动态主机配置协议

动态主机配置协议

动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)在TCP/IP网络上使客户机获得配置信息的协议，它是基于BOOTP协议，并在BOOTP协议的基础上添加了主动分配可用网络地址等功效。这两个协议可以通过一些机制互操作。

DHCP向网络主机供给配置参数，它由两个基础部分组成：一部分是向网络主机传送专用的配置信息，另一部分是给主机分配网络地址。DHCP是基于客户/服务器模式的，这种模式下，专门指定的主机分配网络地址，传送网络配置参数给需要的网络主机，被指定的主机称为服务器。我们以后将供给DHCP服务的主机称为服务器，把吸收信息的主机称为客户。不能随便谁都可以成为DHCP服务器，这需要管理员进行人为指定。由于网络中硬件和软件的多样性，使得任何一台主机随便响应DHCP恳求的问题得到懂得决，如果有一台机器可以随便响应的话，它也无法给用户供给正确的配置参数，而配置TCP/IP协议的参数又那么多，因此使得这种任意的响应成了不可能的事情。而散布式地分配网络地址要利用一些机制来防止地址重用，但是由于是散布式分配，有时真是防不胜防，无法从根本上杜绝网络地址冲突的问题。

DHCP支撑三种IP地址分配方法。第一种是主动分配，DHCP给用户分配一个永久的IP地址。第二种是动态分配，在这种情况下，用户可以取得一个IP地址，但是是有时间限制的。第三种是手工分配，在这种方法下，用户的IP地址是由管理员手工指定的，这种情况下，DHCP服务器只需要将这个指定的IP地址传送给用户即可。至于用什么样的分配方法，不同的网络各不雷同。

动态分配是唯一一种容许主动重用地址的机制。因此，这种方法对于有临时上网用户，而且网络的IP地址资源又不是多得没法用的时候特别有用。而手工指定对于管理不渴望利用动态IP地址的用户十分方便，不会因为手工指定而和DHCP冲突或和别的已经分配的地址冲突。这里的要害渴望大家能够懂得，DHCP是一种相对集中式的管理方法。

DHCP信息包的格式是基于BOOTP包格式的，这使得BOOTP客户可以访问DHCP服务器。DHCP中利用了BOOTP的转发代理，这样就避免了在每个物理网段都设一个DHCP服务器的情况。

有许多协议与DHCP的功效类似，也同时为DHCP供给服务。反向地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol，RARP）用于创造网络地址和主动IP地址分配。小文件传输协议（Trivial File Transfer Protocol，TFTP）用于从启动服务器传送启动镜象。Internet把持信息协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）用于向主机发送有关附加路由器信息。ICMP还被用于传送子网掩码信息和其它信息。主机也可能通过ICMP的路由寻找功效定位路由器 。BOOTP是用于传送配置信息的方法，它是可扩大的，正式的扩大在一些配置参数中定义。麻省理工学院的Athena工程中利用的网络信息协议（Network Information Protocol，NIP）采用散布式动态IP地址分配。资源定位协议（Resource Location Protocol，RLP）供给了高层服务定位。由于Sun公司不爱好工作站在启动时的漫长过程，所以利用了RARP，TFTP和远程过程调用（RPC）机制，并称之为"bootparams"，这种机制是用来为无硬盘主机传送配置信息和操作系统代码。一些Sun网络也在利用动态RARP（DRARP）和主动安装机制使新参加的主机主动配置。

在其它一些相干的工作中，路径最小传输单元（MTU）寻找算法使得寻找MTU的大小成为了可能。地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）也被用于一种传输协议进行资源和定位和选择。

DHCP是用于向客户传送配置信息的，客户从DHCP服务器那里获得配置信息后应当可以和Internet上任何一台主机通信。TCP/IP协议栈参数请在本文后面寻找。在初始化一台主机时并不需要配置所有这些参数，客户和服务器可以通过一种切磋机制决定传送哪些参数。DHCP容许（不恳求）客户参数配置不直接与IP协议相干，而且它也不将最参加的主机参加域名系统（DNS）中。

有一些名词需要解释一下，DHCP客户和DHCP服务器已经在前面说过了，这里就不再阐明了。BOOTP转发代理或转发代理是一台Internet主机或路由器，它用于在DHCP客户和DHCP服务器间传送配置信息。绑定是一些配置参数，它至少应当包含IP地址，绑定由DHCP服务器管理。

