定义
动态主机配置协议DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)是一种用于集中对用户IP地址进行动态管理和配置的技术。
目的
随着网络规模的扩大和网络复杂度的提高,网络配置变的越来越复杂,再加上计算机数量剧增且位置不固定(如移动便携机或无线网络),引发了IP地址变化频繁以及IP地址不足的问题。为了实现网络可以动态合理地分配IP地址给主机使用,需要用到动态主机配置协议DHCP。
DHCP协议是在BOOTP(Bootstrap Protocol)协议基础上发展而来,但BOOTP运行在相对静态(每台主机都有固定的网络连接)的环境中,管理员为每台主机配置专门的BOOTP参数文件,该文件会在相当长的时间内保持不变。而DHCP从两方面对BOOTP进行了扩展:
- DHCP实现了IP地址及网络配置参数的自动分配的功能。
- DHCP允许计算机快速、动态地获取IP地址,而不是静态为每台主机指定地址。
DHCP技术实现了IP地址的合理分配,提高了IP地址的使用率,避免了IP地址的浪费。
DHCP概述
DHCP采用客户端/服务器模式,DHCP客户端向DHCP服务器动态地请求网络配置信息,DHCP服务器根据策略返回相应的配置信息(IP地址、子网掩码、缺省网关等网络参数)。
DHCP基本架构
DHCP基本构架如图1所示。
图1 DHCP基本构架示意图:
DHCP基本协议架构中,主要包括以下三种角色:
- DHCP Client:
DHCP客户端,通过与DHCP服务器进行报文交互,获取IP地址和其他网络配置信息,完成自身的地址配置。在设备接口上配置DHCP Client功能,这样接口可以作为DHCP Client,使用DHCP协议从DHCP Server动态获得IP地址等参数,方便用户配置,也便于集中管理。
- DHCP Relay:
DHCP中继,负责转发来自客户端方向或服务器方向的DHCP报文,协助DHCP客户端和DHCP服务器完成地址配置功能。如果DHCP服务器和DHCP客户端不在同一个网段范围内,则需要通过DHCP中继来转发报文,这样可以避免在每个网段范围内都部署DHCP服务器,既节省了成本,又便于进行集中管理。
在DHCP基本协议架构中,DHCP中继不是必须的角色。只有当DHCP客户端和DHCP服务器不在同一网段内,才需要DHCP中继进行报文的转发。
- DHCP Server:
DHCP服务器,负责处理来自客户端或中继的地址分配、地址续租、地址释放等请求,为客户端分配IP地址和其他网络配置信息。
目前,CE系列交换机仅支持作为DHCP Relay和DHCP Server。
DHCP报文介绍
DHCP报文格式
DHCP报文格式如图1所示。
图1 DHCP的报文格式:
图1中括号里的数字表示字段的长度,单位是字节。
表1 DHCP报文中各个字段的含义 字段 | 长度 | 含义 |
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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
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htype(hardware type) | 1字节 | 表示硬件地址的类型。对于以太网,该类型的值为“1”。 |
hlen (hardware length) | 1字节 | 表示硬件地址的长度,单位是字节。对于以太网,该值为6。 |
hops | 1字节 | 表示当前的DHCP报文经过的DHCP Relay的数目。该字段由客户端或服务器设置为0,每经过一个DHCP Relay时,该字段加1。此字段的作用是限制DHCP报文所经过的DHCP Relay数目。说明: 服务器和客户端之间的DHCP Relay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: |
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。说明: 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,并且永远不是有效目的地址。 |
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 Relay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 Relay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 Relay,再由DHCP Relay将此报文转发给客户端。说明: 若在到达DHCP服务器前经过了多个DHCP Relay,该字段作为客户端所在的网段的标记,填充了第一个DHCP Relay的IP地址后不会再变更,只是每经过一个DHCP Relay,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312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。 对Options字段的详细解释请参见“DHCP Options字段选项”。 |
DHCP报文类型
目前DHCP定义了如下八种类型报文,DHCP服务器和客户端之间通过这八种类型的报文进行通信。
表2 DHCP报文类型说明报文名称 | 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。
