《网络实用技术基础》第四章 4.5 动态主机配置DHCP
4.5 动态主机配置DHCP
一、DHCP的应用
某公司手动分配网络中所有计算机的IP地址，考虑到员工计算机水平的差异，该公司拟改用DHCP方式为总部的计算机动态分配IP地址。已知可用IP地址的范围是222.168.70.2~222.168.70.254，其中IP地址222.168.70.5~222.168.70.20固定分配给服务器和其他计算机使用，该公司的网络拓扑如图4-8所示。
图4-8某公司网络拓扑图
1．DHCP服务
在使用TCP/IP协议的网络中，计算机必须拥有IP地址才能与网络进行交互。计算机获取IP地址的方式有两种，一是手动分配静态IP地址，二是使用DHCP服务器分配动态IP地址。在采用静态IP分配时，容易因人为失误而导致IP地址信息出错，在网络规模较大的情况下，这种缺点更加明显。在采用动态IP分配时，客户端将自动从DHCP服务器获取IP地址，可有效避免可能出现的人为失误。
2．DHCP服务具有以下特点
1）安全可靠。计算机自动获取IP地址并完成配置，减少了因手工设置而可能出现的错误，也避免了将同一个IP地址分配给多台客户端所造成的地址冲突。
2）网络配置自动化。使用DHCP服务，大大缩短了配置网络中计算机IP地址所花费的时间。
3）节约IP地址资源。只有当客户端发出请求时，DHCP服务器才会分配IP地址。在计算机断开网络连接后，IP地址会被自动释放。通常，网络中的计算机不会同时选择接入网络，因此，用较少的IP地址就能满足较多计算机的需求。
DHCP服务的缺陷是当使用一台DHCP服务器提供服务时，若该服务器发生故障，则所有计算机都将无法获得IP地址，也无法释放已有的IP地址，从而导致网络瘫痪。
针对这种情况，可以在一个网络中部署两台或两台以上的DHCP服务器。当其中一台失效时，可由其他DHCP服务器提供服务，从而保证网络的正常运行。如果在一个由多个网段组成的网络中使用DHCP服务，那么就必须在每个网段上各安装一台DHCP服务器。
二、DHCP的工作原理
DHCP客户端启动后会从DHCP服务器请求地址信息，包括IP地址、子网掩码和配置等。收到请求的DHCP服务器在地址数据库中选择IP地址信息，并将其租用给DHCP客户端。当IP地址租期过半时，客户端将尝试更新IP地址租约期。如果更新失败，客户端将继续使用原IP地址，并继续尝试更新租约。如图4-9所示，DHCP的租用过程可分为如下4个阶段。
图4-9 DHCP地址租用过程
1．IP租用发现
DHCP客户端广播发送DHCP Discover消息，以获取IP地址租约信息。此时，DHCP客户端没有IP地址，在DHCP Discover消息数据包中使用0.0.0.0作为源IP地址，并把广播地址255.255.255.255作为目的地址。网络中每一台安装了TCP/IP协议的主机都会收到这种广播信息，但只有DHCP服务器才会做出响应。
发送第一个DHCP Discover消息后，如果没有DHCP服务器响应，那么DHCP客户端将分别在等待1秒、9秒、13秒和16秒后，重复发送DHCP Discover消息。如果在请求4次后，依然没有获得IP地址，客户端就会因为DHCP服务请求超时而获得一个169.254.x.x的地址，该地址不能用于访问互联网。
2．IP租用提供
DHCP服务器在接收到客户端发送的DHCP Discover消息后，从IP地址池中选取一个尚未出租的IP地址，并通过广播方式给客户端返回一个DHCP Offer消息。
如果多台DHCP服务器都广播了DHCP Offer消息给该客户端，则客户端使用首先响应的DHCP服务器发送的IP地址及其他配置信息。
DHCP Offer消息包括如下内容：
1）客户端MAC地址
2）DHCP服务器提供的客户端IP地址
3）DHCP服务器的IP地址
4）DHCP服务器提供的客户端子网掩码
5）DNS服务器和网关等作用域选项
6）租约期限
3．IP租用选择
在客户端接收到DHCP Offer消息后，将以广播方式发送DHCP Request消息给网络中所有的DHCP服务器，通知未成功建立IP地址出租关系的DHCP服务器，释放为其保留的IP地址。
4．IP租用确认
一旦被选择的DHCP服务器接收到客户端发送的DHCP Request信息，就将保留的IP地址标识为已租用，并以广播方式发送一个含有IP地址和其他设置的DHCP ACK消息给客户端进行最后的确认，告诉客户端可以使用它所提供的IP地址。
当客户端再次登录网络时，不再广播DHCP Discover消息，而是直接发送包含前一次所分配IP地址的DHCP Request消息。
另外，DHCP客户端也可以通过IPconfig/Release命令，向DHCP服务器发送一个DHCP Release消息，释放所占用的IP地址。