DHCP的设计目标如下：

1．DHCP应当是一种机制而不是策略，它必须容许本地系统管理员把持配置参数，本地系统管理员应当能够对所渴望管理的资源管理进行有效地管理。

2．客户不需要进行手工配置，客户应当在不参与的情况下创造合适于本地机的配置参数，并利用这些参数加以配置。

3．不需要对单个客户配置网络。在通常情况下，网络管理员没有必须输入任何预先设计好的用户配置参数。

4．DHCP不需要在每个子网上要一个服务器，为了经济的原因，它DHCP服务器必须可以和路由器和BOOTP转发代理一起工作。

5．DHCP客户必须可能对多个DHCP服务器供给的服务作出响应。出于网络牢固与安全的考虑，有时需要为网络参加多个DHCP服务器。

6.DHCP必须静态配置，而且必须以现存的网络协议实现。

7．DHCP必须能够和BOOTP转发代理互操作。

8．DHCP必须能够为现有的BOOTP客户供给服务。

下面几个设计目标是对于网络层参数的设计而言的，在网络层参数上，DHCP必须可以做到以下几点：

9．不容许有几个客户同时利用一个网络地址。

10．在DHCP客户重新启动后仍然能够保存它本来的配置参数，如果可能，客户应当被指定为雷同的配置参数。

11．在DHCP服务器重新启动后仍然能够保存客户的配置参数，如果可能，即使DHCP机制重新启动，也应当能够为客户分配原有的配置参数。

12．能够为新参加的客户主动供给配置参数。

13．支撑对特定客户永久固定分配网络地址。

在下面我们看一下DHCP的具体问题。从客户的观点来看，DHCP不过是BOOTP的扩大。这样就可以使现有的BOOTP用户在不进行任何修正的情况下利用DHCP。图一和表一描写了DHCP信息包的格式和信息包内每个字段的意义。请注意括号内的数字，它表现此字段的大小。我们老是提到BOOTP，它和DHCP的重要差别有两点，一点是DHCP对客户分配网络地址时不是无穷期的，第二点是DHCP在供给网络地址时还供给了其它配置参数。熟悉BOOTP协议的可以对照一下两个协议的不同点。下图定义了DHCP消息格式：

DHCP定义了一个新的“客户标识”选项，它是用来显式地将客户标识传送给DHCP服务器的。这个转变是针对BOOTP信息包中'chaddr'域即作为BOOTP转发信息的硬件地址又作为用户信息的情况而进行的。这个标记对于DHCP服务器来说没有什么意义，它可以是硬件地址，也可以是什么别的东西，反正只要是对于这个DHCP服务器管理的每个子网段内的客户是唯一的就可以了。客户一旦在一个信息包中利用了这个选项，以后的信息包内的这个选项必须和第一次利用时一致，这样DHCP服务器才可以正确地辨识客户。

options字段的长度不定，DHCP客户可能会从服务器那里吸收到长度大于576字节的包。DHCP客户也可以利用最大DHCP包长度字段恳求服务器传送的包长度在必定限度之内。在客户利用DHCP进行配置的时候，DHCP需要利用TCP/IP软件，在配置好IP地址之前，TCP/IP软件应当能够吸收并转发发送到客户硬件地址上的IP包；DHCP服务器和BOOTP转发代理在TCP/IP软件未配置好之前不能向未吸收硬件单播报文的客户传送DHCP消息。如果客户在TCP/IP软件未能配置好之前实在不能吸收IP单播报文，DHCP可以利用“标记”域进行工作。请注意下图中的那个B，它代表广播标记。至于这个标记的具体内容，我们在文章的后面几节内讨论。至于其它各位，它们是保存的，它们的值只能由客户设置为0。服务器和转发代理不会理会这一字段的内容。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|B|                     全为0                            |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

B: 广播标记位

上图表现了标记位的格式。前面已经提到过了，DHCP的一个重要功效就是能够向客户供给网络配置参数，这种存储模型实际上就是DHCP服务为每个客户保存了一个要害字，这个要害字中保存了保存了用户特有的标记和客户的配置参数。要害字可能是一个二元组（IP子网号，硬件地址），这种设计考虑到不同子网内的硬件地址可能是一样的，所以要参加一个子网号加以差别。当然要害字也可以是（IP子网号，主机名），这是为了照顾客户机会经常在不同子网间转换，或者经常转变物理地址的情况。在协议规定是，要害字需要是（IP子网号，物理地址），当然了，如果客户在信息包中显式地利用了“客户标记”这一字段的话就不这样利用了。客户可以通过查询DHCP服务器取得配置信息。

DHCP的另外一个重要特点就是能够动态地分配网络地址，这种动态分配的机制是很简略的：客户会恳求利用某一网络地址一段时间，服务器就对客户说：“好的，在这一段时间内，这个地址我不给别人。”当客户利用完这一地址后再次申请时，服务器总是优先将它利用过的地址再次分配给它。我们把这种分配称为一种“租用”。说到租用，当然了，客户也可以恳求增长租用期，当客户不再利用这一地址时，它就把它还给服务器。客户也可以恳求永久租用，这个永久对可不是永远，当服务器感到客户机可能已经不存在时，它可以再次把这一地址分配给别的机器利用。当网络内地址不够用的时候，永久的分配就不可能了，当地址不够用的时候，由客户归还的地址还要被持续利用，这几乎是人人都可以想得到的，服务器可以利用配置信息库内的信息援助它决定分配哪一个地址，比如说它可以选择最近最少利用的地址进行分配。为了安全起见，服务器应当在分配前利用ICMP协议进行探测，保证这个地址没有机器利用，客户也应当能够利用一些协议（如ARP）探测新吸收的地址是不是被人利用。

