DHCP协议

一、DHCP（动态主机配置协议）简介

1.1 DHCP协议的应用场景

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议） 是 RFC2131定义的标准协议，采用C/S通信模式，由客户端（DHCP Client）向服务器（DHCP Server）提出配置申请，服务器返回为客户端分配的配置信息。允许网络设备（如计算机、智能手机、打印机等）自动从DHCP服务器获取IP地址和其他网络配置信息。

二、DHCP的结构

2.1 DHCP的报文结构

DHCP报文用TLV这种格式来携带通告扩展信息

字段名	长度	含义
op (op code)	1字节	表示报文的类型，取值为1或2，含义如下： 1：客户端请求报文 2：服务器响应报文
htype (hardware type)	1字节	表示硬件类型。不同的硬件类型取值不同，最常见的值是1，表示以太网(10Mb)。
hlen (hardware length)	1字节	表示硬件地址长度，以太网的值为6。
hops	1字节	表示当前的DHCP报文经过的DHCP中继的数目。该字段由客户端或服务器设置为0，每经过一个DHCP中继时，该字段加1。此字段的作用是限制DHCP报文所经过的DHCP中继数目。服务器和客户端之间的DHCP中继数目不能超过16个，也就是Hops值不能大于16，否则DHCP报文将被丢弃。
xid	4字节	表示DHCP客户端选取的随机数，使DHCP服务器的回复与DHCP客户端的报文相关联。
secs (seconds)	2字节	表示客户端从开始获取地址或地址续租更新后所用的时间，单位是秒。
flags	2字节	表示标志字段。只有标志字段的最高位才有意义，其余的15位均被置为0。最高位被解释为单播或者广播响应标志位，内容如下所示： 0：客户端请求服务器以单播形式发送响应报文 1：客户端请求服务器以广播形式发送响应报文
ciaddr (client ip address)	4字节	表示客户端的IP地址。可以是服务器分配给客户端的IP地址或者客户端已有的IP地址。客户端在初始化状态时没有IP地址，此字段为0.0.0.0。 IP地址0.0.0.0仅在采用DHCP方式的系统启动时允许本主机利用它进行临时的通信，不是有效目的地址。
yiaddr (your client ip address)	4字节	表示服务器分配给客户端的IP地址。当服务器进行DHCP响应时，将分配给客户端的IP地址填入此字段。
siaddr (server ip address)	4字节	DHCP客户端获得启动配置信息的服务器的IP地址。
giaddr（gateway ip address）	4字节	表示第一个DHCP中继的IP地址。当客户端发出DHCP请求时，如果服务器和客户端不在同一个网段，那么第一个DHCP中继在将DHCP请求报文转发给DHCP服务器时，会把自己的IP地址填入此字段，DHCP服务器会根据此字段来判断出客户端所在的网段地址，从而选择合适的地址池，为客户端分配该网段的IP地址。 服务器还会根据此地址将响应报文发送给此DHCP中继，再由DHCP中继将此报文转发给客户端。 若在到达DHCP服务器前经过了多个DHCP中继，该字段作为客户端所在的网段的标记，填充了第一个DHCP中继的IP地址后不会再变更，只是每经过一个DHCP中继，hops字段的数值会加1。
chaddr (client hardware address)	16字节	表示客户端的MAC地址，此字段与前面的“hardware type”和“hardware length”保持一致。当客户端发出DHCP请求时，将自己的硬件地址填入此字段。对于以太网，当“hardware type”和“hardware length”分别为“1”和“6”时，此字段必须填入6字节的以太网MAC地址。
sname (server host name)	64字节	表示客户端获取配置信息的服务器名字。此字段由DHCP服务器填写，是可选的。如果填写，必须是一个以0结尾的字符串。
file (file name)	128字节	表示客户端需要获取的启动配置文件名。此字段由DHCP服务器填写，随着DHCP地址分配的同时下发至客户端。本字段是可选的，如果填写，必须是一个以0结尾的字符串。
options	可变	表示DHCP的选项字段，最多为1200字节。DHCP通过此字段包含了DHCP报文类型，服务器分配给终端的配置信息，如网关IP地址，DNS服务器的IP地址，客户端可以使用IP地址的有效租期等信息。

2.2 DHCP报文封装过程

DHCP使用UDP来进行封装，端口为67，68。在中继设备上略有不同，见后续。但是我可以在这归为 client使用port 68,server使用port 67。

