DHCP的服务器与客户端

一、什么是DHCP?

     DHCP，动态主机配置协议，前身是BOOTP协议，是一个局域网的网络协议，         
    使用UDP协议工作，常用的2个端口：67(DHCP server),68(DHCP client)。DHCP通常被用于局域网环境，  
    主要作用是集中的管理、分配IP地址，使client动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率  。  
    简单来说，DHCP就是一个不需要账号密码登录的、自动给内网机器分配IP地址等信息的协议。

二、DHCP协议中的报文

DHCP报文共有一下几种：
DHCP DISCOVER ：客户端开始DHCP过程发送的包，是DHCP协议的开始
DHCP OFFER ：服务器接收到DHCP DISCOVER之后做出的响应，  
它包括了给予客户端的IP（yiaddr）、客户端的MAC地址、租约过期时间、服务器的识别符以及其他信息  
DHCP REQUEST ：客户端对于服务器发出的DHCP OFFER所做出的响应。在续约租期的 时候同样会使用。
DHCP ACK ：服务器在接收到客户端发来的DHCP REQUEST之后发出的成功确认的报文     。在建立连接的时候，客户端在接收到这个报文之后才会确认分配给它的IP和其他信息可以被允许使用。
DHCP NAK ：DHCP ACK的相反的报文，表示服务器拒绝了客户端的请求。
DHCP RELEASE ：一般出现在客户端关机、下线等状况。这个报文将会使DHCP服务器释放发出此报文的客户端的IP地址
DHCP INFORM ：客户端发出的向服务器请求一些信息的报文
DHCP DECLINE :当客户端发现服务器分配的IP地址无法使用（如IP地址冲突时），将发出此报文，通知服务器禁止使用该IP地址。

DHCP请求IP地址的过程如下：
    1）主机发送DHCPDISCOVER广播包在网络上寻找DHCP服务器；
    2）DHCP服务器向主机发送DHCPOFFER单播数据包，包含IP地址、MAC地址、域名信息以及地址租期；
    3）主机发送DHCPREQUEST广播包，正式向服务器请求分配已提供的IP地址；
    4）DHCP服务器向主机发送DHCPACK单播包，确认主机的请求
    需要说明的是：DHCP客户端可以接收到多个DHCP服务器的DHCPOFFER数据包，  
    然后可能接受任何一个DHCPOFFER数据包，但客户端通常只接受收到的第一个DHCPOFFER数据包。  
    另外，DHCP服务器DHCPOFFER中指定［1］ 的地址不一定为最终分配的地址，  
    通常情况下，DHCP服务器会保留该地址直到客户端发出正式请求。
    正式请求DHCP服务器分配地址DHCPREQUEST采用广播包 ，  
    是为了让其它所有发送DHCPOFFER数据包的DHCP服务器也能够接收到该数据包，  
    然后释放已经OFFER（预分配）给客户端的IP地址。
    如果发送给DHCP客户端的地址已经被其他DHCP客户端使用，客户端会向服务器发送DHCPDECLINE信息包拒绝接受已经分配的地址信息。
    在协商过程中，如果DHCP客户端发送的REQUEST消息中的地址信息不正确，  
    如客户端已经迁移到新的子网或者租约已经过期，  
    DHCP服务器会发送DHCPNAK消息给DHCP客户 端，  
    让客户端重新发起地址请求过程。      
    DHCP 的 工作流程图：  

        3、DHCP 协议包的组成
Xid :随机生成的一段字符串，两个数据包拥有相同的xid说明他们属于同一次会话
Ciaddr :客户端会在发送请求时将自己的ip地址放在此处
Yiaddr :服务器会将想要分配给客户端的ip地址放在此处
Siaddr :一般来说是服务器的ip地址.但是注意！根据openwrt源码给出的注释，当报文的源地址、siaddr、option­>server_id字段不一致（有经过跨子网转发）时，通常认为option­>srever_id字段为真正的服务器ip，siaddr有可能是多次路由跳转中的某一个路由器ip
Chaddr :客户端的mac地址
Giaddr :如果需要跨子网进行DHCP地址发放，则在此处填入经过的路由器的ip地址
Sname :服务器主域名
Options :可以自由添加的部分，用于存放客户端向服务器请求信息和服务器的应答信息  

