1、DHCP 协议讲解目 录第 1 章 DHCP 协议基础知识 1-11.1 DHCP 协议概述 1-11.1.1 IP 网络主机配置方法概述 1-11.1.2 DHCP 协议主机配置的优缺点 1-2第 2 章 协议的报文格式 2-12.1 DHCP 协议的封装 2-12.2 DHCP 协议的报文格式 2-22.3 DHCP 协议报文的种类 2-5第 3 章 DHCP 协议的实现过程 3-13.1 DHCP CLIENT 的行为 3-13.2 DHCP SERVER 的行为 3-23.3 DHCP RELAY 的行为 3-33.4 DHCP 交互过程 3-4第 4 章 DHCP 在具体组网中的应用
2、实例 4-14.1 DHCP 在 MA5200 中的应用 4-14.1.1 组网说明及数据规划 4-14.1.2 结合抓报所得数据分析 DHCP 协议实现原理 4-24.2 宽带产品相关的数据配置 4-94.2.1 ESR8850 中与 DHCP RELAY 相关的数据配置 4-94.2.2 S3526 中与 DHCP RELAY 相关的数据配置 4-10第 5 章 DHCP 协议的发展方向 5-1 第 1 章 第 1 章 DHCP 协议基础知识1.1 1.1 DHCP 协议概述1.1.1 1.1.1 IP 网络主机配置方法概述IP 网络是目前乃至将来可能最有前途的网络。正如同传统的电话网中要
3、为每个电话分配一个电话号码以唯一标识这个电话一样，在 IP 网络中，每一台终端要想与其他的终端进行通信，也需要为每一个接入终端分配一个唯一标识号，这就是 IP 网络上的地址 IP 地址。IP 地址是 IP 网络上唯一标识一个接入终端最原始和最有效的标识符。 给终端分配 IP 地址的方法有多种方式，如 PPP 协议的自协商方式，用户自己静态配置，管理员统一分配、配置等方式，但这些配置 IP 地址的方式都有着一些这样或那样的缺点。PPP 自协商方式虽然不用用户自己动手操作，但是需要安装专门的客户端软件，而且需要服务器处事先配置好用户的帐号和密码，否则用户无法上网，当然其优点是安全性高。 用户自己静
4、态配置方式对于熟悉 IP 网络的人来说是一件很简单的事情，但对于普通用户来说，可真是难以理解，而且还须提防 IP 地址冲突的情况。管理员统一分配、配置的方式，需要有专人维护，规划整个网络，不仅成本高，而且管理员工作量太大。更重要的是许多终端启动时不仅需要 IP 地址，而且还需要动态的获取更多的启动配置信息，如无盘工作站，CABLE MODEM 就需要获得启动配置文件名和 TFTP SERVER 的 IP 地址等信息，其他一些特殊终端还需要获取其他一些特殊的信息，如 EPHONE 需要 CALL SERVER 的 IP 地址，IDT 需要控制服务器的 IP 地址等。这些动态信息是前面几种主机配置
5、方式所无法完成的。正是基于这些要求，新的主机配置方式应运而生，最早的主机配置方式就是BOOTP 协议（即引导程序协议） ，它是一种较老的系统引导协议，主要用于无盘工作站启动时从服务器上获取 IP 地址和启动文件名，多与 TFTP 协议配合使用，后来为了功能的扩展，又发展了 DHCP 协议，但 DHCP 协议兼容BOOTP 协议。BOOTP 和 RARP 类似，是用于相对静态的环境，其中每个主机都有一个永久的网络连接。管理人员创建一个 BOOTP 配置文件来定义每个主机的 BOOTP 参数。在计算机经常移动和实际计算机数目超过了可获得的 IP 主机地址时，这种只提供从主机标识到主机参数的静态映射
6、就不适用了。DHCP 从两个方式上扩充了 BOOTP： DHCP 可使计算机用一个消息获取它所需要的所有配置信息，即传送配置信息的协议； DHCP 允许计算机快速、动态的获取 IP 地址，即动态分配 IP 地址的机制。DHCP 支持三种类型的地址分配： 自动分配方式中 DHCP 给主机指定一个永久的 IP 地址； 动态分配方式中 DHCP 给主机指定一个有时间限制的 IP 地址，到时间或主机明确表示放弃这个地址时，这个地址可以被其他的主机使用； 手工分配方式中主机的 IP 地址是由网络管理员指定的，DHCP 只是把指定的 IP 地址告诉主机。在这三种方式中，只有动态分配的方式可以对已经分配给主
7、机但现在此主机已经不用的 IP 地址重新加以利用。这样，在给一台临时连入网络的主机分配地址或者在一组不需要永久的 IP 地址的主机中共享一组有限的 IP 地址时，动态分配显得特别有用。当一台新主机要永久的接入一个网络时，而网络的IP 地址非常有限，为了将来这台主机被淘汰时能回收 IP 地址，这种情况下动态分配也是一个很好的选择。1.1.2 1.1.2 DHCP 协议主机配置的优缺点1、DHCP 协议主机配置方式最重要的特征就是整个配置过程自动实现，而且所有配置信息在一个地方集中控制，这就是 DHCP SERVER 的作用。2、很明显，DHCP 协议采用 CLIENT-SERVER 方式实现，而
