DHCP

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议) 和 BOOTP（Bootstrap Protocol,引导协议）这两个网络协议，用于在计算机网络中为主机用于分配 IP 地址、子网掩码、网关、DNS 地址、NTP 地址等网络参数。

BOOTP 是一种静态的协议，是一个早期的网络协议，主要用于在启动时分配 IP 地址。它需要手动配置客户端的 MAC 地址和 IP 地址，不支持动态分配 IP 地址，因此使用起来比较麻烦。现已被 DHCP 取代。
DHCP 是一种动态的协议，它支持自动分配 IP 地址、支持动态 IP 地址池、IP 地址的租赁和续租、网络配置信息的更新(如 DNS NTP 地址)、支持 IPv6 等。使得网络管理员可以更轻松地管理网络。

总的来说，DHCP 是对旧协议 BOOTP 的增强，更易于管理和更适合大型网络环境，是目前应用更广泛的网络协议。

提示

DHCP 是应用层的协议，客户端使用 UDP 68 端口，服务端使用 UDP 67 端口。

本节将介绍 DHCP 协议的工作原理。常见 DHCP Server 的配置详见下列文章。

🗃️ ISC DHCP

2 个项目

📄️ FAQ

补充

DHCP 协议工作原理

DORA Process

DORA Process 是 DHCP 协议中的一种流程，也是 DHCP 协议中的一个重要组成部分，包括 Discover（发现）、Offer（提供）、Request（请求）和Acknowledge（确认）四个步骤，用于为网络设备分配IP地址和其他网络配置信息。 1678351144391

下面我们来看一下DORA Process 的工作过程简述：

DHCP Discover - [广播]

客户端没有任何 IP 地址，所以使用 0.0.0.0 作为源 IP 地址，发送 DHCP 广播请求（DHCP DISCOVER 报文），以查找 DHCP 服务器。

包含信息如下
Source IP: 0.0.0.0
Destination IP: 255.255.255.255
Source MAC: DHCP Client Machine MAC Address
Destination MAC: FF:FF:FF:FF:FF:FF

DHCP Offer - [广播]

当服务器接收到 Discover 请求时，它会向客户端响应 DHCP Offer 请求，提供可用的 IP 地址和租约信息(包括子网掩码、网关地址、租用期、DNS 地址、NTP 地址、提供响应的 DHCP 服务器的IP地址等)。

包含信息如下
Source IP: DHCP Server IP Address
Destination IP: 255.255.255.255
Source MAC: DHCP Server Machine MAC Address
Destination MAC: DHCP client MAC Address

DHCP Request - [广播]

当客户端收到 Offer 应答信息后，客户端会从众多 DHCP 中选择一个 DHCP 的分配的IP地址。同时客户端还会向网络发送一个 ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议) 包，查询网络上面有没有其他机器使用该 IP 地址。如果发现该IP 地址已经被占用，客户端则会送出一个 DHCPDISCOVER 数据包给 DHCP 务器，拒绝接受其 DHCPDISCOVER，并重新发送 DHCPDISCOVER 信息。
然后客户端将以广播方式发送 Request 请求消息。(在 Request 信息中包含客户端所接受的IP地址，既通知它已选择的 DHCP 服务器，也通知其他 DHCP 服务器，以便释放它们保留的IP地址。)

包含信息如下
Source IP: DHCP Server IP Address
Destination IP: 255.255.255.255
Source MAC: DHCP Server Machine MAC Address
Destination MAC: DHCP client MAC Address.

提示

客户端选择第一个接收到的IP。谁的IP先到客户端的速度是不可控的。但是如果在配置文件里开启了 authoritative 选项则表示该服务器是权威服务器，其他DHCP服务器将失效，如果多台服务器都配置了这个权威选项，则还是竞争机制。

DHCP Acknowledge - [广播]

DHCP 服务器接受到 Request 信息后，将已保留的IP地址标识为已租用，并以广播方式发送一个 DHCP 应答信息(DHCPACK) 给 DHCP 客户端，该信息包含IP地址的有效租约以及其他配置信息。

包含信息如下
Source IP: DHCP Server IP Address
Destination IP: 255.255.255.255
Source MAC: DHCP Server Machine MAC Address
Destination MAC: DHCP client MAC Address

提示

如果DHCP 客户端和服务器位于不同的逻辑网段（如多个vlan或不同子网），则可以使用 DHCP Relay 中继代理充当转发器，在不同网段之间通过路由将 DHCP 广播包的内容通过单播的方式转发给 DHCP 服务器。

即 DHCP Relay 中继在收到 dhcp 广播后，会广播改为单播，单播封装的源ip就是其收到这个广播的接口地址，dhcp 服务器根据这个接口地址选择 dhcp 池。

客户端何时会触发 DORA Process？

当客户端处于以下四种状态之一时会触发 DORA Process

初始状态：当客户端首次启动或重新启动时，它处于初始状态。
重新请求租约状态：当客户端的IP租约过期或在一定时间内未能成功续租时，客户端会发送DHCP请求消息以请求新的IP租约。此时客户端处于重新请求租约状态。
释放状态：当客户端不再需要IP地址时，它可以向服务器发送DHCP释放消息，以释放已经分配的IP地址。此时客户端处于释放状态。例如在 Windows 中，为了释放和更新DHCP分配的IP，我们使用如下命令：
```
ipconfig /release
ipconfig /renew
```
在 linux 中使用
```
sudo dhclient -r
sudo dhclient -r eth0
# -r表示release(释放)
sudo dhclient
sudo dhclient eth0
```
拒绝状态：当服务器向客户端分配的IP地址与客户端所处的网络不兼容时，客户端会拒绝接受分配的IP地址。此时客户端处于拒绝状态。

