2022年DHCP分配地址过程 .pdf

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1、在与读者的交流中，发现许多读者对DHCP 服务的工作原理不是很清楚，如为什么DHCP 服务报文不能穿越网关，在网络中有多台DHCP服务器时客户端到底该如何选择？各阶段的DHCP 报文格式有哪些主要变化？ DHCP 客户端与 DHCP 服务器又是如何识别并建立通信的等。在此本文给出了具体介绍。11.4.4 DHCP 服务 IP 地址自动分配原理 DHCP 在提供服务时， DHCP 客户端是以 UDP 68 号端口进行数据传输的，而 DHCP 服务器是以 UDP 67 号端口进行数据传输的。DHCP 服务不仅体现在为DHCP 客户端提供 IP 地址自动分配过程中，还体现在后面的IP 地址续约和释放

2、过程中。本节仅介绍DHCP 客户端初次分配 IP 地址的过程。在整个 DHCP 服务器为 DHCP 客户端初次提供IP 地址自动分配过程中，一共经过了以下四个阶段，利用了表11-10 中的前四个报文：发现阶段（ DHCP 客户端在网络中广播发送DHCP DISCOVER请求报文，发现 DHCP 服务器，请求IP 地址租约）、提供阶段（DHCP服务器通过 DHCP OFFER报文向 DHCP 客户端提供 IP 地址预分配）、选择阶段（ DHCP 客户端通过 DHCP REQUEST报文确认选择第一个 DHCP 服务器为它提供IP 地址自动分配服务）和确认阶段（被选择的 DHCP 服务器通过 DH

3、CP ACK 报文把在 DHCP OFFER报文中准备的 IP 地址租约给对应DHCP 客户端）。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 在 DHCP 客户端在获得了一个IP 地址以后，就可以发送一个免费ARP 请求探测网络中是否还有其它主机使用IP 地址，来避免由于DHCP 服务器地址池重叠而引发的IP 冲突。以上四个阶段如图11-19所示，相当于 DHCP 客户端与 DHCP 服务器的四次握手过程。具体描述如下：图

4、 11-19 DHCP客户端从 DHCP 服务器获取IP 地址的四个阶段（1）发现阶段：即DHCP 客户端获取网络中DHCP 服务器信息的阶段。在客户端配置了DHCP 客户端程序（如在Windows 系统中进行了如图 11-16 所示的配置）并启动后，以广播方式 发送 DHCP DISCOVER 报文寻找网络中的DHCP 服务器。示例如下。此广播报文采用传输层的UDP 68 号端口发送（封装的目的端口为UDP 68 号端口），经过网络层IP 协议封装后，源IP 地址为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

5、- - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 0.0.0.0 （因为此时还没有分配IP 地址），目的IP 地址为255.255.255.255 （有限广播 IP 地址）。如下是一个DHCP DISCOVER 报文封装的 IP 报头示例，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 报头中的其它字段含义大家可以参见本书第7章 7.3.4 节相关内容。IP:ID = 0 x0; Proto = UDP;Len: 328IP:Ver

6、sion = 4 (0 x4)IP:Header Length = 20 (0 x14)IP:Service Type = 0 (0 x0)IP:Precedence = RoutineIP:.0. = Normal DelayIP:.0. = NormalThroughputIP:.0. = NormalReliabilityIP:Total Length = 328(0 x148)IP:Identification = 0 (0 x0)IP:Flags Summary = 0 (0 x0)IP:.0 = Last fragmentin datagramIP:.0. = May fragme

7、ntdatagram if necessaryIP:Fragment Offset = 0 (0 x0)bytesIP:Time to Live = 128 (0 x80)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - IP:Protocol = UDP - User Datagram !- 使用 UDP 传输层协议IP:Checksum = 0 x39A6IP:Source Address = 0.0.0.0 !- 源 IP

8、 地址为 0.0.0.0IP:Destination Address = 255.255.255.255 !- 目的 IP 地址为 255.255.255.255IP:Data:Number of data bytesremaining = 308 (0 x0134)【经验之谈】在以上DHCP DISCOVER报文中 IP 报头中的目的地址（Destination Address ）是 255.255.255.255这个有限广播地址。这个有限广播地址就是代表任意一个IPv4 子网的广播地址，当然是发送报文的主机所在的子网和DHCP 服务器所在子网的广播地址，但因为此时 DHCP 客户端并不知道

9、DHCP 服务器所在的是哪个子网。下面所有其它 DHCP 报文中的 255.255.255.255地址的含义也是一样的。至于 IP 报头中的源地址（ Source Address ），由于当前DHCP 客户端主机并未分配具体的IP 地址，所以只能用具有任意代表功能的0.0.0.0 地址来表示了。下面所有其它DHCP 报文中指定的0.0.0.0 地址的含义也是一样的。因为此时， DHCP 客户端没有分配到IP 地址，也不知道DHCP 服务器或 DHCP 中继的 IP 地址，所以在 DHCP DISCOVER报文中Ciaddr （客户端 IP 地址）、 Yiaddr （被分配的 DHCP 客户端