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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。 |
DHCP Options字段选项
DHCP报文中的Options字段
DHCP报文中的Options字段可以用来存放普通协议中没有定义的控制信息和参数。如果用户在DHCP服务器端配置了Options字段,DHCP客户端在申请IP地址的时候,会通过服务器端回应的DHCP报文获得Options字段中的配置信息。Options字段的格式如图1所示。
图1 Options字段的格式:
Options字段由Type、Length和Value三部分组成。这三部分的表示含义如下所示:
表1 Options各字段的含义 字段 | 长度 | 含义 |
---|
Type | 1字节 | 标识号,该字段表示信息类型。 |
Length | 1字节 | 该字段表示后面信息内容的长度。 |
Value | 其长度为Length字段所指定 | 该字段表示信息内容。 |
DHCP Options选项的取值范围为1~255,如表2所示,介绍DHCP Options的部分知名选项。
表2 DHCP报文的Options字段说明 Options号 | Options作用 |
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1 | 设置子网掩码选项。 |
3 | 设置网关地址选项。 |
6 | 设置DNS服务器地址选项。 |
12 | 设置DHCP客户端的主机名选项。 |
15 | 设置域名后缀选项。 |
33 | 设置静态路由选项。该选项中包含一组有分类静态路由(即目的地址的掩码固定为自然掩码,不能划分子网),客户端收到该选项后,将在路由表中添加这些静态路由。如果存在Option121,则忽略该选项。 |
44 | 设置NetBios服务器选项。 |
46 | 设置NetBios节点类型选项。 |
50 | 设置请求IP选项。 |
51 | 设置IP地址租约时间选项。 |
52 | 设置Option附加选项。 |
53 | 设置DHCP消息类型。 |
54 | 设置服务器标识。 |
55 | 设置请求参数列表选项。客户端利用该选项指明需要从服务器获取哪些网络配置参数。该选项内容为客户端请求的参数对应的选项值。 |
58 | 设置续约T1时间,一般是租期时间的50%。 |
59 | 设置续约T2时间。一般是租期时间的87.5%。 |
60 | 设置厂商分类信息选项,用于标识DHCP客户端的类型和配置。 |
61 | 设置客户端标识选项。 |
66 | 设置TFTP服务器名选项,用来指定为客户端分配的TFTP服务器的域名。 |
67 | 设置启动文件名选项,用来指定为客户端分配的启动文件名。 |
77 | 设置用户类型标识。 |
121 | 设置无分类路由选项。该选项中包含一组无分类静态路由(即目的地址的掩码为任意值,可以通过掩码来划分子网),客户端收到该选项后,将在路由表中添加这些静态路由。 |
根据Options选项功能的不同,此字段的作用对象也不同。比如Option77用于DHCP客户端,用于识别用户所属的类型,根据Options字段中所携带的用户类型(User Class),DHCP服务器选择适当的地址池为客户端分配IP地址以及相关配置参数。Option77一般在客户端由用户进行配置,而不必在服务器端配置。
关于常用的DHCP Options Type的含义和用法,请参见相关RFC。
自定义DHCP选项
除了RFC中规定的字段选项外,还有部分选项内容没有统一规定,例如Option82。
Option82称为中继代理信息选项,该选项记录了DHCP客户端的位置信息。DHCP中继或DHCP Snooping设备接收到DHCP客户端发送给DHCP服务器的请求报文后,在该报文中添加Option82,并转发给DHCP服务器。
管理员可以从Option82中获得DHCP客户端的位置信息,以便定位DHCP客户端,实现对客户端的安全和计费等控制。支持Option82的服务器还可以根据该选项的信息制定IP地址和其他参数的分配策略,提供更加灵活的地址分配方案。
Option82最多可以包含255个子选项。若定义了Option82,则至少要定义一个子选项。
由于Option82的内容没有统一规定,不同厂商通常根据需要进行填充。目前设备提供了几种系统预定义的Option82格式,分别是Default、Common、extend,还支持自定义格式User-defined。
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Default格式是默认格式,这个是Option82的默认处理方式。
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Common格式是满足特定市场而对Option82做的配置,而且是全字符串的方式。
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Extend格式主要是兼容其他厂商路由器的Option82的格式,同时满足二进制的Option82表示方式。
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User-defined:其它未特定描述的格式可以使用自定义的方式来处理。