP OFFER報文向DHCP客戶端提供IP地址預(yù)分配）、選擇階 段（DHCP客戶端通過DHCP REQUEST報文確認(rèn)選擇第一個DHCP 服務(wù)器為它提供IP地址自動分配服務(wù)）和確認(rèn)階段（被選擇的DHCP服務(wù)器通過DHCP ACK報文把在DHCP OFFER 報文中準(zhǔn)備的IP地址

3、租約給對應(yīng)DHCP客戶端）。在DHCP客戶端在獲得了一個IP地址以后，就可以發(fā)送一個免費 ARP 請求探測網(wǎng)絡(luò)中是否還有其它主機使用IP地址，來避免由于 DHCP服務(wù)器地址池重疊而引發(fā)的IP沖突。以上四個階段如圖11-19所示，相 當(dāng)于DHCP客戶端與DHCP服務(wù)器的四次握手過程。具體描述如下：DHCP客戶端DHCP朋務(wù)器圖11-19 DHCP客戶端從DHCP服務(wù)器獲取IP地址的四個階段（1）發(fā)現(xiàn)階段：即DHCP客戶端獲取網(wǎng)絡(luò)中DHCP服務(wù)器信息的階 段。在客戶端配置了 DHCP客戶端程序（如在 Windows系統(tǒng)中進行了 如圖11-16所示的配置）并啟動后，以廣播方式 發(fā)送DHCP DISC

4、OVER 報文尋找網(wǎng)絡(luò)中的DHCP服務(wù)器。示例如下。此廣播報文采用傳輸層的 UDP 68號端口發(fā)送（封裝的目的端口為 UDP 68號端口），經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議封裝后，源IP地址為0.0.0.0 （因 為此時還沒有分配IP地址），目的IP地址為255.255.255.255 （有限廣播IP地址)。如下是一個 DHCP DISCOVER 報文封裝的IP報頭示例，可以看到 Destination Address (目的地址)是 255.255.255.255 ,而Source Address(源地址)是0.0.0.0。IP報頭中的其它字段含義大家可以參見本書第7章7.3.4節(jié)相關(guān)內(nèi)容。IP:ID =

5、 0x0; Proto = UDP;Len: 328IP:Version = 4 (0x4)IP:Header Length = 20 (0x14)IP:Service Type = 0 (0x0)IP:Precedence = RoutineIP:0.=Normal DelayIP:.0=NormalThroughputIP:.0. = NormalReliabilityIP:Total Length = 328(0x148)IP:Identification = 0 (0x0)IP:Flags Summary = 0 (0x0)IP:0 = Last fragmentin datagram

6、IP:0. = May fragmentdatagram if necessaryIP:Fragment Offset = 0 (0x0)bytesIP:Time to Live = 128 (0x80)IP:Protocol = UDP - User Datagram!-使用 UDP 傳輸層協(xié)議IP:Checksum = 0x39A6IP:Source Address = 0.0.0.0!一源 IP 地址為 0.0.0.0IP:Destination Address = 255.255.255.255!-目的 IP 地址為 255.255.255.255IP:Data:Number of d

7、ata bytesremaining = 308 (0x0134)【經(jīng)驗之談】在以上DHCP DISCOVER報文中IP報頭中的目的地址(Destination Address )是 255.255.255.255 這個有限廣播地址。這個有限廣播地址就是代表任意一個IPv4子網(wǎng)的廣播地址，當(dāng)然是發(fā)送報 文的主機所在的子網(wǎng)和DHCP服務(wù)器所在子網(wǎng)的廣播地址，但因為此 時DHCP客戶端并不知道DHCP服務(wù)器所在的是哪個子網(wǎng)。下面所有 其它DHCP報文中的255.255.255.255 地址的含義也是一樣的。至于IP報頭中的源地址(Source Address ),由于當(dāng)前 DHCP客 戶端主機并未

8、分配具體的IP地址，所以只能用具有任意代表功能的 0.0.0.0地址來表示了。下面所有其它DHCP報文中指定的0.0.0.0地址 的含義也是一樣的。因為此時，DHCP客戶端沒有分配到IP地址，也不知道DHCP服 務(wù)器或DHCP中繼的IP地址，所以在DHCP DISCOVER 報文中Ciaddr (客戶端IP地址)、Yiadd(被分配的DHCP客戶端IP地址)、Siaddr (下一個為DHCP客戶端分配IP地址的DHCP服務(wù)器地址)、Giaddr (DHCP中繼IP地址)這四個字段均為0.0.0.0 ,如下所示。另外，從 中可以看到，在 CHADDR字段和DHCP選項中Client Identi

9、fier字段 中都標(biāo)識了 DHCP客戶端網(wǎng)卡 MAC地址。DHCP:Discover(xid=21274A1D)DHCP:Op Code(op) = 1 (0x1)DHCP:Hardware Type (htype) = 1 (0x1) 10Mb EthernetDHCP:Hardware Address Length(hlen) = 6 (0x6)DHCP:Hops(hops) = 0 (0x0)DHCP:Transaction ID (xid) = 556223005 (0x21274A1D)DHCP:Seconds(secs) = 0 (0x0)DHCP:Flags (flags) =

10、1 (0x1)!-標(biāo)志位置1 ,代表以廣播方式發(fā)送DHCP:1= BroadcastDHCP:Client IP Address (ciaddr) = 0.0.0.0DHCP:Your IP Address (yiaddr) =0.0.0.0DHCP:Server IP Address (siaddr) = 0.0.0.0DHCP:Relay IP Address (giaddr) =0.0.0.0DHCP:Client Ethernet Address (chaddr) = 08002B2ED85EDHCP:Server Host Name (sname) = <Blank>DH

11、CP:Boot File Name (file) = <Blank>DHCP:Magic Cookie = OKDHCP:Option Field(options)DHCP:DHCP Message Type = DHCP Discover !-DHCP 報文類型為 DHCPDiscoverDHCP:Client-identifier =(Type:1) 08 00 2b 2e d8 5eDHCP:Host Name= JUMBO-WS !-DHCP 服務(wù)器主機名DHCP:Parameter Request List= (Length:7) 01 0f 03 2c 2e 2f 06

12、DHCP:End of this optionfield(2)提供階段：即DHCP服務(wù)器向DHCP客戶端提供預(yù)分配IP地 址的階段。網(wǎng)絡(luò)中的所有 DHCP服務(wù)器接收到客戶端的 DHCP DISCOVER報文后，都會根據(jù)自己地址池中IP地址分配的優(yōu)先次序選 出一個IP地址，然后與其它參數(shù)一起通過傳輸層的UDP 67號端口，在DHCP OFFER報文中以廣播方式發(fā)送給客戶端(目的端口是DHCP 客戶端的UDP 68號端口)?？蛻舳送ㄟ^封裝在幀中的目的MAC地址(也就在 DHCP DISCOVER 報文中的CHADDR字段值)的比對來確 定是否接收該幀。但這樣一來，理論上 DHCP客戶端可能會收到多

13、個 DHCP OFFER報文(當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多個 DHCP服務(wù)器時)，但DHCP 客戶端只接受第一個到來的DHCP OFFER報文。DHCP OFFER報文經(jīng)過IP協(xié)議封裝后的源IP地址DHCP服務(wù)器 自己的IP地址，目的地址仍是255.255.255.255廣播地址，使用的協(xié) 議仍為UDP。下面是一個DHCP OFFER報文的IP報頭示例。IP:ID = 0x3C30; Proto = UDP;Len: 328IP:Version = 4 (0x4)IP:Header Length = 20 (0x14)IP:Service Type = 0 (0x0)IP:Precedence = Rout

14、ineIP:0.=Normal DelayIP:.0=NormalThroughputIP:.0. = NormalReliabilityIP:Total Length = 328(0x148)IP:Identification = 15408(0x3C30)IP:Flags Summary = 0 (0x0)IP:0 = Last fragmentin datagramIP:0. = May fragmentdatagram if necessaryIP:Fragment Offset = 0 (0x0)bytesIP:Time to Live = 128 (0x80)IP:Protocol

15、 = UDP - User DatagramIP:Checksum = 0x2FA8IP:Source Address = 157.54.48.151IP:Destination Address = 255.255.255.255IP:Data:Number of data bytesremaining = 308 (0x0134)在DHCP OFFER 報文中，Ciaddr字段值仍為0.0.0.0 ,因為客戶端仍沒有分配到IP地址；Yiaddr字段已有值了，這是 DHCP服務(wù)器為該 客戶端預(yù)分配的IP地址；因為此時仍沒有得到客戶端確認(rèn)，所以Siaddr 字段值仍為0.0.0.0 ;因為沒有經(jīng)