DHCP 客户端

    一、DHCP 原理
1、什么是DHCP 客户端
    DHCP客户端一般来说是局域网中独立的PC主机。
    DHCP客户端发出的DHCP DISCOVER包是DHCP协议的开始。
    延续租期、发现、释放IP地址等大多数DHCP中的行为都是由DHCP客户端主动发起。
2、DHCP 自动状态机
    DHCP获得ip地址的4步骤：discover­>offer­>request­>ack(nak)
    DHCP刷新租期的步骤：request­>ack(nak)
    DHCP释放ip的步骤：release  

        如下图：

DHCP SERVER

一、DHCPD 原理
1、简述

DHCP SERVER指的是服务器端，在路由器上体现的就是给LAN端动态分配IP的功能。  
DHCP SERVER负责接收客户端的DHCP请求，管理LAN端所有的IP网络设定资料，    
相比于BOOTP，DHCP通过“租约”来实现动态分配IP的功能，实现IP的时分复用，  
从而解决IP资源短缺的问题。其地址分配方式有三种，  
分别是人工配置（由管理员对每台具体的计算机指定一个地址），  
自动配置（服务器为第一次连接网络的计算机分配一个永久地址），  
动态配置（在一定的期限内将地址租给计算机，租期结束后客户必须续租或者停用该地址），  
而对于路由器，经常使用的地址分配方式是动态配置。

    2、两个租约表
    静态租约表：对应一个静态租约存储文件，server运行时从文件中读取静态租约表。
    动态租约表：对应一个周期存储文件，server周期性将租约表存进该文件，在程序开始时将会读取上次存放的租约表。（租约表记录了当前所有分配的租约，包括静态链接的）。

3、基本逻辑
 原则上DHCP SERVER是一直处在被动接受请求的状态，  
当有客户端请求时，服务器会读取获得客户端当前所在的状态以及客户端的信息，  
并在静态租约表和动态租约表中进行检索找到相应的表项，  
再根据客户端的状态执行不同的回复。  
当收到客户端的首次请求时，DHCP服务器先查找静态租约表；  
若存在请求的表项，返回这个客户的静态IP地址；  
否则，从IP地址池中选择可用的IP分配给客户，并添加信息到动态数据库中。  
此外，服务器将会周期性的刷新租约表写入文件存档，  
在这个过程中会顺便对动态租约表进行租期检查。

执行回复动作：
DHCPOFFER： 
静态租用：首先匹配MAC地址，看是否能在静态租约表中找到对应的项，  
若能找到就把IP分配给他。静态表中的IP不能被其他客户使用。   
动态租用： 
1.server试图分配给client上次分配过的IP，在这之前检查这个IP是否正在使用。
2.discover中含有request ip 时，检查该IP是否在地址池范围，是否正在使用，是否到期，是否是静态IP，网络上是否已经存在。
3.discover不含request ip，从地址池上寻找一个最小的可用IP分配。
DHCPACK: 根据是否含有request ip和server ip识别客户端现在init_reboot,selecting,renewing/rebinding中的哪个状态，  
并根据以下规则执行DHCPACK回复： 
1.若client处于selecting状态，验证request ip和server ip是否同服务器中的匹配。
2.若client处于init_reboot状态，验证request ip是否符合租约记录。
3.若client处于renewing/rebinding状态，验证client ip address是否符合租约记录。
DHNAK: 
1.请求的IP是静态IP，但是MAC地址无法与其对应。
2.上面DHCPACK中验证失败。　　
服务器还可能会收到其他包: 
DHCPDECLINE:server会把租约表中相关client硬件地址置空，并保存这个地址一段时间。
DHCPRELEASE:清空租期回收IP。
DHCPINFORM:回复DHCPACK，数据包含有关于server的信息。