10、IP 地址）、Siaddr （下一个为 DHCP 客户端分配 IP 地址的 DHCP 服务器地址）、Giaddr （DHCP 中继 IP 地址）这四个字段均为0.0.0.0 ，如下所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 另外，从中可以看到，在CHADDR 字段和 DHCP 选项中 Client Identifier 字段中都标识了DHCP 客户端网卡 MAC 地址。DHCP:Discover (xid=21274

11、A1D)DHCP:Op Code (op) = 1 (0 x1)DHCP:Hardware Type (htype) = 1 (0 x1) 10Mb EthernetDHCP:Hardware Address Length(hlen) = 6 (0 x6)DHCP:Hops (hops) = 0 (0 x0)DHCP:Transaction ID (xid) = 556223005 (0 x21274A1D)DHCP:Seconds (secs) = 0 (0 x0)DHCP:Flags (flags) = 1 (0 x1) !-标志位置 1，代表以广播方式发送DHCP:1. = Broadc

12、astDHCP: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) = DHCP:Boot File Name (file) = DHCP:Magic Cookie = OKDHC

13、P:Option Field (options)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - DHCP:DHCP Message Type = DHCP Discover !-DHCP报文类型为DHCP DiscoverDHCP:Client-identifier =(Type:1) 08 00 2b 2e d8 5eDHCP:Host Name = JUMBO-WS !-DHCP服务器主机名DHCP:Parameter R

14、equest List= (Length:7) 01 0f 03 2c 2e 2f 06DHCP:End of this optionfield（2）提供阶段：即DHCP 服务器向 DHCP 客户端提供预分配IP 地址的阶段。网络中的所有DHCP 服务器接收到客户端的DHCP DISCOVER 报文后，都会根据自己地址池中IP 地址分配的优先次序选出一个 IP 地址，然后与其它参数一起通过传输层的UDP 67 号端口，在 DHCP OFFER报文中 以广播方式 发送给客户端（目的端口是DHCP 客户端的 UDP 68 号端口）。客户端通过封装在帧中的目的MAC 地址（也就在 DHCP DISC

15、OVER报文中的 CHADDR 字段值）的比对来确定是否接收该帧。但这样一来，理论上DHCP 客户端可能会收到多个 DHCP OFFER 报文（当网络中存在多个DHCP 服务器时），但 DHCP 客户端只接受第一个到来的DHCP OFFER报文。 DHCP OFFER报文经过 IP 协议封装后的源IP 地址 DHCP 服务器自己的 IP 地址，目的地址仍是255.255.255.255广播地址，使用的协议仍为 UDP。下面是一个DHCP OFFER 报文的 IP 报头示例。IP:ID = 0 x3C30; Proto = UDP;Len: 328IP:Version = 4 (0 x4)名师资

16、料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - IP:Header Length = 20 (0 x14)IP:Service Type = 0 (0 x0)IP:Precedence = RoutineIP:.0. = Normal DelayIP:.0. = NormalThroughputIP:.0. = NormalReliabilityIP:Total Length = 328(0 x148)IP:Identificati

17、on = 15408(0 x3C30)IP:Flags Summary = 0 (0 x0)IP:.0 = Last fragmentin datagramIP:.0. = May fragmentdatagram if necessaryIP:Fragment Offset = 0 (0 x0)bytesIP:Time to Live = 128 (0 x80)IP:Protocol = UDP - User DatagramIP:Checksum = 0 x2FA8IP:Source Address = 157.54.48.151IP:Destination Address = 255.2

18、55.255.255IP:Data:Number of data bytesremaining = 308 (0 x0134)在 DHCP OFFER报文中， Ciaddr 字段值仍为 0.0.0.0 ，因为客户端仍没有分配到 IP 地址； Yiaddr 字段已有值了，这是DHCP 服务器为该客户端预分配的IP 地址；因为此时仍没有得到客户端确认，所以名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - Siaddr 字段值仍为 0

19、.0.0.0 ；因为没有经过DHCP 中继服务器，所以Giaddr 字段值仍为 0.0.0.0 。另外，在 DHCP 可选项部分，可以看到由服务器随 IP 地址一起发送的各种选项。在这种情况下，服务器发送的是子网掩码、默认网关（路由器）、租约时间、WINS 服务器地址（NetBIOS 名称服务）和 NetBIOS 节点类型。下面是一个DHCP OFFER 报文示例。DHCP:Offer (xid=21274A1D)DHCP:Op Code (op) = 2 (0 x2)DHCP:Hardware Type (htype) = 1 (0 x1) 10Mb EthernetDHCP:Hardwar

