一:DHCP工作原理

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1.什么是DHCP協(xié)議

DHCP，動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議，前身是BOOTP協(xié)議，是一個局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用UDP協(xié)議工作，常用的2個端口：67(DHCP server),68(DHCP client)。DHCP通常被用于局域網(wǎng)環(huán)境，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使client動態(tài)的獲得IP地址、Gateway地址、DNS服務(wù)器地址等信息，并能夠提升地址的使用率。簡單來說，DHCP就是一個不需要賬號密碼登錄的、自動給內(nèi)網(wǎng)機(jī)器分配IP地址等信息的協(xié)議。

2.DHCP協(xié)議中的報文

DHCP報文共有一下幾種：

DHCP DISCOVER : 客戶端開始DHCP過程發(fā)送的包，是DHCP協(xié)議的開始

DHCP OFFER ： 服務(wù)器接收到DHCP DISCOVER之后做出的響應(yīng)，它包括了給予客戶端的IP（yiaddr）、客戶端的MAC地址、租約過期時間、服務(wù)器的識別符以及其他信息

DHCP REQUEST ： 客戶端對于服務(wù)器發(fā)出的DHCP OFFER所做出的響應(yīng)。在續(xù)約租期的時候同樣會使用。

DHCP ACK ： 服務(wù)器在接收到客戶端發(fā)來的DHCP REQUEST之后發(fā)出的成功確認(rèn)的報文。在建立連接的時候，客戶端在接收到這個報文之后才會確認(rèn)分配給它的IP和其他信息可以被允許使用。

DHCP NAK ： DHCP ACK的相反的報文，表示服務(wù)器拒絕了客戶端的請求。

DHCP RELEASE ： 一般出現(xiàn)在客戶端關(guān)機(jī)、下線等狀況。這個報文將會使DHCP服務(wù)器釋放發(fā)出此報文的客戶端的IP地址

DHCP INFORM ： 客戶端發(fā)出的向服務(wù)器請求一些信息的報文

DHCP DECLINE : 當(dāng)客戶端發(fā)現(xiàn)服務(wù)器分配的IP地址無法使用（如IP地址沖突時），將發(fā)出此報文，通知服務(wù)器禁止

使用該IP地址。

DHCP 的 工作流程：

3.DHCP協(xié)議包的組成

Xid : 隨機(jī)生成的一段字符串，兩個數(shù)據(jù)包擁有相同的xid說明他們屬于同一次會話

Ciaddr : 客戶端會在發(fā)送請求時將自己的ip地址放在此處

Yiaddr : 服務(wù)器會將想要分配給客戶端的ip地址放在此處

Siaddr : 一般來說是服務(wù)器的ip地址.但是注意！根據(jù)openwrt源碼給出的注釋，當(dāng)報文的源地址、siaddr、option->server_id字段不一致（有經(jīng)過跨子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)）時，通常認(rèn)為option->srever_id字段為真正的服務(wù)器ip，siaddr有可能是多次路由跳轉(zhuǎn)中的某一個路由的ip （下圖中wireshark抓包中也有標(biāo)明siaddr為nextserver ip address）

Chaddr : 客戶端的mac地址

Giaddr : 如果需要跨子網(wǎng)進(jìn)行DHCP地址發(fā)放，則在此處填入經(jīng)過的路由器的ip地址

Sname : 服務(wù)器主域名

Options : 可以自由添加的部分，用于存放客戶端向服務(wù)器請求信息和服務(wù)器的應(yīng)答信息

二:DHCP客戶端

1.什么是DHCP客戶端

 DHCP客戶端一般來說是局域網(wǎng)中獨立的PC主機(jī)。

 DHCP客戶端發(fā)出的DHCP DISCOVER包是DHCP協(xié)議的開始。

 延續(xù)租期、發(fā)現(xiàn)、釋放IP地址等大多數(shù)DHCP中的行為都是由DHCP客戶端主動發(fā)起。

2.DHCP自動狀態(tài)機(jī)

DHCP獲得ip地址的4步驟：discover->offer->request->ack(nak)

DHCP刷新租期的步驟：request->ack(nak)

DHCP釋放ip的步驟：release

wnr2000v5 1.0.0.8的代碼中沒有發(fā)現(xiàn)rebooting、init-reboot狀態(tài)。所以DHCP client的狀態(tài)一般從init開始，完整的狀態(tài)機(jī)如下圖（紅色代表客戶端的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)）：

三:DHCP服務(wù)端

1.什么是DHCP SERVER

DHCP SERVER指的是服務(wù)器端，在路由器上體現(xiàn)的就是給LAN端動態(tài)分配IP的功能。DHCP SERVER負(fù)責(zé)接收客戶端的DHCP請求，管理LAN端所有的IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)定資料，相比于BOOTP，DHCP通過“租約”來實現(xiàn)動態(tài)分配IP的功能，實現(xiàn)IP的時分復(fù)用，從而解決IP資源短缺的問題。其地址分配方式有三種，分別是人工配置（由管理員對每臺具體的計算機(jī)指定一個地址），自動配置（服務(wù)器為第一次連接網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)分配一個永久地址），動態(tài)配置（在一定的期限內(nèi)將地址租給計算機(jī)，租期結(jié)束后客戶必須續(xù)租或者停用該地址），而對于路由器，經(jīng)常使用的地址分配方式是動態(tài)配置。

