博达通信DHCP原理

DHCP原理课程内容DHCP简介DHCP原理DHCP扩展介绍实验与练习本章小结DHCP简介为什么会有DHCP？所有基于TCP/IP协议族实现的网络，其通信的一个重要基础就是IP地址，但对于大多数非专业的用户而言，IP地址是什么都不甚了解，要正确设置或者修改就更难了但用户主机需要访问网络时，其网卡的IP却又是必不可少的DHCP－DynamicHostControlProtocol动态主机配置协议，就是用于简化主机IP地址设置的协议。通过DHCP，用户可以实现各项必要网络参数IP、DNS、Wins等的“零设置”，做到“即插即用DHCP简介DHCP的设计目标DHCP设计的主要目标是使TCP/IP网络的管理易于实现和维护：自动IP地址的分配和配置，用户无需手工配置所有IP地址资源都由服务器统一存放、控制，集中IP子网的管理对不使用的IP地址资源回收，提高利用率DHCP简介DHCP的优缺点可避免手工设置所产生的错误可避免多个用户使用相同IP地址而产生的冲突无需网络管理员干涉，减少网络管理工作量每个用户的IP地址是不固定的、随机性的，不利于管理和监控服务器故障可能会导致全网瘫痪，需要在网内做相应的冗余备份，网络组建成本增加课程内容DHCP简介DHCP原理DHCP扩展介绍实验与练习本章小结DHCP原理DHCP要解决的问题问题：DHCP目的是为了方便使用者，无需手工配置IP等相关信息，而DHCP又是一种基于IP运行的协议，在没有IP地址的情况下，DHCP又如何交互呢？我们先介绍一下BOOTP协议，即Bootstrap，它是DHCP协议的前身，在早期常使用在无盘工作站组建的网络中DHCP原理BOOTP报文介绍BOOTP协议承载在于OSI七层模型的传输层之上，使用UDP协议BOOTP客户端发起的报文，UDP:68UDP:67BOOTP服务器发起的报文，UDP:67UDP:68EthernetIPUDP:67/68DHCPDHCP原理BOOTP报文介绍（续）DHCP原理BOOTP报文介绍（续）主要字段解释：OP消息类型，=1时表示BootRequest；=2时表示BootReplyHtype和Hlen硬件地址类型和地址长度，实际上表示物理层网络的类型，一般为以太网，长度为6bytesHops跳数，通常为0；中继时会修改，一般不用。Xid会话id，随机数，用于确定Serv和Client的对应关系DHCP原理BOOTP报文介绍（续）主要字段解释：CiaddrClientIPAddr，客户端IP地址，由客户端在发送请求时填写（如果有的话）YiaddrYourIPAddr，客户端的IP地址；如果Ciaddr值为全0时，由服务器在Reply报文中填写SiaddrServerIPAddr，服务器IP地址DHCP原理BOOTP报文介绍（续）主要字段解释：GiaddrGatewayIPAddr，网关IP地址，通常只在BOOTP中继时才会用到ChaddrClientHardwareAddr，客户端硬件地址，通常在以太网中就是MAC地址，由客户端自己填写DHCP原理BOOTP报文介绍（续）主要字段解释：Sname客户端希望启动后使用的hostnamefilefile为空时，表示客户端只需要获得服务器分配的IP信息，或者由服务器来统一指定程序的加载；file可以填入指定的名字“unix”“gateway”，用以控制启动时需要加载的程序DHCP原理BOOTP简要处理流程BOOTPRequet客户端发送请求前首先需要确定如下几个参数：Ciaddr，通常启动时没有IP，置为0.0.0.0Chaddr，本机网卡硬件地址，按实填写Yiaddr、Siaddr、Giaddr均设为0.0.0.0随机生成一个Xid值OP=1将上述关键信息填写并封装到UDP报文中，目的UDP端口号为67，源端口为68将UDP封装到IP报文中，其目的IP为全网广播，源地址为0.0.0.0（未知，待分配）DHCP原理BOOTP简要处理流程（续）BOOTPReply服务器收到Request请求之后，进行判断：如果Client没有Ciaddr，且自己有可用IP，给对方分配一个，填入Yiaddr；如果没有IP资源，丢弃将Server自己的IP地址填入SiaddrXid值与Request中完全相等OP=2将上述关键信息填写并封装到UDP报文中，目的UDP端口号为68，源端口为67将UDP封装到IP报文中，单播给客户端DHCP原理BOOTP简要处理流程（续）细节BOOTP客户端如果不知道服务器IP，可以通过广播报文来发送；但服务器在发送Reply报文的时候，客户端却是没有IP地址的，怎么实现？有两种方法：1、虽然客户端没有IP，但服务器却知道Yiaddr和Chaddr两个关键地址，有了这些内容，服务器可以自己生成一个ARP信息，以实现IP报文的二层转发2、直接广播！DHCP原理BOOTP简要处理流程ReplyReceived客户端收到Reply回应之后，会进行判断：Ciadr、Chaddr、Xid是否和自己发送时的值相等，如果不等，则丢弃如果上述匹配关系正确，则读取Yiaddr地址给网卡设置，并进行后续的引导文件/程序的传输DHCP原理BOOTP的缺点BOOTP协议过程非常的简单，中间缺乏必要的安全控制机制BOOTP给每个用户分配的IP地址是“永久”的，不利于IP地址资源的合理高效利用随着网络的逐步发展，BOOTP逐渐被DHCP所取代DHCP原理DHCP和BOOTP的关系BOOTP给客户端分配的IP地址是永久的，而DHCP分配的IP地址资源则具有时效性、是动态的，有利于提高IP资源的利用率DHCP和BOOTP使用相同的UDP协议报头，服务器端口67，客户端端口68，以至于很多程序对两者不做区分DHCP和BOOTP使用几乎完全相同的Request和Reply消息格式，只是DHCP的功能是依赖于报文的OPTION字段来进行实现的；BOOTP也有自己的“OPTION”字段，称之为Vend，DHCPOption兼容BOOTPVendDHCP原理DHCP报文介绍DHCP原理DHCP报文介绍（续）DHCP报文直接借用了BOOTP的报文格式，其中的核心内容是OPTIONDHCPOPTION格式每个Option都由Tag、Len、Data三大部分组成：1、Tag表示本Option的作用2、Len表明后续Data的长度（Tag=0、255的option比较特殊，没有对应Data，当然也不需要Len长度）3、Data内容作为Tag的补充详细说明DHCP原理DHCP报文介绍（续）DHCP常见OPTIONRequestedIPAddress，DHCP客户端曾请求并使用过的IP地址，通常出现在请求报文中。