20、e Address Length(hlen) = 6 (0 x6)DHCP:Hops (hops) = 0 (0 x0)DHCP:Transaction ID (xid) = 556223005 (0 x21274A1D)DHCP:Seconds (secs) = 0 (0 x0)DHCP:Flags (flags) = 1 (0 x1)DHCP:1. = BroadcastDHCP:Client IP Address (ciaddr) = 0.0.0.0DHCP:Your IP Address (yiaddr) =157.54.50.5DHCP:Server IP Address (siad

21、dr) = 0.0.0.0DHCP:Relay IP Address (giaddr) =0.0.0.0DHCP:Client Ethernet Address(chaddr) = 08002B2ED85EDHCP:Server Host Name (sname) = 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - DHCP:Boot File Name (file) = DHCP:Magic Cookie = OKDHCP:

22、Option Field (options)DHCP:DHCP Message Type = DHCPOffer !-DHCP报文类型为DHCP OfferDHCP:Subnet Mask =255.255.240.0 !- 所分配 IP 地址的子网掩码为255.255.240.0DHCP:Renewal Time Value (T1) = 8 Days, 0:00:00 !-想要继续租约原来分配的IP 地址，则提出续约申请的期限为8 天DHCP:Rebinding Time Value (T2) = 14 Days, 0:00:00 !- 如果上次申请续约失败，再次申请绑定原来分配到的IP

23、地址的期限为14 天DHCP:IP Address Lease Time = 16Days, 0:00:00 !-租约期限为16 天，也就是DHCP 客户端可使用此IP 地址的最长时间为16 天DHCP:Server Identifier =157.54.48.151 !-DHCP服务器的IP 地址为 157.54.48.151DHCP:Router =157.54.48.1 !-默认网关 IP 地址为 157.54.48.1DHCP:NetBIOS Name Service =157.54.16.154 !-DNS 服务器 IP 地址为157.54.16.154DHCP:NetBIOS No

24、de Type =(Length: 1) 04DHCP:End of this optionfield（3）选择阶段：即DHCP 客户端选择 IP 地址的阶段。如果有多台DHCP 服务器向该客户端发来DHCP OFFER 报文，客户端只接受第一个收到的 DHCP OFFER 报文，然后以广播方式发送DHCP REQUEST 报文。在该报文的 “ Requested Address ” 选项中包含 DHCP服务器在 DHCP OFFER 报文中预分配的IP 地址，对应的DHCP 服名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名

25、师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 务器 IP 地址等。这样也就相当于同时告诉得其他DHCP 服务器，它们可以释放已提供的地址，并将这些地址返回到可用地址池中。在 DHCP OFFER 报文封装的 IP 协议头部中，客户端的 Source Address仍然是 0.0.0.0 ，数据包的 Destination 仍然是 255.255.255.255 。但在 DHCP OFFER报文中Ciaddr 、Yiaddr 、Siaddr 、Giaddr 字段的地址均0.0.0.0 ，大家自己分析一下为什么，很简单的。下面是一个DHCP

26、OFEER报文头部和DHCP OFFER报文示例。IP:ID = 0 x100; Proto = UDP;Len: 328IP:Version = 4 (0 x4)IP:Header Length = 20 (0 x14)IP:Service Type = 0 (0 x0)IP:Precedence = RoutineIP:.0. = Normal DelayIP:.0. = NormalThroughputIP:.0. = NormalReliabilityIP:Total Length = 328(0 x148)IP:Identification = 256(0 x100)IP:Flags

27、 Summary = 0 (0 x0)IP:.0 = Last fragmentin datagram名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - IP:.0. = May fragmentdatagram if necessaryIP:Fragment Offset = 0 (0 x0)bytesIP:Time to Live = 128 (0 x80)IP:Protocol = UDP - UserDatagramIP

28、:Checksum = 0 x38A6IP:Source Address = 0.0.0.0IP:Destination Address = 255.255.255.255IP:Data:Number of data bytesremaining = 308 (0 x0134)DHCP:Request (xid=21274A1D)DHCP:Op Code (op) = 1 (0 x1)DHCP:Hardware Type (htype) = 1 (0 x1) 10Mb EthernetDHCP:Hardware Address Length(hlen) = 6 (0 x6)DHCP:Hops

29、(hops) = 0 (0 x0)DHCP:Transaction ID (xid) = 556223005 (0 x21274A1D)DHCP:Seconds (secs) = 0 (0 x0)DHCP:Flags (flags) = 1 (0 x1)DHCP:1. = BroadcastDHCP:Client IP Address (ciaddr) = 0.0.0.0DHCP:Your IP Address (yiaddr) =0.0.0.0DHCP:Server IP Address (siaddr) = 0.0.0.0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

