DHCP服务原理与搭建

大家都知道上网的最基本前提是要在终端上设置IP、子网掩码、网关、DNS等地址信息，在家里或者在办公室很多时候打开电脑后发现就可以上网，并没有手动设置IP、掩码、DNS地址也能上网，这是什么原因呢?其实这个原因很简单，说明你的内网有"DHCP"服务器，通过它给你的终端自动分配了IP掩码和网关等地址，省去了你手动配置过程，从而给网管人员和办公人员都带来了方便，简化了管理过程。

今天就以本篇文章内容给大家详细介绍一下"DHCP"实现的基本原理以及常见的几种搭建DHCP服务器的方法!

一、DHCP实现原理

1. DHCP是什么

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议)是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作。它是一种流行的Client/Server协议，一般用于为主机或者为路由器等指定相关的配置信息。DHCP服务在企业和家庭中得到了大量的应用，它能够自动分配ip地址以及一些其他的相关信息，整个过程对客户透明。

2. 部署DHCP服务的好处

减少管理员的工作量
避免输入错误的可能
避免ip地址冲突
当网络更改ip地址段时，不需要再重新配置每一个用户的ip地址
提高了ip地址的利用率
方便客户端的配置

3. DHCP分配方式

自动分配方式(Automatic Allocation)，DHCP服务器为主机指定一个永久性的IP地址，一旦DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端租用到IP地址后，就可以永久性的使用该地址。
动态分配方式(Dynamic Allocation)，DHCP服务器给主机指定一个具有时间限制的IP地址，时间到期或主机明确表示放弃该地址时，该地址可以被其他主机使用。
手工分配方式(Manual Allocation)，客户端的IP地址是由网络管理员指定的，DHCP服务器只是将指定的IP地址告诉客户端主机。

4. DHCP工作过程

DHCP客户机在启动时，会搜寻网络中是否存在DHCP服务器。如果找到，则给DHCP服务器发送一个请求。DHCP服务器接到请求后，为DHCP客户机选择TCP/IP配置的参数，并把这些参数发送给客户端。 如果已配置冲突检测设置，则DHCP服务器在将租约中的地址提供给客户机之前会使用Ping测试作用域中每个可用地址的连通性。这可确保提供给客户的每个IP地址都没有被使用手动TCP/IP配置的另一台非DHCP计算机使用。

根据客户端是否第一次登录网络，DHCP的工作形式会有所不同。

初次登录时DHCP工作包括四个步骤：

(1) 第一步寻找DHCP服务器

当DHCP客户端第一次登录网络的时候，计算机发现本机上没有任何IP地址设定，将以广播方式发送DHCP?discover发现信息来寻找DHCP服务器，即向255.255.255.255发送特定的广播信息。网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收这个广播信息，但只有DHCP服务器才会做出响应。

(2) 第二步分配IP地址

在网络中接收到DHCP?discover发现信息的DHCP服务器就会做出响应，它从尚未分配的IP地址池中挑选一个分配给DHCP客户机，并向DHCP客户机发送一个包含分配的IP地址和其他设置的DHCP offer提供信息。

(3) 第三步接受IP地址

DHCP客户端接受到DHCP offer提供信息之后，选择第一个接收到的提供信息，然后以广播的方式回答一个DHCP?request请求信息，该信息包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。

(4) 第四步IP地址分配确认

当DHCP服务器收到DHCP客户端回答的DHCP request请求信息之后，便向DHCP客户端发送一个包含它所提供的IP地址和其他设置的DHCP?ack确认信息，告诉DHCP客户端可以使用它提供的IP地址。然后，DHCP客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定，另外，除了DHCP客户机选中的DHCP服务器外，其他的DHCP服务器将收回曾经提供的IP地址。