Tag=50，Len=4，Data=ip.addrDHCP原理DHCP报文介绍（续）DHCP常见OPTIONIPAddressLeaseTime，用户请求分配IP地址的使用时间（租约期），在DHCP客户端的请求报文和服务器的回应报文中都有，但以服务器分配为准Tag=51，Len=4，Data=timeDHCP原理DHCP报文介绍（续）DHCP常见OPTIONDHCPMessageType，DHCP协议交互的控制报文类型Tag=53，Len=1，Data=1~7（只用了3bit）DHCP原理DHCP报文介绍（续）DHCPMessageType是本文的一个重点，DataValue取值如下：Value=1，标示DHCPDiscoverValue=2，标示DHCPOfferValue=3，标示DHCPRequestValue=4，标示DHCPDeclineValue=5，标示DHCPACKValue=6，标示DHCPNAKValue=7，标示DHCPReleaseDHCP原理DHCP报文介绍（续）DHCP常见OPTIONServerIdentifier，服务器身份，通常在DHCP报文中指定与哪个服务器进行交互通信Tag=54，Len=4，Data=ip.adrDHCP原理DHCP报文介绍（续）DHCP常见OPTIONParameterRequestList，请求参数列表，标示客户端需要服务器分配的内容Tag=55，Len=n（n≥1），Data=parameters其中，具体的参数内容使用代码来标示，如：1为子网掩码、6为DNS-Server等等，有兴趣的可以查找rfc获得更详细的内容DHCP原理DHCP报文介绍（续）DHCP常见OPTIONClientidentifier，客户端身份识别，用以表示DHCP客户端的唯一身份，服务器据此查询数据库，唯一指定一个IP地址资源Tag=61，Len=n（n≥2），Data=hw.addr类似的Option还有OP=12，客户端的Hostname，服务器也可以据此唯一绑定一个IP地址DHCP原理DHCP报文介绍（续）DHCP常见OPTIONEnd，Tag=255时，是一个特殊的Option，表示所有的Options字段已经填充完毕，后面没有了。DHCP原理DHCP的协议流程下面以DHCP客户端的角度来描述DHCP整个协议流程转换机制Start1Start2InitSelectingRequestingBoundRenewingRebindingDiscoverSellectOfferSendRequestACKT1expiresSendRequestNAKT2expiresSendRequestNAK/TimeoutNAK/TimeoutACKCollectOffersACKDHCP原理DHCP的协议流程（续）INIT客户机第一次启动之后，进入Init初始化状态，此时通过发送DHCPDiscover，用于探测和发现服务器，同时状态切换到Selecting状态该报文承载于UDP:67中，通过IP广播发送ClientClientServ1ClientServ2DHCPDiscoverDHCP原理DHCP的协议流程（续）Discover报文常见参数构成：OP＝1，BOOTRequestXid＝Random，由Client确定Ciaddr＝0.0.0.0Yiaddr＝Siaddr＝Giaddr＝0.0.0.0Chaddr＝ClientMACAddrDHCP原理DHCP的协议流程（续）Discover报文常见Option构成：RequestedIPaddr＝MAYIPAddrLeaseTime＝MAYClientIentifier＝MAYServerIdentifier＝MustNOTParameterRequestList＝MAYDHCP原理DHCP的协议流程（续）INIT由于该请求为广播形式，通常在发送时会设置一个随机的实验延迟（≤10秒），以避免各个DHCPClient同时发送广播报文，对局域网造成不必要的影响DHCP原理DHCP的协议流程（续）SELECTING服务器收到Discover报文后，查看自己的IPPool，如果IPPool有地址可用，则选取一个地址，分配到Yiaddr中；如果没有可用IP，则丢弃；该报文被封装到UDP:68中，通过IP广播给ClientsClientClientServ1ClientServ2DHCPOfferDHCP原理DHCP的协议流程（续）SELECTINGDHCPServ判断Discover报文接收端口的IP网段，然后从与之相同的DHCPIPPool中按顺序选取一个服务器同时还必须分配LeaseTime给用户：如果Discover请求的LeaseTime未指定，且Client还没有IP地址，则按照Server的默认设置分配如果请求的LeaseTime未指定，但Client已经获取了地址，则把该IPBinding的Leasetime值返回