2.3 DHCP报文介绍

报文名称	说明
DHCP DISCOVER	DHCP客户端首次登录网络时进行DHCP交互过程发送的第一个报文，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	此报文用于以下三种用途。客户端初始化后，发送广播的DHCP REQUEST报文来回应服务器的DHCP OFFER报文。客户端重启后，发送广播的DHCP REQUEST报文来确认先前被分配的IP地址等配置信息。当客户端已经和某个IP地址绑定后，发送DHCP REQUEST单播或广播报文来更新IP地址的租约。
DHCP ACK	服务器对客户端的DHCP REQUEST报文的确认响应报文，客户端收到此报文后，才真正获得了IP地址和相关的配置信息。
DHCP NAK	服务器对客户端的DHCP REQUEST报文的拒绝响应报文，例如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。
DHCP DECLINE	当客户端发现服务器分配给它的IP地址发生冲突时会通过发送此报文来通知服务器，并且会重新向服务器申请地址。
DHCP RELEASE	客户端可通过发送此报文主动释放服务器分配给它的IP地址，当服务器收到此报文后，可将这个IP地址分配给其它的客户端。
DHCP INFORM	DHCP客户端获取IP地址后，如果需要向DHCP服务器获取更为详细的配置信息（网关地址、DNS服务器地址），则向DHCP服务器发送DHCP INFORM请求报文。

三、DHCP的交互机制

[!IMPORTANT]

为什么需要二次交互才能获得地址，因为C/S架构的DHCP协议，可能是1对多的情况，即一个客户端的请求被多个服务器回答。

3.1 无中继场景的报文交互

3.1.1 详细报文过程

DHCP Discover

DHCP Offer

DHCP Request

DHCP Ack

在此可以发现上述说明的端口问题。

在Client客户端收到Ack报文后，会多次发送免费ARP来检测这个地址是否有冲突，如果有客户端会向服务器发送DHCP DECLINE报文。

3.2 中继场景

DHCP报文的目的IP地址改为DHCP服务器或下一跳中继的IP地址，源地址改为中继连接客户端的接口地址，通过路由转发将DHCP报文单播发送到DHCP服务器或下一跳中继。

值得一提中继报文的端口均为port 67，应是双方都是server的缘故。

在中继场景下，DHCP Server通过中继发送的报文中的Relay agent IP address字段来分析client所需需要的地址池。

3.3 完整的DHCP租期流程

1.第一次获取地址筛选server

2.续租

1）租期50%，发送request（单播 server），进行续租申请，服务器回复ack续租，租期刷新。

2）如果request没有回复，租期87.5%，发送request（广播）寻找其他的Server，但一定会得到Nak 因为其他服务器根本没租的记录

3）在时间结束后发送DHCP release释放地址

四、配置案例

4.1 DHCP基于接口配置

AR2
DHCP enable  #开启全局

interface GigabitEthernet0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] ip address 10.1.12.2 255.255.255.0 
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]dhcp select interface   # 绑定为DHCP接口模式  创建DHCP Pool 默认这个网段

### 一些额外信息配置
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] dhcp server lease day 2 hour 0 minute 0  # 设置租期 缺省day 1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] dhcp server dns-list 8.8.8.8 8.8.4.4    # 设置DNS主 备 服务器
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] dhcp server static-bind ip-address 172.16.12.10 mac-address XXXX-XXXX-XXXX #静态绑定一些哑终端

AR1
DHCP enable  #开启全局

interface GigabitEthernet0/0/0 
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip address dhcp-alloc  #开启DHCP客户端获取功能

4.2 中继案例

本图DHCP Server需要10.1.12.0/24的路由，因为中继包的source ip是10.1.12.2 即 AR2的G0/0/0

AR3 Sever配置

#
dhcp enable
#
ip pool poo1
gateway-list 10.1.23.3 #dhcp获取的网关地址
network 10.1.23.0 mask 255.255.255.0 #dhcp地址池 
lease day 2 hour 0 minute 0 
dns-list 8.8.8.8 8.8.4.4 

#
ip pool poo2
gateway-list 10.1.12.2 
network 10.1.12.0 mask 255.255.255.0 
dns-list 114.114.114.114 

[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]dhcp select global   一定要开启全局服务

AR2 中继配置

#
interface GigabitEthernet0/0/0
ip address 10.1.12.2 255.255.255.0 
dhcp select relay                        #开启中继功能
dhcp relay server-ip 10.1.23.3  #dhcp服务器地址