8、且 DHCP 协议是基于 UDP 层之上的应用，DHCP CLIENT 将采用知名端口号 68，DHCP SERVER 采用知名端口号 67 进行交互。3、最初的 BOOTP/DHCP 协议是在同一个物理子网中使用广播方式实现的，无法穿越路由器扩展到不同的物理子网中，也就是要使用 DHCP 协议的每一个网络中必须配置一台 DHCP 服务器，为了克服这一缺陷，采用了 DHCP RELAY 的方式使得 BOOTP/DHCP 协议能够穿越路由器实现。4、BOOTP 协议主要用于一些较简单的终端设备，如无盘工作站等，通过BOOTP 获取的信息也就相对较少，但它的 CLIENT-SERVER 间的交互过
9、程比较简单。DHCP 协议功能较全面，可以获取的信息也较多，但 CLIENT-SERVER 间的交互过程比较复杂。下面将会详细讲解。5、DHCP 协议一般采用终端的硬件地址（如果是以太网，就是我们常说的MAC 地址）来唯一标识一个终端设备。6、DHCP 协议通过设置 IP 地址使用租期，可以达到 IP 地址的分时复用效果，解决 IP 地址资源短缺的问题。7、DHCP 协议基本上是一个单向驱动协议， SERVER 完全是被动的，其动作、行为基本完全由 CLIENT 的请求行为而激发，即 SERVER 端无法主动控制 CLIENT 端。因此其交互性和安全性就没有 PPP 协议那么完善，这是DHCP
10、 协议的致命缺点。第 2 章 第 2 章 协议的报文格式2.1 2.1 DHCP 协议的封装DHCP 协议是基于 UDP 层之上的应用， DHCP CLIENT 将采用知名端口号68，DHCP SERVER 采用知名端口号 67。其报文内容的封装如图 1 所示： 链路层头 IP 头 UDP 头 DHCP 报文图 1 DHCP 报文封装格式其中：链路层头：承载报文的链路层信息头，常见的有 Ethernet_II 格式、802.1Q 格式、 IEEE802.3 格式、令牌环链路层头格式等。IP 头：标准的 IP 协议头，IPV4 中长度为 20bytes，包括了 SrcIp，DstIp 等信息。U
11、DP 头： 8bytes，包括了 SrcPort，DstPort，报文长度及 UDP 校验和等信息。DHCP 报文：具体的 DHCP 报文内容。由于 DHCP 协议是初始化协议，更简单的说，就是让终端获取 IP 地址的协议，既然终端连 IP 地址都没有，何以能够发出 IP 报文呢？SERVER 给CLIENT 回送的报文该怎么封装呢？正是为了说明这个问题，上面才会介绍DHCP 报文的封装格式。为了解决这个问题，DHCP 报文的封装采取了如下措施：1、首先链路层的封装必须是广播形式，即让在同一物理子网中的所有主机都能够收到这个报文。在 Ethernet_II 格式的网络中，就是 DstMac 为
12、全 1。2、由于终端没有 IP 地址，IP 头中的 SrcIp 规定填为全 0。3、当终端发出 DHCP 请求报文，它并不知道 DHCP SERVER 的 IP 地址，因此 IP 头中的 DstIp 填为有限的子网广播 IP全 1，以保证 DHCP SERVER的 IP 协议栈不丢弃这个报文。4、上面的措施保证了 DHCP SERVER 能够收到终端的请求报文，但仅凭链路层和 IP 层信息，DHCP SERVER 无法区分出 DHCP 报文，因此终端发出的 DHCP 请求报文的 UDP 层中的 SrcPort 为 68，DstPort 为 67。即 DHCP SERVER 通过知名端口号 67
13、 来判断一个报文是否是 DHCP 报文5、DHCP SERVER 给终端的响应报文将会根据 DHCP 报文中的内容决定是广播还是单播，一般都是广播形式。广播封装时，链路层的封装必须是广播形式，在 Ethernet_II 格式的网络中，就是 DstMac 为全 1，IP 头中的 DstIp 填为有限的子网广播 IP全 1。单播封装时，链路层的封装是单播形式，在 Ethernet_II 格式的网络中，就是 DstMac 为终端的网卡 MAC 地址（此MAC 地址存在于 DHCP 报文中） 。 IP 头中的 DstIp 填为有限的子网广播 IP全 1 或者是即将分配给用户的 IP 地址（当终端能够接
14、收这样的 IP 报文时） 。两种封装方式中的 UDP 层都是相同的，SrcPort 为 67，DstPort 为 68。终端通过知名端口号 68 来判断一个报文是否是 DHCP SERVER 的响应报文。2.2 2.2 DHCP 协议的报文格式DHCP 使用 BOOTP 的报文格式，但修改了一些字段的内容和含义。DHCP报文格式如图 2 所示 图2 DHCP协议的报文格式下面详细介绍 DHCP 报文内容：“op”字段：表示当前报文是 client 的请求还是 server 的应答，为 1 时表示是client 的请求，为 2 时表示是 server 的应答。“htype”， “hlen”字段：