重新登录：

以后DHCP客户端每次重新登录网络时，就不需要再发送DHCP discover发现信息了，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request请求信息。当DHCP服务器收到这一信息后，它会尝试让DHCP客户机继续使用原来的IP地址，并回答一个DHCP?ack确认信息。如果此IP地址已无法再分配给原来的DHCP客户机使用时，则DHCP服务器给DHCP客户机回答一个DHCP?nack否认信息。当原来的DHCP客户机收到此DHCP nack否认信息后，它就必须重新发送DHCP discover发现信息来请求新的IP地址。

如果客户端DHCP request 内的IP地址在服务器端没有被使用，DHCP服务器回复DHCP ACK继续使用IP。
如果客户端DHCP request 内的IP地址在服务器端已被使用，DHCP服务器回复DHCP NACK告诉客户端IP已被使用。
回复NACK后，重新开始DHCP初次登录时的流程
更新租约：

DHCP服务器向DHCP客户机出租的IP地址一般都有一个租借期限，期满后DHCP服务器便会收回出租的IP地址。如果DHCP客户机要延长其IP租约，则必须更新其IP租约。DHCP客户机启动时和IP租约期限到达租约的50%时，DHCP客户机都会自动向DHCP服务器发送更新其IP租约的信息。

二、常见的几种搭建DHCP服务器的方法

1. 利用TPLinK等宽带路由器内置的DHCP功能模块提供服务

这种方法很简单，首先就是登录路由器，找到DHCP功能设置的位置，直接设置即可。

设置好保存重启后，网内的计算机就可以自动获取iP地址等信息了。

2. 办公网环境利用三层交换机搭建DHCP服务

以华为交换机举例：

在三层交换机配置DHCP服务过程：

system-view?（进入全局模式）
[Huawei]sysname?SW1?(?设备命名）
[SW1]dhcp?enable?（使用DHCP功能）
[SW1]ip?pool?10?（创建全局地址池，同时进入全局地址池视图）
[SW1-ip-pool-10]network?192.168.10.0?mask?24 （配置全局地址池可动态分配的IP地址范围）
[SW1-ip-pool-10]dns-list?8.8.8.8?（配置DNS?）
[SW1-ip-pool-10]gateway-list?192.168.10.1?（配置网关）
[SW1-ip-pool-10]excluded-ip-address?192.168.10.201?192.168.10.254?（保留不被分配的地址）
[SW1-ip-pool-10]lease?day?7?（IP租约期限）
[SW1-ip-pool-10]dis?this?（查询当前模式的配置）
# ip?pool?10
gateway-list?192.168.10.1?（网关）
network?192.168.10.0?mask?255.255.255.0?（IP地址范围）
excluded-ip-address?192.168.10.201?192.168.10.254?（保留IP地址范围）
lease?day?7?hour?0?minute?0?（IP租约周期）
dns-list?8.8.8.8
[SW1-ip-pool-10]quit?(退出
[SW1]ip?pool?20
[SW1-ip-pool-20]network?192.168.20.0?mask?24
[SW1-ip-pool-20]dns-list?8.8.8.8
[SW1-ip-pool-20]gateway-list?192.168.20.1
[SW1-ip-pool-20]excluded-ip-address?192.168.20.201?192.168.20.254
[SW1-ip-pool-20]lease?day?7
[SW1-ip-pool-20]q
------------------------------------------------
[SW1]vlan?batch?10?20?（批量创建vlan）
[SW1]interface?GigabitEthernet?0/0/1?（进入port?1)
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port?link-type?access?(配置port?1?类型）
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port?default?vlan?10?（配置port?1?vlan)
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]quit?(退出）
[SW1]interface?GigabitEthernet?0/0/2
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]port?link-type access
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]port?default?vlan?20
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]quit
（?配置VLANIF10接口下的客户端从全局地址池中获取IP地址）
[SW1]interface?Vlanif?10?（创建vlanif?10)
[SW1-Vlanif10]ip?address?192.168.10.1?24?(配置IP地址）
[SW1-Vlanif10]dhcp?select?global?（在vlanif?10模式下调用全局地址池）
[SW1-Vlanif10]display?this?（查询当前配置参数）
#
interface?Vlanif10
ip?address?192.168.10.1?255.255.255.0
dhcp?select?global
#
Return
[SW1-Vlanif10]quit
[SW1]interface?Vlanif?20
[SW1-Vlanif20]ip?address?192.168.20.1?24
[SW1-Vlanif20]dhcp?select?global
[SW1-Vlanif20]quit
[SW1]display?ip?pool?（查看IP地址池配置情况）
[SW1]quit
save?（保存配置，写入设备） 