DHCP 客户端状态机

DHCP 客户端状态机是指 DHCP 客户端在执行 DORA Process 流程时所遵循的状态变更机制,包括初始化、选择、请求、绑定等状态，用于协调客户端与DHCP服务器之间的通信，以获取网络配置信息。

INIT 状态：
DHCP客户端第一次启动时，处于INIT状态（初始化状态）。客户端使用端口 67 广播 DHCPDISCOVER 消息（带有 DHCPDISCOVER 选项的请求消息）。
SELECTING 状态：
客户端发送DHCPDISCOVER报文后，进入选择状态。那些可以提供此类服务的服务器以 DHCPOFFER 消息响应。在这些消息中，服务器提供了一个 IP 地址。他们还可以提供租赁期限。默认值为 1 小时。发送 DHCPOFFER 的服务器会锁定所提供的 IP 地址，以便其他任何客户端都无法使用该地址。客户端选择其中一个提议并向所选服务器发送 DHCPREQUEST 消息。然后它进入请求状态。但是，如果客户端没有收到 DHCPOFFER 消息，它会再尝试四次，每次间隔为 2 秒。如果没有对任何这些 DHCPDISCOVER 的回复，客户端将休眠 5 分钟，然后再试一次。
REQUESTING 状态：
客户端保持在请求状态，直到它收到来自服务器的 DHCPACK 消息，该消息创建客户端物理地址与其 IP 地址之间的绑定。收到 DHCPACK 后，客户端进入绑定状态。
BOUND 状态：
在这种状态下，客户端可以使用IP地址直到租约到期。当达到租期的 50% 时，客户端发送另一个 DHCPREQUEST 请求续订。然后它进入更新状态。处于绑定状态时，客户端也可以取消租约，进入初始化状态。
RENEWING 状态：
客户端保持在更新状态，直到两个事件之一发生。它可以收到 DHCPACK，更新租用协议。在这种情况下，客户端重置其计时器并返回到绑定状态。或者，如果未收到 DHCPACK，并且 87.5% 的租用时间到期，客户端将进入重新绑定状态。
REBOUND 状态：
客户端保持重新绑定状态，直到三个事件之一发生。如果客户端收到 DHCPNACK 或租约到期，它会回到初始化状态并尝试获取另一个 IP 地址。如果客户端收到 DHCPACK，它将进入绑定状态并重置计时器。

下图为 DHCP 客户端部分状态机：

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此图显示了 DHCP 客户端使用的部分状态机。彩色背景区域显示了 DHCP 客户端在通过四个主要 DHCP 进程时所进行的转换：分配、重新分配、更新和重新绑定。

这只是部分状态机的总结，并没有显示所有可能的事件和转换，因为它已经足够复杂了。

DHCP 租约种类

DHCP为设备分配IP地址的三种方式：

静态分配：
这种方法需要匹配客户端 MAC 地址，看是否能在静态租约表中找到对应的项，若能找到就把IP分配给他。
静态表中的IP不能被其他客户使用。
通过MAC地址给客户端配置固定IP也会优先于动态分配。
动态分配：
使用此方法，DHCP 会自动将 IP 地址永久分配给从可用地址池中选择的设备，通常 DHCP 用于为客户端分配临时地址，但 DHCP 服务器可以允许无限的租用时间。具体过程如下：
- server 试图分配给 client 上次分配过的 IP，在这之前检查这个 IP 是否正在使用。
- discover 中含有 request ip 时，检查该 IP 是否在地址池范围，是否正在使用，是否到期，是否是静态 IP 等。
- discover 不含 request ip，从地址池上寻找一个最小的可用IP分配。
租赁时间分配：
在这种方法中，DHCP 服务器将从地址池中分配 IP 地址一段时间或在服务器上配置的租约，或者直到客户端通知服务器它不再需要该地址，客户端将收到它们的配置属性是动态的，先到先得。

DHCP 续租 [单播]

DHCP 续租请求从 DHCP 客户端直接发送到 DHCP 服务器，以在 IP 地址租用时间的 50% 后更新 IP 地址分配。

T1 时刻是租期到一半的时候，T2 时刻是租期到 87.5% 的时候。在 T1 时刻客户端会单播一个 DHCP Request 报文给服务端，请求续租 IP 地址。如果客户端收到了 DHCP Ack 回应报文，则说明续租成功。
如果直到 T2 时刻，客户端都未收到 DHCP Ack 回应报文，那么会广播发送一个 DHCP Request 报文，继续请求续租 IP 地址。如果客户端收到了 DHCP Ack 回应报文，则说明续租成功。
如果直到租期到期，客户端都未收到 DHCP Ack 回应报文，那么必须停止使用原来的 IP 地址。客户端将从发现阶段开始，重新来申请一个 IP 地址。

参考文档

关于 Dora 进程描述详见：What Is The Dora Process?
更多状态机内容详见：DHCP General Operation and Client Finite State Machine
DHCP 报文内容详见： DHCP Message Format

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DHCP 协议工作原理​

DORA Process​

DHCP 客户端状态机​

DHCP 租约种类​

DHCP 续租 [单播]​

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