DHCP工作原理简析

引言

DHCP是网络体系结构中应用层的一个重要协议，它可以帮助我们对要连接到互联网的计算机进行IP地址等信息的配置。本文从DHCP的原理出发，就DHCP的工作过程 进行详细的探讨。

主要报文

发现报文 DHCPDISCOVER
提供报文 DHCPOFFER
请求报文 DHCPREQUEST
确认报文 DHCPACK
否认报文 DHCPNAK
释放报文 DHCPRELEASE

工作过程

DHCP使用客户服务器方式。根据客户与服务器之间的报文交互情况，我们可以把整个DHCP协议工作过程简单地分成以下4 个步骤：

Step1（发现阶段）

DHCP客户以广播（broadcast）的形式发送DHCP发现报文DHCPDISCOVER到本地网络。为什么是以广播的方式呢？因为现在并不知道DHCP服务器在什么地方，所以要发现（DISCOVER）它的IP地址。此时的DHCP客户还没有自己的IP地址，因此它将自己IP数据报的源 IP地址 设为全 0 。而将目的 IP地址 设为全 1 ，也就是我们说的广播地址255.255.255.255。这样，本地网络上所有安装了TCP/IP协议的主机都可以收到这个报文，但只有DHCP服务器才对这个报文进行应答。

Step2（提供阶段）

凡收到DHCP发现报文的DHCP服务器都发出DHCP提供报文。DHCP服务器先在其数据库中 查找该计算机的配置信息。若找到，则返回找到的信息；若找不到，则从服务器的地址池（address pool）中取一个地址分配给该计算机。这里存在的疑问是，为什么要先在数据库里查找？这是因为数据库中可能存在与客户端MAC地址静态绑定的IP地址，而这个地址优先分配。这个阶段DHCP服务器发出的应答报文叫做DHCPOFFER，表示“提供”了IP地址等信息。

Step3（选择阶段）

DHCP客户可能收到多个 DHCP提供报文，它从几个DHCP服务器中选择其中的一个，通常是收到的第一个 ，并向所选择的DHCP服务器发送请求报文,请求（REQUEST）使用对方提供的IP地址和其他配置数据。

Step4（确认阶段）

被选择的DHCP服务器发送确认报文DHCPACK给DHCP客户。DHCP客户收到报文后，就可以使用刚才提供的IP地址了。这种状态称为“已绑定 ”。

说明

1. DHCP使用的协议和端口

DHCP数据报采用UDP协议进行封装，DHCP客户使用的UDP端口是68，而DHCP服务器使用的UDP端口是67。

2. DHCP的租期和计时器

DHCP分配给DHCP客户的IP地址是临时的，DHCP客户只能在一段时间内使用这个分配的IP地址。DHCP协议称这段时间为租期（Lease Time），这个时间可以在DHCP服务器上设置。RFC2132对Lease Time的要求如下：

The time is in units of seconds, and is specified as a 32-bit
unsigned integer.

即时间以秒为单位，并指定为32位无符号整数 。可以设置的时间范围从1秒到136年（232秒），DHCP客户也可以在自己发送的报文中提出对租期的要求。

因此，DHCP客户现在要根据服务器提供的租期T设置两个计时器T1和T2，它们的超时时间分别0.5T和0.875T，来提醒自己更新租期 。

当超时时间到达T1时，DHCP客户发送请求报文DHCPREQUEST要求更新租期。

DHCP服务器若同意，则发回确认报文DHCPACK。DHCP客户得到了新的租用期，重新设置计时器。
DHCP服务器若不同意，则发回否认报文DHCPNAK。这时DHCP客户必须立即停止使用原来的IP地址，回到发现阶段重新申请IP地址。
DHCP服务器若不响应，则在超时时间到达T2时，重新发送请求报文DHCPREQUEST要求更新租期，然后重复前面的步骤。

DHCP客户可以随时提前终止服务器提供的租期，这时只需向DHCP服务器发送释放报文DHCPRELEASE即可。

结束语

以上介绍了DHCP协议的详细工作过程，对DHCP使用的端口、协议、租期和计时器等重要概念进行了说明。