2.兩個租約表

靜態(tài)租約表： 對應(yīng)一個靜態(tài)租約存儲文件，server運行時從文件中讀取靜態(tài)租約表。

動態(tài)租約表： 對應(yīng)一個周期存儲文件，server周期性將租約表存進(jìn)該文件，在程序開始時將會讀取上次存放的租約表。（租約表記錄了當(dāng)前所有分配的租約，包括靜態(tài)鏈接的）。

3.基本原理

原則上DHCP SERVER是一直處在被動接受請求的狀態(tài)，當(dāng)有客戶端請求時，服務(wù)器會讀取獲得客戶端當(dāng)前所在的狀態(tài)以及客戶端的信息，并在靜態(tài)租約表和動態(tài)租約表中進(jìn)行檢索找到相應(yīng)的表項，再根據(jù)客戶端的狀態(tài)執(zhí)行不同的回復(fù)。當(dāng)收到客戶端的首次請求時，DHCP服務(wù)器先查找靜態(tài)租約表；若存在請求的表項，返回這個客戶的靜態(tài)IP地址；否則，從IP地址池中選擇可用的IP分配給客戶，并添加信息到動態(tài)數(shù)據(jù)庫中。此外，服務(wù)器將會周期性的刷新租約表寫入文件存檔，在這個過程中會順便對動態(tài)租約表進(jìn)行租期檢查。

執(zhí)行回復(fù)動作：

DHCPOFFER：

靜態(tài)租用： 首先匹配MAC地址，看是否能在靜態(tài)租約表中找到對應(yīng)的項，若能找到就把IP分配給他。靜態(tài)表中的IP不能被其他客戶使用。   

動態(tài)租用：

a.server試圖分配給client上次分配過的IP，在這之前檢查這個IP是否正在使用。

b.discover中含有request ip 時，檢查該IP是否在地址池范圍，是否正在使用，是否到期，是否是靜態(tài)IP，網(wǎng)絡(luò)上是否已經(jīng)存在。

c.discover不含request ip，從地址池上尋找一個最小的可用IP分配。

DHCPACK: 根據(jù)是否含有request ip和server ip識別客戶端現(xiàn)在init_reboot,selecting,renewing/rebinding中的哪個狀態(tài)，并根據(jù)以下規(guī)則執(zhí)行DHCPACK回復(fù)：

a.若client處于selecting狀態(tài)，驗證request ip和server ip是否同服務(wù)器中的匹配。

b.若client處于init_reboot狀態(tài)，驗證request ip是否符合租約記錄。

c.若client處于renewing/rebinding狀態(tài)，驗證client ip address是否符合租約記錄。

DHNAK :

a.請求的IP是靜態(tài)IP，但是MAC地址無法與其對應(yīng)。

b.上面DHCPACK中驗證失敗。　　

服務(wù)器還可能會收到其他包:

DHCPDECLINE: server會把租約表中相關(guān)client硬件地址置空，并保存這個地址一段時間。

DHCPRELEASE: 清空租期回收IP。

DHCPINFORM: 回復(fù)DHCPACK，數(shù)據(jù)包含有關(guān)于server的信息。

四：解析DHCP的工作方式

1.當(dāng)一臺機(jī)器新加入一個網(wǎng)絡(luò)的時候，它只知道自己的MAC地址，如何獲取IP呢？ 這一步我們稱為DHCP Discover. 新機(jī)器使用IP地址0.0.0.0發(fā)送一個廣播包，目的IP為255.255.255.255. 廣播包封裝了UDP，UDP封裝了BOOTP。 廣播報的內(nèi)容像這樣：  

2.如果一個網(wǎng)絡(luò)管理員在網(wǎng)絡(luò)里面配置了DHCP Server的話，他就相當(dāng)于這些IP的管理員，他立刻知道來了一個“新人”，會租給它一個IP地址，這個過程我們稱為DHCP Offer. DHCP Offer的格式如下：

3.如果有多個DHCP Server，這臺新機(jī)器會收到多個IP地址，它會選擇其中一個DHCP Offer，一般是最先到達(dá)的那個，并且會向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個DHCP Request廣播數(shù)據(jù)包，包中包含客戶端的MAC地址，接受的租約中的IP地址，提供此租約的DHCP服務(wù)地址等。

4.DHCP Server接收到客戶機(jī)的DHCP request之后，會廣播返回給客戶機(jī)一個DHCPACK 消息包，表明已接收客戶機(jī)的選擇。

當(dāng)前標(biāo)題：網(wǎng)絡(luò)之DHCP原理-創(chuàng)新互聯(lián)
地址分享：http://jinyejixie.com/article4/diedoe.html

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