30、 - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - DHCP:Relay IP Address (giaddr) =0.0.0.0DHCP:Client Ethernet Address(chaddr) = 08002B2ED85EDHCP:Server Host Name (sname) = DHCP:Boot File Name (file) = DHCP:Magic Cookie = OKDHCP:Option Field (options)DHCP:DHCP Message Type =

31、 DHCP RequestDHCP:Client-identifier = (Type:1) 08 00 2b 2e d8 5eDHCP:Requested Address =157.54.50.5DHCP:Server Identifier =157.54.48.151DHCP:Host Name =JUMBO-WSDHCP:Parameter Request List= (Length:7) 01 0f 03 2c 2e 2f 06DHCP:End of this optionfield（4）确认阶段：即DHCP 服务器确认分配级DHCP 客户端 IP 地址的阶段。某个DHCP 服务器在收

32、到 DHCP 客户端发来的 DHCP REQUEST 报文后，只有DHCP 客户端选择的服务器会进行如下操作：如果确认将地址分配给该客户端，则以广播方式 返回 DHCP ACK 报文；否则返回 DHCP NAK 报文，表明地址不能分配给该客户端。在 DHCP 服务器发送的 DHCP ACK 报文的 IP 协议头部，Source Address是 DHCP 服务器 IP 地址， DestinationAddress仍然是广播地址 255.255.255.255 。在 DHCP ACK 报文中的 Yiaddr 字段名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

33、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 包含要分配给客户端的IP 地址，而 Chaddr 和 DHCP:Client Identifier字段是发出请求的客户端中网卡的MAC 地址。同时在选项部分也会在DHCP OFFER 报文中把所分配的IP 地址的子网掩码、默认网关、DNS 服务器、租约期、续约时间等信息加上。IP:ID = 0 x3D30; Proto = UDP;Len: 328IP:Version = 4 (0 x4)IP:Header Length = 20 (0 x14)IP:Serv

34、ice Type = 0 (0 x0)IP:Precedence = RoutineIP:.0. = Normal DelayIP:.0. = NormalThroughputIP:.0. = NormalReliabilityIP:Total Length = 328(0 x148)IP:Identification = 15664(0 x3D30)IP:Flags Summary = 0 (0 x0)IP:.0 = Last fragmentin datagramIP:.0. = May fragmentdatagram if necessaryIP:Fragment Offset = 0

35、 (0 x0)bytesIP:Time to Live = 128 (0 x80)IP:Protocol = UDP - UserDatagramIP:Checksum = 0 x2EA8名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - IP:Source Address = 157.54.48.151IP:Destination Address = 255.255.255.255IP:Data:Number of data

36、bytesremaining = 308 (0 x0134)DHCP:ACK (xid=21274A1D)DHCP:Op Code (op) = 2 (0 x2)DHCP:Hardware Type (htype) = 1 (0 x1) 10Mb EthernetDHCP:Hardware Address Length(hlen) = 6 (0 x6)DHCP:Hops (hops) = 0 (0 x0)DHCP:Transaction ID (xid) = 556223005 (0 x21274A1D)DHCP:Seconds (secs) = 0 (0 x0)DHCP:Flags (fla

37、gs) = 1 (0 x1)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 (giaddr) =0.0.0.0DHCP:Client Ethernet Address(chaddr) = 08002B2ED85EDHCP:Server Host Name (sname) = DHCP:Boot File Name (f

38、ile) = DHCP:Magic Cookie = OK名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - DHCP:Option Field (options)DHCP:DHCP Message Type = DHCP ACKDHCP:Renewal Time Value (T1)= 8 Days, 0:00:00DHCP:Rebinding Time Value(T2) = 14 Days, 0:00:00DHCP:IP

39、Address LeaseTime = 16 Days, 0:00:00DHCP:Server Identifier =157.54.48.151DHCP:Subnet Mask =255.255.240.0DHCP:Router =157.54.48.1DHCP:NetBIOS Name Service =157.54.16.154DHCP:NetBIOS Node Type = (Length: 1) 04DHCP:End of this optionfield【说明】客户端在收到服务器返回的DHCP-ACK 确认报文后，会以广播的方式发送免费ARP 报文（该报文中，源IP 地址和目标 I

40、P 地址都是本机 IP 地址，源 MAC 地址是本机 MAC 地址，目的 MAC 地址是广播 MAC 地址），探测是否有主机使用服务器分配的IP 地址，如果在规定的时间内没有收到回应，客户端才使用此地址。否则，客户端会发送 DHCP DECLINE报文给 DHCP 服务器，并重新申请IP 地址。如果网络中存在多个DHCP 服务器，除 DHCP 客户端选中的服务器外，其它 DHCP 服务器中本次未分配出的IP 地址仍可分配给其他客户端。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -