DHCP原理

DHCP应用场景

在大型企业网络中，会有大量的主机或设备需要获取IP地址等网络参数。如果采用手工配置，工作量大且不好管理，如果有用户擅自修改网络参数，还有可能会造成IP地址冲突等问题。使用动态主机配置协议DHCP（DynamicHost ConfigurationProtocol）来分配IP地址等网络参数，可以减少管理员的工作量，避免用户手工配置网络参数时造成的地址冲突。

• 在大型企业网络中，一般会有大量的主机等终端设备。每个终端都需要配置IP地址等网络参数才能接入网络。在小型网络中，终端数量很少，可以手动配置IP地址。但是在大中型网络中，终端数量很多，手动配置IP地址工作量大，而且配置时容易导致IP地址冲突等错误。
• DHCP可以为网络终端动态分配IP地址，解决了手工配置IP地址时的各种问题。

DHCP基本原理

DHCP报文类型

报文类型	含义
DHCP DISCOVER	客户端用来寻找DHCP服务器
DHCP OFFER	DHCP服务器用来响应DHCP DISCOVER报文，此报文携带了各种配置信息
DHCP REQUEST	客户端请求配置确认，或者续借租期
DHCP ACK	服务器对REQUEST报文的确认响应
DHCP NAK	服务器对REQUEST报文的拒绝响应
DHCP RELEASE	客户端要释放地址时用来通知服务器

1. DHCP客户端初次接入网络时，会发送DHCP发现报文（DHCP Discover），用于查找和定位DHCP服务器。
2. DHCP服务器在收到DHCP发现报文后，发送DHCP提供报文（DHCP Offer），此报文中包含IP地址等配置信息。
3. 在DHCP客户端收到服务器发送的DHCP提供报文后，会发送DHCP请求报文（DHCP Request），另外在DHCP客户端获取IP地址并重启后，同样也会发送DHCP请求报文，用于确认分配的IP地址等配置信息。DHCP客户端获取的IP地址租期快要到期时，也发送DHCP请求报文向服务器申请延长IP地址租期。
4. 收到DHCP客户端发送的DHCP请求报文后，DHCP服务器会回复DHCP确认报文（DHCP ACK）。客户端收到DHCP确认报文后，会将获取的IP地址等信息进行配置和使用。
5. 如果DHCP服务器收到DHCP-REQUEST报文后，没有找到相应的租约记录，则发送DHCP-NAK报文作为应答，告知DHCP客户端无法分配合适IP地址。
6. DHCP客户端通过发送DHCP释放报文（DHCP Release）来释放IP地址。收到DHCP释放报文后，DHCP服务器可以把该IP地址分配给其他DHCP客户端。

地址池

ARG3系列路由器和X7系列交换机都可以作为DHCP服务器，为主机等设备分配IP地址。DHCP服务器的地址池是用来定义分配给主机的IP地址范围，有两种形式。

• 接口地址池为连接到同一网段的主机或终端分配IP地址。可以在服务器的接口下执行dhcp select interface命令，配置DHCP服务器采用接口地址池的DHCP服务器模式为客户端分配IP地址。
• 全局地址池为所有连接到DHCP服务器的终端分配IP地址。可以在服务器的接口下执行dhcp select global命令，配置DHCP服务器采用全局地址池的DHCP服务器模式为客户端分配IP地址。
• 接口地址池的优先级比全局地址池高。配置了全局地址池后，如果又在接口上配置了地址池，客户端将会从接口地址池中获取IP地址。在X7系列交换机上，只能在VLANIF逻辑接口上配置接口地址池。

DHCP工作原理

- 为了获取IP地址等配置信息，DHCP客户端需要和DHCP服务器进行报文交互。

• 首先，DHCP客户端发送DHCP发现报文来发现DHCP服务器。DHCP服务器会选取一个未分配的IP地址，向DHCP客户端发送DHCP提供报文。此报文中包含分配给客户端的IP地址和其他配置信息。如果存在多个DHCP服务器，每个DHCP服务器都会响应。
  • 如果有多个DHCP服务器向DHCP客户端发送DHCP提供报文，DHCP客户端将会选择收到的第一个DHCP提供报文，然后发送DHCP请求报文，报文中包含请求的IP地址。收到DHCP请求报文后，提供该IP地址的DHCP服务器会向DHCP客户端发送一个DHCP确认报文，包含提供的IP地址和其他配置信息。DHCP客户端收到DHCP确认报文后，会发送免费ARP报文，检查网络中是否有其他主机使用分配的IP地址。如果指定时间内没有收到ARP应答，DHCP客户端会使用这个IP地址。如果有主机使用该IP地址，DHCP客户端会向DHCP服务器发送DHCP拒绝报文，通知服务器该IP地址已被占用。然后DHCP客户端会向服务器重新申请一个IP地址。

DHCP租期更新

申请到IP地址后，DHCP客户端中会保存三个定时器，分别用来控制租期更新，租期重绑定和租期失效。DHCP服务器为DHCP客户端分配IP地址时会指定三个定时器的值。如果DHCP服务器没有指定定时器的值，DHCP客户端会使用缺省值，缺省租期为1天。默认情况下，还剩下50%的租期时，DHCP客户端开始租约更新过程，DHCP客户端向分配IP地址的服务器发送DHCP请求报文来申请延长IP地址的租期。DHCP服务器向客户端发送DHCP确认报文，给予DHCP客户端一个新的租期。

DHCP重绑定

- DHCP客户端发送DHCP请求报文续租时，如果DHCP客户端没有收到DHCP服务器的DHCP应答报文。默认情况下，重绑定定时器在租期剩余12.5%的时候超时，超时后，DHCP客户端会认为原DHCP服务器不可用，开始重新发送DHCP请求报文。网络上任何一台DHCP服务器都可以应答DHCP确认或DHCP非确认报文。

• 如果收到DHCP确认报文，DHCP客户端重新进入绑定状态，复位租期更新定时器和重绑定定时器。如果收到DHCP非确认报文，DHCP客户端进入初始化状态。此时，DHCP客户端必须立刻停止使用现有IP地址，重新申请IP地址。

IP地址释放

租期定时器是地址失效进程中的最后一个定时器，超时时间为IP地址的租期时间。如果DHCP客户端在租期失效定时器超时前没有收到服务器的任何回应，DHCP客户端必须立刻停止使用现有IP地址，发送DHCP
Release报文，并进入初始化状态。然后，DHCP客户端重新发送DHCP发现报文，申请IP地址。