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什么是DHCP

动态主机配置协议DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）是一种网络管理协议，用于集中对用户IP地址进行动态管理和配置。

DHCP前身是BOOTP协议。DHCP协议采用客户端/服务器通信模式，由客户端（DHCP Client）向服务器（DHCP Server）提出配置申请，DHCP Server为网络上的每个设备动态分配IP地址、子网掩码、默认网关地址，域名服务器（DNS）地址和其他相关配置参数，以便可以与其他IP网络通信。

为什么要使用DHCP

在IP网络中，每个连接Internet的设备都需要分配唯一的IP地址。DHCP使网络管理员能从中心结点监控和分配IP地址。当某台计算机移到网络中的其它位置时，能自动收到新的IP地址。DHCP实现的自动化分配IP地址不仅降低了配置和部署设备的时间，同时也降低了发生配置错误的可能性。另外DHCP服务器可以管理多个网段的配置信息，当某个网段的配置发生变化时，管理员只需要更新DHCP服务器上的相关配置即可，实现了集中化管理。

总体来看，DHCP带来了如下优势：

• 准确的IP配置：IP地址配置参数必须准确，人工在处理“ 192.168.XXX.XXX”之类的输入时，很容易出错。使用DHCP服务器可以最大程度地降低这种风险。

• 减少IP地址冲突：每个连接的设备都必须有一个IP地址。但是，每个地址只能使用一次，重复的地址将导致无法连接一个或两个设备的冲突。当手动分配地址时，尤其是在存在大量仅定期连接的端点（例如移动设备）时，可能会发生这种情况。DHCP的使用可确保每个地址仅使用一次。

• IP地址管理的自动化：如果没有DHCP，网络管理员将需要手动分配和撤消地址。跟踪哪个设备具有什么地址可能是徒劳的，因为几乎无法理解设备何时需要访问网络以及何时需要离开网络。DHCP允许将其自动化和集中化，因此网络专业人员可以从一个位置管理所有位置。

• 高效的变更管理：DHCP的使用使更改地址，范围或端点变得非常简单。例如，组织可能希望将其IP寻址方案从一个范围更改为另一个范围。DHCP服务器配置有新信息，该信息将传播到新端点。同样，如果升级并更换了网络设备，则不需要网络配置。

DHCP是怎么工作的

一、DHCP客户机初始化：

1. 寻找DHCP Server。

当DHCP客户机第一次登录网络的时候（也就是客户机上没有任何IP地址数据时），它会通过UDP 67端口向网络上发出一个DHCP DISCOVER数据包（包中包含客户机的MAC地址和计算机名等信息）。因为客户机还不知道自己属于哪一个网络，所以封包的源地址为0.0.0.0，目标地址为255.255.255.255，向网络进行广播。

DHCP discover的等待时间预设为1秒，也就是当客户机将第一个DHCP discover封包送出去之后，在1秒之内没有得到回应的话，就会进行第二次DHCP discover广播。若一直没有得到回应，客户机会将这一广播包重新发送四次（以2，4，8，16秒为间隔，加上1-1000毫秒之间随机长度的时间）。如果都没有得到DHCP Server的回应，客户机会从169.254.0.0/16这个自动保留的私有IP地址中选用一个IP地址。并且每隔5分钟重新广播一次，如果收到某个服务器的响应，则继续IP租用过程。

2. 提供IP地址租用

当DHCP Server监听到客户机发出的DHCP discover广播后，它会从那些还没有租出去的地址中，选择最前面的空置IP，连同其它TCP/IP设定，通过UDP 68端口响应给客户机一个DHCP OFFER数据包（包中包含IP地址、子网掩码、地址租期等信息）。此时还是使用广播进行通讯，源IP地址为DHCP Server的IP地址，目标地址为255.255.255.255。同时，DHCP Server为此客户保留它提供的IP地址，从而不会为其他DHCP客户分配此IP地址。

由于客户机在开始的时候还没有IP地址，所以在其DHCP discover封包内会带有其MAC地址信息，并且有一个XID编号来辨别该封包，DHCP Server响应的DHCP OFFER封包则会根据这些资料传递给要求租约的客户。

3. 接受IP租约

如果客户机收到网络上多台DHCP服务器的响应，只会挑选其中一个DHCP OFFER（一般是最先到达的那个），并且会向网络发送一个DHCP REQUEST广播数据包（包中包含客户端的MAC地址、接受的租约中的IP地址、提供此租约的DHCP服务器地址等），告诉所有DHCP Server它将接受哪一台服务器提供的IP地址，所有其他的DHCP服务器撤销它们的提供以便将IP地址提供给下一次IP租用请求。此时，由于还没有得到DHCP Server的最后确认，客户端仍然使用0.0.0.0为源IP地址，255.255.255.255为目标地址进行广播。

事实上，并不是所有DHCP客户机都会无条件接受DHCP Server的OFFER，特别是如果这些主机上安装有其它TCP/IP相关的客户机软件。客户机也可以用DHCP REQUEST向服务器提出DHCP选择，这些选择会以不同的号码填写在DHCP Option Field里面。客户机可以保留自己的一些TCP/IP设定。

4. 租约确认

当DHCP Server接收到客户机的DHCP REQUEST之后，会广播返回给客户机一个DHCP ACK消息包，表明已经接受客户机的选择，并将这一IP地址的合法租用以及其他的配置信息都放入该广播包发给客户机。

客户机在接收到DHCP ACK广播后，会向网络发送三个针对此IP地址的ARP解析请求以执行冲突检测，查询网络上有没有其它机器使用该IP地址；如果发现该IP地址已经被使用，客户机会发出一个DHCP DECLINE数据包给DHCP Server，拒绝此IP地址租约，并重新发送DHCP discover信息。此时，在DHCP服务器管理控制台中，会显示此IP地址为BAD_ADDRESS。

如果网络上没有其它主机使用此IP地址，则客户机的TCP/IP使用租约中提供的IP地址完成初始化，从而可以和其他网络中的主机进行通讯。

二、DHCP客户机租期续约：

客户机会在租期过去50%的时候，直接向为其提供IP地址的DHCP Server发送DHCP REQUEST消息包。如果客户机接收到该服务器回应的DHCP ACK消息包，客户机就根据包中所提供的新的租期以及其它已经更新的TCP/IP参数，更新自己的配置，IP租用更新完成。如果没有收到该服务器的回复，则客户机继续使用现有的IP地址，因为当前租期还有50%。

如果在租期过去50%的时候没有更新，则客户机将在租期过去87.5%的时候再次向为其提供IP地址的DHCP联系。如果还不成功，到租约的100%时候，客户机必须放弃这个IP地址，重新申请。如果此时无DHCP可用，客户机会使用169.254.0.0/16中随机的一个地址，并且每隔5分钟再进行尝试。

DHCP使用场景

DHCP提供了两种地址分配机制，网络管理员可以根据网络需求为不同的主机选择不同的分配策略。

• 动态分配机制：通过DHCP为主机分配一个有使用期限的IP地址。

  DHCP使用了租期的概念，或称为设备IP地址的有效期。租用时间是不定的，主要取决于用户在某地连接Internet需要多久，这种分配机制适用于主机需要临时接入网络或者空闲地址数小于网络主机总数且主机不需要永久连接网络的场景。

• 静态分配机制：网络管理员通过DHCP为指定的主机分配固定的IP地址。

  相比手工静态配置IP地址，通过DHCP方式静态分配机制避免人工配置发生错误，方便管理员统一维护管理。

参考连接：

https://info.support.huawei.com/info-finder/encyclopedia/zh/DHCP.html

https://blog.51cto.com/tonyguo/163475

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