3. 在Windows 系统里搭建DHCP服务

以2008server为例：

2008ser搭建DHCP服务器步骤：

第一步：安装Windows Server 2008系统作为服务器端;客户端可安装其他Windows系统。

第二步：进入2008ser系统，手动设置IP(未设置静态IP，后面无法继续)

第三步：打开服务器管理器：系统中点击 "开始菜单程序"——> 管理工具 ——>服务器管理器

第四步：进入服务器管理器，点击左侧的"角色"然后点击右侧"添加角色"

第五步：进入添加角色向导默认下一步，

第六步：服务器角色界面，勾选DHCP服务器;

第七步：勾选DHCP服务器后，单击"下一步"按钮，屏幕上将会弹出DHCP服务器简介窗口，默认下一步;

第八步： 进入选择网络连接绑定，勾选IP地址;安装程序将自动检查你的服务器是否具有一个静态IP地址，第2步设置了则会被检测显示出来。

第九步：接下来到"IPv4DNS设置"，需要输入你的父域名和DNS服务器的IP地址，这个域将用于我们在这台DHCP服务器上创建的所有作用域; 当DHCP更新IP地址信息的时候，相应的DNS更新会将计算机的名称到IP地址的关联进行同步。

第十步：是否要设置WINS服务器地址参数，默认"此网络上的应用程序不需要WINS"选项; (若需要则正确设置好目标WINS服务器的IP地址。)

第十一步：接下来的"DHCP作用域"窗口中，点击右侧"添加"我们可以根据本地局域网的IP地址分配情况，设置好DHCP服务器的适用范围，同时选中"激活此作用域"选项，并单击"确定"添加完成。

第十二步： DHCPv6无状态模式，选择禁用模式;在Windows Server 2008中默认增加了对下一代IP地址规范IPv6的支持，不过就目前的网络现状来说很少用到IPv6，因此可以选择对此服务器禁用DHCPv6无状态模式。

第十三步： 在"确认"界面，确认后点击安装，开始自动安装。进度条完成，DHCP也安装完成。

最后同局域网中的客户端设置为自动获得IP地址，即可获得DHCP自动分配的IP;

4. 下搭建DHCP服务

以ubuntu系统为例：

网络拓扑结构图如下：

配置步骤如下：

第一步：安装isc-dhcp-server

采用命令：apt-get install isc-dhcp-server：

第一步：配置isc-dhcp-server

首先对作为DHCP服务器的"ubuntu 副本"进行设置：

第三步：进入超级用户，编辑文件/etc/default/isc-dhcp-server文件：

在INTERFACES=""处填入网卡名enp0s3：

第四步：将文件打开发现有很多例子，都是被注释掉了的，选用一个例子，修改后的结果如下：

修改本机的IP地址，子网掩码，默认网关，DNS等：

对该网卡进行重启，对网络进行重新启动，将DHCP服务开启：

第五步：客户机配置(虚拟机从虚拟机获得IP)：

网络连接设置为自动获取IP地址：

在命令行中输入dhclient命令重新分配IP地址，我们发现IP地址成功被分配到了，其中图一是未得到分配的IP地址，图二是重分配后得到的由DHCP服务器192.168.137.2分配而来的IP地址192.168.137.101：

通过wireshark抓包进行分析，可看到IP地址192.168.137.101的确是由DHCP服务器192.168.137.2提供的，并且可以看到它们之间的request-ack过程：