下面我们来说一下服务器客户协议的内容。DHCP利用BOOTP消息格式，这种格式请见表1和图1。在每个由客户发送到服务器消息的'op'字段中包含了一个BOOTREQUEST，而在服务器发送到客户消息内的'op'字段则包含了一个BOOTREPLY。DHCP信息包内'options'字段包含了十进制数99，130，83和99，这几个值。其余的处所是称为“选项”的标记参数。有几个参数定义也没几天，大家应当注意其中的一个重要的选项“DHCP消息类型”选项，这一项必须在每个DHCP信息包中存在，其它的选项有的是必须的，有的不是必须的，有的根本就是可有可无。在下文中，消息格式就以这一选项的内容决定。

在下面的表2和图3中描写了DHCP协议包中信息的意义以及DHCP客户与服务器交换信息的流程图。下面我们就过程简述如下：

1. 客户会首先进行广播，它要地址当然是它先开口，它在本子网段内广播一个DHCPDISCOVER消息，这个消息内可能包含了它渴望租用的网络处所和租用时间。BOOTP转发代理可以将这个消息传送到不在这个网段内的DHCP服务器上。

2. 每个有空闲地址的DHCP服务器都响应这个消息，在响应消息中包含了可用的地址，这个地址在消息的'yiaddr'字段中，其它的配置参数在DHCP选项中。服务器无需要保存已经分配的地址，虽然这样可能想起来更有效率。在分配时，因为未保存已经分配的地址，服务器必须想措施知道这个地址未被别的客户利用，服务器可以利用ICMP协议的回应恳求进行。在分配地址时，服务器有时候可能需要利用BOOTP转发代理，这一点要在实现上给予支撑。下表是各种消息及其利用：

消息          功效

-------       ---

DHCPDISCOVER - 客户进行广播以断定本地可用的服务器。

DHCPOFFER    - 服务器给客户的应答，在其中包含了配置参数。

DHCPREQUEST  - 此消息是客户发送给服务器的，作用有三个：客户从一台服务器上恳求配置信息（在这个时候客户也就拒绝了其它服务器发来的地址，客户就用这个地址了）；在系统重新启动后，客户利用这个消息确认本来分配的网络地址仍然有效；客户还可以腹这个地址对特定的网络地址租用时间恳求延期。

DHCPACK      - 服务器发向用户的消息，包含了配置参数和网络地址。

DHCPNAK      - 服务器发向用户的消息，告诉客户当前利用的网络地址无效或租期已满。

DHCPDECLINE  - 客户发向服务器的消息，告诉服务器此地址已被利用。

DHCPRELEASE  - 客户发向服务器的消息，告诉服务器此地址不再利用。

DHCPINFORM   - 客户发向服务器的消息，恳求服务器发送本地配置信息，客户已经配置好了网络地址，不需要再发送网络地址了。

3. 客户将会吸收到一个或多个服务器发来的地址和配置参数。客户可以不用那么急于回应哪一个地址，它也可以挑的。当选择好了以后，客户广播DHCPREQUEST消息，在这个消息中的“服务器标记”字段中必须包含选定的服务器的标记，此消息中也可以包含渴望获得的网络配置参数，而“恳求IP地址”选项则要填写服务器发来信息包中'yiaddr'的内容，也就是服务器给客户供给的IP地址。DHCPREQUEST消息在本网段广播，并通过DHCP/BOOTP转发代理向不同网段转发。如果客户在规定时间内没有收到任何服务器的回应，它会再次发送DHCPDISCOVER。

4. 许多服务器会吸收到DHCPREQUEST广播，那些没有被选择的服务器将DHCPREQUEST视为拒绝包。那个被选择的服务器会记载这个地址已经有人用了，并以包含配置参数的DHCPACK包返回给客户。“客户标记”字段和指定的网络地址用以唯一断定一个客户。服务器发送的DHCPACK包内的参数不应当和本来发送的DHCPOFFER包内的内容有冲突，服务器也不在这时再次检测供给的网络地址，在DHCPACK包内的'yiaddr'字段包含了选择的网络地址。如果被选的主机不能满足DHCPREQUEST包内的恳求，它应当以DHCPNAK包回复。服务器可以将DHCPOFFER包内包含的地址设置为不可用，也可以不设置，但是如果服务器没有从客户那儿吸收到DHCPREQUEST包，此地址必定要保证是可用的。

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