16、過DHCP中繼服務(wù)器，所以Giaddr 字段值仍為0.0.0.0。另外，在DHCP可選項部分，可以看到由服務(wù)器 隨IP地址一起發(fā)送的各種選項。在這種情況下，服務(wù)器發(fā)送的是子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)(路由器)、租約時間、WINS服務(wù)器地址(NetBIOS名稱服務(wù))和NetBIOS節(jié)點類型。下面是一個DHCP OFFER報文示例。DHCP:Offer(xid=21274A1D)DHCP:Op Code(op) = 2 (0x2)DHCP:Hardware Type (htype) = 1 (0x1) 10Mb EthernetDHCP:Hardware Address Length(hlen) = 6 (

17、0x6)DHCP:Hops(hops) = 0 (0x0)DHCP:Transaction ID (xid) = 556223005 (0x21274A1D)DHCP:Seconds(secs) = 0 (0x0)DHCP:Flags(flags) = 1 (0x1)DHCP:1= BroadcastDHCP:Client IP Address (ciaddr) = 0.0.0.0DHCP:Your IP Address (yiaddr) =157.54.50.5DHCP:Server IP Address (siaddr) = 0.0.0.0DHCP:Relay IP Address (gi

18、addr) =0.0.0.0DHCP:Client Ethernet Address(chaddr) = 08002B2ED85EDHCP:Server Host Name (sname) = <Blank>DHCP:Boot File Name (file) = <Blank>DHCP:Magic Cookie = OKDHCP:Option Field(options)DHCP:DHCP Message Type = DHCPOffer !-DHCP 報文類型為 DHCP OfferDHCP:Subnet Mask=255.255.240.0!-所分配 IP 地址的

19、子網(wǎng)掩碼為255.255.240.0DHCP:Renewal Time Value (T1) = 8 Days, 0:00:00!-想要繼續(xù)租約原來分配的IP 地址,則提出續(xù)約申請的期限為 8天DHCP:Rebinding Time Value (T2) = 14 Days, 0:00:00 !-如果上次申請續(xù)約失敗，再次申請綁定原來分配到的IP地址的期限為14天DHCP:IP Address Lease Time = 16Days, 0:00:00!-租約期限為 16 天，也就是DHCP客戶端可使用此IP地址的最長時間為16天DHCP:Server Identifier =157.54.48

20、.151 !-DHCP 服務(wù)器的 IP 地址為 157.54.48.151DHCP:Router=157.54.48.1!-默認(rèn)網(wǎng)關(guān) IP 地址為 157.54.48.1DHCP:NetBIOS Name Service =157.54.16.154!-DNS 服務(wù)器 IP 地址為157.54.16.154DHCP:NetBIOS Node Type =(Length: 1) 04DHCP:End of this optionfield(3)選擇階段：即DHCP客戶端選擇IP地址的階段。如果有多臺DHCP服務(wù)器向該客戶端發(fā)來DHCP OFFER報文，客戶端只接受第一 個收至U的DHCP OFF

21、ER報文，然后以廣播方式發(fā)送 DHCP REQUEST 報文。在該報文的 Requested Address ”選項中包含DHCP服務(wù)器在DHCP OFFER 報文中預(yù)分配的IP地址，對應(yīng)的DHCP服務(wù)器IP地址 等。這樣也就相當(dāng)于同時告訴得其他DHCP服務(wù)器，它們可以釋放已提供的地址，并將這些地址返回到可用地址池中。在DHCP OFFER報文封裝的IP協(xié)議頭部中，客戶端的 Source Address 仍然是 0.0.0.0 ,數(shù)據(jù)包的 Destination 仍然是 255.255.255.255。但在 DHCP OFFER 報文中 Ciaddr、Yiaddr、Siaddr、Giaddr字

22、段的地址均0.0.0.0 ,大家自己分析一下為什么，很簡單的。下面是一個DHCP OFEER報文頭部和DHCP OFFER報文示 例。IP:ID = 0x100; Proto = UDP;Len: 328IP:Version = 4 (0x4)IP:Header Length = 20 (0x14)IP:Service Type = 0 (0x0)IP:Precedence = RoutineIP:0.=Normal DelayIP:.0=NormalThroughputIP:.0. = NormalReliabilityIP:Total Length = 328(0x148)IP:Ident

