浅谈DHCPV4原理

# DHCPV4 原理

## 什么是DHCP

DHCP的全称是"The Dynamic Host Configuration Protocol"，他是一种网络协议，通过该协议可以为客户端自动分配IP地址以及IP地址所需的参数配置。其网络架构是C/S模式。

## DHCP V4原理

### DHCP 组件

DHCP一般由DHCP Client（客户端）、DHCP Server（服务端）、DHCP Relay（DHCP中继）组成。

* DHCP Server

DHCP服务端，提供DHCP分配、地址池配置、处理DHCP报文等能力，通常为网络设备（三层交换机或者路由器）或者提供DHCP能力的服务器。

* DHCP Client

DHCP客户端，任何需要IP地址或者IP地址所需的参数配置的终端都可以称为DHCP客户端，例如PC个人主机、手机、打印机等。

* DHCP Relay

DHCP协议传输通常是通过广播进行，但是如果跨网段就无法进行广播，此时就用到了中继的功能，一般通过中继路由或者三层交换机组成。

### DHCP 分配流程

DHCP提供8个协议类型，分别为：Discovery、Offer、Request、Decline、Ack、Nak、Release、Inform。

DHCP地址分配流程总体上分为五个阶段：发现阶段(Discovery)、提供阶段(Offer)、请求阶段(Request)、确认阶段(Ack)、检测阶段(Decline)。

* 发现阶段

客户端在本网段内发起一个DHCP广播包，DHCP消息类型为Dicsovery，协议内可以携带一些option，例如Subnet Mask、Router、Domain Name、Lease Duration等。

* 提供阶段

DHCP服务端收到客户端的Dicsovery请求后，根据请求参数以及地址池情况，预分配空闲的地址返回给客户端（Offer），此时消息中有一个非常关键的参数`Option54 DHCP Server Identifier`，该参数记录了DHCP服务端的地址，用于标识是哪个DHCP服务端分配的地址信息；如果没有可用的地址或者其他配置未准备完毕，则返回（N ak）给客户端，表示无法分配地址。

* 请求阶段

客户端收到服务端的Offer消息，根据Offer消息内携带的参数进行填充，并且将`DHCP Server Identifier`的值填充到Request消息中，表示该客户端选择的是这个DHCP服务器，其他服务器如果收到Request消息，但是`DHCP Server Identifier`不是本机就会丢弃该消息，直到正确的DHCP服务器收到该消息。

* 确认阶段

DHCP服务端收到客户端的Request消息，会进行参数校验，例如客户端携带的option54（DHCP Server Identifier）和option50（Requested IP Address），将客户端请求的参数与之前预分配的参数进行校对，如果匹配则分配该IP并且返回ACK消息给客户端，如果不匹配则返回NAK消息给客户端。

* 检测阶段

客户端收到DHCP服务端的ACK消息，会进行一轮ARP检测，检测分配到的IP地址是否已经在线，如果该IP已经在线，则会向DHCP服务器发送Decline消息表示该IP地址不可用，DHCP服务端收到Decline消息后会将该IP地址标记为异常地址；否则将收到的参数配置到网卡上。

### DHCP报文

DHCP报文是基于UDP协议基础上进行传输的，下图为DHCP报文的组成，除了上半部分是固定长度的字段组成，最后部分为可变长度option，DHCP的消息、请求参数等均在option中体现；DHCP V4版本的option长度为254，0位和255是固定首尾，其余的都是可配置的，详情可参考[Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) and Bootstrap Protocol (BOOTP) Parameters](https://www.iana.org/assignments/bootp-dhcp-parameters/bootp-dhcp-parameters.xhtml)。

## 总结

DHCP是一个非常重要的协议，在我们平时的上网过程中起到不可或缺的作用，每个人的手机、电脑、平板等连接网络的第一步就是通过DHCP协议获取到本机的IP地址，因此要想理解网络，DHCP是一个必须掌握的协议。

## 参考文献

[DHCP Wiki](https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Host_Configuration_Protocol)

[DHCP Rfc2131](https://www.rfc-editor.org/rfc/inline-errata/rfc2131.html)

[DHCP Options 2132](https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2132)

[Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) and Bootstrap Protocol (BOOTP) Parameters](https://www.iana.org/assignments/bootp-dhcp-parameters/bootp-dhcp-parameters.xhtml)