15、分别表示 client 的网络硬件地址类型、长度，如“htype”为 1，表示 client 的网络硬件是 10MB 的以太网类型， “hlen”为 6，表示 client 的网络硬件地址长度是 6bytes（即以太网类型的 6bytes 的 MAC 地址）“跳数”字段：表示当前的 DHCP 报文经过的 DHCP RELAY 的数目，类似于IP 头中的跳数字段，但含义完全不同，client 或 server 发出 DHCP 报文时，此字都初始化为 0，每经过一个 DHCP RELAY，此字段就会加 1，此字段的作用是限制 DHCP 报文不要经过太多的 DHCP RELAY，协议规定，当“hop
16、s”大于 4（现在也有规定为 16）时，这个 DHCP 报文就不能再进行处理，而是丢弃。“事务 ID“字段：client 每次发送 DHCP 请求报文时选择的随机数，用来匹配server 的响应报文是对哪个请求报文的响应。client 会丢弃 “xid”不匹配的响应报文。“秒数”字段：用来表示 client 开始 DHCP 请求后的时间流逝秒数，此字段一般没有多大意义，最初设计此字段是为了让 DHCP SERVER 在繁忙时，优先处理此字段大的 DHCP 请求（因为此字段越大说明这个 client 等的时间就越长）“标志”字段：在 BOOTP 中此字段是保留不用的，在 DHCP 协议中也只使用
17、了其左边的最高位，其格式如图 3 所示：0 15B 0图 3 DHCP 报文中“flags” 字段格式整个字段占 16 比特，其中，最左边比特被解释为广播响应标识位，所有其它比特保留备用，必须被 client 设置为 0，server 和 DHCP RELAY 忽略这些比特。当 client 不能接收单播的 DHCP 响应报文时，必须把广播响应标识位置 1，否则置 0。而 DHCP SERVER 在回响应报文时是广播还是单播，就将根据此广播响应标识位是否置位来判断，目前的 client 如 WINDOWS 98 一般都能接收单播 DHCP 响应报文。“客户机 IP 地址” 字段：表示 clie
18、nt 自己的 IP 地址。可以是 server 分配给client 的 IP 地址，也可以是 client 已有的 IP 地址。此字段不为 0 的原则就是client 能够使用此 IP 地址接收 IP 报文。DHCP SERVER 发现此字段不为 0时，可以直接将响应报文单播给 client。“你的 IP 地址”字段：表示 server 分配给 client 的 IP 地址。当 DHCP SERVER响应 client 的 DHCP 请求时，将把分配给 client 的 IP 地址填入此字段。“服务器 IP 地址” 字段：表示 client 获取启动配置信息的服务器 IP 地址，一般是 TFT
19、P SERVER 的 IP 地址。“中继代理 IP 地址” 字段：记录第一个 DHCP RELAY agent 的 IP 地址。当client 发出 DHCP 请求报文后，如果网络中存在 DHCP RELAY，则第一个DHCP RELAY 转发这个 DHCP 请求报文时，就会把自己的 IP 地址填入此字段（随后的 DHCP RELAY 将不再改写此字段，只是把“hops”加 1） 。DHCP 将会根据此字段为用户分配 IP 地址，并把响应报文转发给此 DHCP RELAY agent，由 DHCP RELAY agent 再转发给 client。“客户机硬件地址” 字段：记录 client 的
20、实际硬件地址内容。当 client 发出DHCP 请求报文时，将把自己的网卡硬件地址填入此字段，DHCP SERVER一般都会使用此字段来唯一标识一个 client。而且此字段与前面的“htype”“hlen”字段必须一致。如当“htype”“hlen”分别为 1 和 6 时，此字段必须填入6bytes 的以太网 MAC 地址。“服务器的主机名” 字段：记录 client 获取启动配置信息的服务器名字。此字段由 DHCP SERVER 填写，而且是可选的，如果填写，必须是一个以 0 结尾的字符串。“启动文件名”字段：记录 client 的启动配置文件名。 此字段由 DHCP SERVER 填写
21、，而且是可选的，如果填写，必须是一个以 0 结尾的字符串。“选项”字段：对于 BOOTP，又称之为“vendor”字段。 此字段中包含了大量可选的终端初始配置信息和网络配置信息，如决定终端的 IP 特性配置信息，域名信息，标识终端的特殊信息，终端的默认网关 IP 地址，DNS 服务器的IP 地址，WINS 服务器的 IP 地址，用户使用 IP 地址的有效租期等等信息。正是因为有了此字段，DHCP 协议才能够给 client 提供大量的配置信息，此字段采用“CLV”方式构成，即 Code：标识号，唯一标识后面的信息内容，占1bytes；length ：长度，表示后面信息内容的长度，占 1byte