23、ification = 256(0x100)IP:Flags Summary = 0 (0x0)IP:0 = Last fragmentin datagramIP:0. = May fragmentdatagram if necessaryIP:Fragment Offset = 0 (0x0)bytesIP:Time to Live = 128 (0x80)IP:Protocol = UDP - UserDatagramIP:Checksum = 0x38A6IP:Source Address = 0.0.0.0IP:Destination Address = 255.255.255.255

24、IP:Data:Number of data bytesremaining = 308 (0x0134)DHCP:Request(xid=21274A1D)DHCP:Op Code(op) = 1 (0x1)DHCP:Hardware Type (htype) = 1 (0x1) 10Mb EthernetDHCP:Hardware Address Length(hlen) = 6 (0x6)DHCP:Hops(hops) = 0 (0x0)DHCP:Transaction ID (xid) = 556223005 (0x21274A1D)DHCP:Seconds(secs) = 0 (0x0

25、)DHCP:Flags(flags) = 1 (0x1)DHCP:1= BroadcastDHCP:Client IP Address (ciaddr) = 0.0.0.0DHCP:Your IP Address (yiaddr) =0.0.0.0DHCP:Server IP Address (siaddr) = 0.0.0.0DHCP:Relay IP Address (giaddr) =0.0.0.0DHCP:Client Ethernet Address(chaddr) = 08002B2ED85EDHCP:Server Host Name (sname) = <Blank>

26、DHCP:Boot File Name(file) = <Blank>DHCP:Magic Cookie = OKDHCP:Option Field (options)DHCP:DHCP Message Type = DHCP RequestDHCP:Client-identifierDHCP:Requested AddressDHCP:Server IdentifierDHCP:Host Name=(Type:1) 08 00 2b 2e d8 5e=157.54.50.5=157.54.48.151=JUMBO-WSDHCP:Parameter Request List= (L

27、ength:7) 01 0f 03 2c 2e 2f 06DHCP:End of this optionfield(4)確認(rèn)階段：即DHCP服務(wù)器確認(rèn)分配級DHCP客戶端IP地址 的階段。某個DHCP服務(wù)器在收到DHCP客戶端發(fā)來的DHCP REQUEST報文后，只有DHCP客戶端選擇的服務(wù)器會進行如下操作： 如果確認(rèn)將地址分配給該客戶端，則以廣播方式 返回DHCP ACK報文; 否則返回DHCP NAK報文，表明地址不能分配給該客戶端。在DHCP服務(wù)器發(fā)送的DHCP ACK報文的IP協(xié)議頭部，Source Address 是 DHCP 服務(wù)器 IP 地址，DestinationAddress

28、 仍然是 廣播地址255.255.255.255 。在DHCP ACK 報文中的Yiaddr字段包含 要分配給客戶端的IP地址，而Chaddr和DHCP:Client Identifier字段 是發(fā)出請求的客戶端中網(wǎng)卡的 MAC地址。同時在選項部分也會在DHCP OFFER報文中把所分配的IP地址的子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)、DNS 服務(wù)器、租約期、續(xù)約時間等信息加上。IP:ID = 0x3D30; Proto = UDP;Len: 328IP:Version = 4 (0x4)IP:Header Length = 20 (0x14)IP:Service Type = 0 (0x0)IP:Preced

29、ence = RoutineIP:0.=Normal DelayIP:.0=NormalThroughputIP:.0. = NormalReliabilityIP:Total Length = 328(0x148)IP:Identification = 15664(0x3D30)IP:Flags Summary = 0 (0x0)IP:0 = Last fragmentin datagramIP:0. = May fragmentdatagram if necessaryIP:Fragment Offset = 0 (0x0)bytesIP:Time to Live = 128 (0x80)

30、IP:Protocol = UDP - UserDatagramIP:Checksum = 0x2EA8IP:Source Address = 157.54.48.151文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔IP:Destination Address = 255.255.255.255IP:Data:Number of data bytesremaining = 308 (0x0134)DHCP:ACK(xid=21274A1D)DHCP:Op Code(op) = 2 (0x2)DHCP:Hardware Type (htype) = 1 (0x1) 10Mb EthernetDHCP:Hardware Address Length(hlen) = 6 (0x6)DHCP:Hops(hops) = 0 (0x0)DHCP:Transaction ID (xid) = 556223005 (0x21274A1D)DHCP:Seconds(secs