在TCP/IP网络中,每个接口都需要一个IP地址、子网掩码和广播地址( IPv6中没有),简单来说就是需要网络配置信息。如果想访问外部网络可以通过DNS获取外部地址,再通过路由间接转发出去。但是在“家乡网络”(本网)中想要通信,就需要知道自己的信息以及其他人的信息。自己的信息可以自己配置,其他人的信息可以通过ARP询问。

当然,自己的信息怎么知道的,需要问网络管理员,或者DHCP也知道。

DHCP(动态主机设置协议Dynamic Host Configuration Protocol,RFC[2131]

title: 提醒
如果了解ARP会更好
想深入了解 ARP 可以问谷歌

一些概念

dhcp 的层次结构

dhcp 是位于应用层的一个应用程序,是基于 BOOTP (BootStrap协议),使用的是它的68(服务端)和 67 (客户端)这两个端口

dhcp可以通过以下三种方式配置:

1. 手动配置

2. 自动配置

例如无状态地址自动配置(SLAAC)

3. 动态分配

地址池与租用

当DHCP客户机请求分配一个IP地址,服务器从可用的地址池中选择一个地址作为响应。这个地址池是创建DHCP是给定的一段可分配的IP地址。

分配给客户机的地址只在一段时间内有效,这段时间称为租用期

客户机可以在这个地址快要到期时请求延长租用期,这个称谓续订

DHCP服务器会将租用信息保存在持久性存储器中,通常是非易失性内存或磁盘中来防止丢失。

DHCP 和 BOOTP 消息格式

DHCP扩展了BOOTP(他是DHCP前身)。DHCP消息格式的定义采用扩展BOOTP(bootstrap protocal)的方式

  • 消息类型: 用来标识消息的类型,有两个值分别是:

    • 请求(1)
    • 应答(2)
  • 硬件类型:基于ARP使用的值,最常见的是1(以太网 Ethernet)
  • 硬件地址长度:用来存放硬件地址的长度,以太网是MAC地址长度(6)
  • 跳步数:用来保存消息传输过程中的中继次数。消息发送方设为0,并在每次中继后递增
  • 事务ID:客户机随机选择的一个随机数,服务器需要将它复制到相应中,用于将应答(ACK)和请求匹配
  • 秒数:由客户机设置,它是第一次尝试申请后重新申请地址经过的秒数
    • 通常客户机可以重新申请一个地址
  • 标志:客户机可以设置该位来表示不能或不愿意处理单播IP数据报,但可处理广播数据报,通知服务器和中继代理,广播地址可用于响应中。
  • 你的 IP:服务器提供,表示分配的IP
  • 下一服务器IP地址:用于客户机的引导过程。
  • 网关(中继)Ip地址:由DHCP或BOOTP中继器提供,转发DHCP消息时返回自己的地址。
  • 客户机硬件地址字段:保存客户机的唯一标识符。通常为客户机的MAC地址。
  • 服务器名称和引导文件名:并不需要每次都填写,表示服务器名或启动文件路径。
  • magic cookie:用来表示后面的 option是 BOOTP 还是DHCP[RFC 1497 , Vendor Information "Magic Cookie"]
  • 选项:携带一些额外数据。下面是一些常见的选项
名称
选项包括填充 0
子网掩码 1
路由器地址 3
域名服务器 6
域名 15
请求的IP地址 50
地址租用期 51
DHCP消息类型 53
服务器标识符 54
参数请求列表 55
DHCP错误消息 56
租约更新时间 58
租约重新绑定时间 59
客户机标识符 61
域搜索列表 119
结束 255

DHCP消息类型比较重要,该选项是1字节长的选项,DHCP消息一定会使用它,它有以下可能值

名称 RFC
DHCPDISCOVER 1 RFC3203
DHCPOFFER 2 RFC3203
DHCPREQUEST 3 RFC3203
DHCPDECLINE 4 RFC3203
DHCPACK 5 RFC3203
DHCPNAK 6 RFC3203
DHCPRELEASE 7 RFC3203
DHCPINFORM 8 RFC3203
DHCPORCERENEW 9 RFC3203
DHCPLEASEQUERY 10 RFC4388
DHCPLEASEUNASSIGNED 11 RFC4388
DHCPLEASEUNKNOWN 12 RFC4388
DHCPLEASEACTIVE 13 RFC4388

DHCP的工作方式

常见的申请DHCP方式

下图是测试的网络拓扑图

将使用PC2 申请 IP



PC2:

dhcp

抓去线路 Router1 -> Switch1 中的包,结果如下:



两个DHCP服务器收到 Discover 就通过ARP查询有无IP冲突,当发现没有冲突会发送一个 offer ,表示已经处理了申请请求,之后客户机发送一个 Request 表示自己已经接受到了DHCP服务器的请求(这是为了确保多个DHCP服务器提供IP)

,如下图所示(过滤了ARP),另外一个DHCP同样发送了一个 offer



客户机接受谁的 offer 就向那个DHCP服务器发 Request ,之后DHCP服务器接收到了会返回一个 ACK

上图中还能看到不少ARP的包。

首先,12-14(第一张图)的包是两个DHCP服务器最大程度解决本网络中不会发生IP碰撞。当没有收到有相同IP发出的ARP包,则会向DHCP客户机发送 offer

之后客户机会发送ACD(IPv4 地址冲突检测)来通告本网中自己在使用该IP地址,来确保其他人不会用。

TCP/IP详解中图特别清晰明了:

dhcp的续租

首先,将获取到的 IP 释放



下图是 Release 报文

Seconds elapsed 为从获得到该IP到IP释放所过去的秒数,其他类型的报文中该字段都为0

只有 Release 报文会携带该字段

Option 53 ,表示 DHCP消息类型 ,该值为7 表示是一个 Release。

客户机已经释放了该IP

修改DHCP服务器的 lease 使得客户机每30S需要续租 :

如上图所示,之后客户机会每隔30S申请一次(这里是32S)



客户机向服务器发送Request , 服务器收到并发送一个ACK

dhcp 客户机 重新获取

无非就是再走一遍获取流程

参考与使用的工具

参考:

TCP/ IP 详解 卷一

工具:

gns3

Wireshark

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