22、s； value：信息内容，其长度为 length 所指定，以 bytes 为单位。选项字段是可选字段，它是变长的，其中对于我们最重要的一个选项是“server identifier“，它标识了 server 的 IP 地址，并把它带给 client。如图 4 所示：图 4 DHCP 报文的“option”字段编码方式当需要新的信息时，可以按照这种编码方式申请新的选项即可，目前 DHCP协议已经支持即成为标准的 option 已有近 80 项，具体内容可以参考RFC1541。由于选项不断扩展，可以从最新的 RFC 中得到最新的选项集合。其中最常用的选项包括 Dhcp message type，
23、 router Ip，DNS Ip， Wins Ip，client id， server id 等选项。 Dhcp message type：code = 53， length = 1， value= 1-8，此字段表示DHCP 报文类型;router Ip：code = 3， length = IP 地址长度， value=client 的默认网关的 IP 地址；DNS Ip ：code = 6， length = IP 地址长度的倍数， value= client 的 DNS 服务器的 IP 地址序列； Wins Ip ：code = 44， length = IP 地址长度的倍数， va
24、lue= client 的 WINS服务器的 IP 地址序列； client id ： code = 61， length = client 的网络硬件地址的长度 2， value=“htype”+“hlen”+ client 的网络硬件地址；server id ：code = 54， length = IP 地址长度， value= DHCP SERVER 的 IP地址； 对于 BOOTP 协议，此字段为 64bytes，对于 DHCP 协议，此字段为 64-312 bytes，当 client 想要更长时，可以与 DHCP SERVER 协商。2.3 2.3 DHCP 协议报文的种类DHC
25、P 协议采用 CLIENT-SERVER 方式进行交互，其报文格式共有 8 种，由“选项”字段中的“Dhcp message type ”选项的 value 值来确定，后面括号中的值即为相应类型的值，具体含义如下：1：DHCPDISCOVER（0x01） ，此为 client 开始 DHCP 过程的第一个报文2：DHCPOFFER（0x02） ，此为 server 对 DHCPDISCOVER 报文的响应3：DHCPREQUEST（0x03） ，此报文是 client 开始 DHCP 过程中对 server 的DHCPOFFER 报文的回应，或者是 client 续延 IP 地址租期时发出的报
26、文4：DHCPDECLINE（0x04） ，当 client 发现 server 分配给它的 IP 地址无法使用，如 IP 地址冲突时，将发出此报文，通知 server 禁止使用 IP 地址5：DHCPACK（0x05） ，server 对 client 的 DHCPREQUEST 报文的确认响应报文，Client 收到此报文后，才真正获得了 IP 地址和相关的配置信息。6：DHCPNAK（0x06） ，server 对 client 的 DHCPREQUEST 报文的拒绝响应报文，Client 收到此报文后，一般会重新开始新的 DHCP 过程。7：DHCPRELEASE（0x07） ，cli
27、ent 主动释放 server 分配给它的 IP 地址的报文，当 Server 收到此报文后，就可以回收这个 IP 地址，能够分配给其他的client。8：DHCPINFORM（0x08） ，client 已经获得了 IP 地址，发送此报文，只是为了从 DHCP SERVER 处获取其他的一些网络配置信息，如 route ip，DNS Ip等，这种报文的应用非常少见。既然 DHCP 兼容 BOOTP，那么如何从报文中区分是 DHCP 还是 BOOTP 呢？前面说过，BOOTP 协议比 DHCP 简单，而且 client，server 间的交互过程也简单：一个来回，两个报文就完成了，而且也没有 IP 地址续延的问题（因此采用 BOOTP 协议进行配置时，就必须一个终端一个 IP 地址的事先配置好，就没有 DHCP 协议那么灵活了） 。BOOTP 没有 DHCP 那么多的报文类型，因此当发现在一个 DHCP 报文的 “选项”字段中没有“Dhcp message type ”选项时，那么这个报文就是 BOOTP 报文。所以可见，DHCP 报文“选项”字段中的“Dhcp message type ”选项是个非常重要的参数。
