DHCP 协议及其交互过程

1. DHCP用途简介：

DHCP服务应用于大型局域网络中，使网络中的主机自动获取IP地址，网关，DNS服务器等信息，能够提升IP地址的利用率。一般情况下，我们的家用、公司、公共场合使用的路由器都具有DHCP服务功能，当我们的手机或者电脑需要联网时会和DHCP服务器进行自动交互，之后服务器会给我们的终端分配一个IP地址，同时我们的终端也会保留服务器的网络信息(IP, MAC, DNS等)用于上网。

2. DHCP报文的分类及交互流程：

DHCP Discover、 DHCP Offer、DHCP Request、DHCP Ack、DHCP Decline、DHCP Nack 基本上共6种报文。下面简单介绍下其交互流程，以及交互中的注意事项。

下图便是整个一般情况下DHCP协议的交互流程：

DHCP Client以广播的方式发出DHCP Discover报文。
网内所有的DHCP Server都能够接收到DHCP Client发送的DHCP Discover报文，所有的DHCP Server都会向DHCP Client发送一个DHCP Offer的相应报文。(目的地址为0.0.0.0)

DHCP Offer报文中“Your(Client) IP Address”字段就是DHCP Server能够提供给DHCP Client使用的IP地址，且DHCP Server会将自己的IP地址放在“option”字段中以便DHCP Client区分不同的DHCP Server。DHCP Server在发出此报文后会保存一个已分配IP地址的纪录。<通过MAC记录IP分配信息>

3. DHCP Client只能处理其中的一个DHCP Offer报文，一般的原则是DHCP Client处理最先收到的DHCP Offer报文。DHCP Client会发出一个广播的DHCP Request报文，在选项字段中会加入选中的DHCP Server的IP地址和需要的IP地址。

4. DHCP Server收到DHCP Request报文后，判断选项字段中的IP地址是否与自己的地址相同。如果不相同，DHCP Server不做任何处理只清除相应IP地址分配记录；如果相同，DHCP Server就会向DHCP Client响应一个DHCP ACK报文，并在选项字段中增加IP地址的使用租期信息。

5. DHCP Client接收到DHCP ACK报文后，检查DHCP Server分配的IP地址是否能够使用。如果可以使用，则DHCP Client成功获得IP地址并根据IP地址使用租期自动启动续延过程；如果DHCP Client发现分配的IP地址已经被使用，则DHCP Client向DHCPServer发出DHCP Decline报文，通知DHCP Server禁用这个IP地址，然后DHCP Client开始新的地址申请过程。

6. DHCP Client在成功获取IP地址后，随时可以通过发送DHCP Release报文释放自己的IP地址，DHCP Server收到DHCP Release报文后，会回收相应的IP地址并重新分配。

7. 如果分配的时间到期的情况下，需要自动续租：

1）在使用租期超过50%时刻处，DHCP Client会以单播形式向DHCP Server发送DHCPRequest报文来续租IP地址。如果DHCP Client成功收到DHCP Server发送的DHCP ACK报文，则按相应时间延长IP地址租期；如果没有收到DHCP Server发送的DHCP ACK报文，则DHCP Client继续使用这个IP地址。

2）在使用租期超过87.5%时刻处，DHCP Client会以广播形式向DHCP Server发送DHCPRequest报文来续租IP地址。如果DHCP Client成功收到DHCP Server发送的DHCP ACK报文，则按相应时间延长IP地址租期；如果没有收到DHCP Server发送的DHCP ACK报文，则DHCP Client继续使用这个IP地址，直到IP地址使用租期到期时，DHCP Client才会向DHCP Server发送DHCP Release报文来释放这个IP地址，并开始新的IP地址申请过程。

3. DHCP 协议注意事项：

DHCP客户端可以接收到多个DHCP服务器的DHCP offer 数据包，然后可能接受任何一个DHCP offer数据包，但客户端通常只接受收到的第一个DHCP offer数据包。另外，DHCP服务器DHCP offer中指定的地址不一定为最终分配的地址，通常情况下，DHCP服务器会保留该地址直到客户端发出正式请求。

正式请求DHCP服务器分配地址DHCP request采用广播包，是为了让其它所有发送DHCP offer数据包的DHCP服务器也能够接收到该数据包，然后释放已经offer（预分配）给客户端的IP地址。

如果发送给DHCP客户端的地址已经被其他DHCP客户端使用，客户端会向服务器发送DHCP decline信息包拒绝接受已经分配的地址信息。在协商过程中，如果DHCP客户端发送的request消息中的地址信息不正确，如客户端已经迁移到新的子网或者租约已经过期，DHCP服务器会发送DHCP Nack消息给DHCP客户端，让客户端重新发起地址请求过程。