linux服務篇-DHCP服務原理分析
1. 概述
DHCP【Dynamic Host Configuration Protocol的簡稱】動態主機配置協議，是一個區域網的網路協議，工作在UDP協議之上，屬於應用層協議。主要有兩個用途：
- 給內部網路或網路服務供應商自動分配IP地址，主機名，DNS伺服器，域名
- 配合其它服務，實現整合化管理功能。如：無人執守安裝伺服器
其特點是：
- 其工作模式為C/S模式【伺服器/客戶端模式】
- 自動分配IP地址，方便管理
- DHCP不會同時租借相同的IP地址給兩臺主機
- DHCP管理員可以約束特定的計算機使用特定的IP地址
- 可以為每個DHCP作用域設定很多選項
- 客戶機在不同子網間移動時不需要重新設定IP地址。每次都自動獲取IP地址就可以了
主要缺陷表現在：
- 當網路上存在多伺服器時，一個DHCP伺服器不能查出已被其它伺服器租出去的IP地址
- DHCP伺服器不能跨路由器與客戶機通訊，除非路由器允許BOOTP協議轉發
DHCP服務使用67號【bootps服務端】埠和68埠【bootpc客戶端】，可用 vim /etc/services檢視：
DHCP協議由 bootp協議發展而來，是BOOTP的增強版本，bootps代表服務端埠， bootpc代表客戶端埠
擴充套件：
bootp協議：載入程式協議（BOOTP）。它可以讓無盤工作站從一箇中心伺服器上獲得IP地址，為區域網中的無盤工作站分配動態IP地址，並不需要每個使用者去設定靜態IP地址。
BOOTP有一個缺點：您在設定前須事先獲得客戶端的硬體地址，而且，MCA地址與IP的對應是靜態的。換而言之，BOOTP非常缺乏“動態性 ”，若在有限的IP資源環境中，BOOTP的一對一對應會造成非常可觀的浪費。
2. 執行原理
執行原理如下圖所示：
以下我將按執行流程進行一一講解。
2.1 DHCP Client 發現階段
即DHCP客戶端尋找DHCP服務端的過程，客戶端傳送DHCP Discovery，因為DHCP 服務端對於DHCP客戶端是未知的，所以DHCP 客戶端發出的DHCP Discovery報文是廣播包，源地址為0.0.0.0目的地址為255.255.255.255。網路上的所有支援TCP/IP的主機都會收到該DHCP Discovery報文，但是隻有DHCP Server會響應該報文。
注意：
客戶端執行DHCP DISCOVER 後，如果沒有DHCP 伺服器響應客戶端的請求，客戶端會隨機使用169.254.0.0/16 網段中的一個IP 地址配置本機地址。169.254.0.0/16是windows的自動專有IP定址範圍，也就是在無法通過DHCP獲取IP地址時，由系統自動分配的IP地址段。早先的Linux上並不會產生這條路由，現在有這條路由大概是為了和windows相容。
2.2 DHCP Server 提供階段
當所有的DHCP服務端在網路中接收到DHCP客戶端發出的discover時，所有的DHCP伺服器都會做出響應，它們會從尚未出租的IP地址中挑選一個分配給DHCP客戶端。
注：服務端響應給客戶端的資料包括IP地址和一些配置資訊 。
2.3 DHCP Client 確認階段
當客戶端收到DHCP服務端的offer時，它會選擇第一個DHCP服務端給它發出的offer，然後它就以廣播方式回答一個DHCPrequest請求資訊，該資訊中包含第一時間所選定的DHCP伺服器請求IP地址的內容。之所以要以廣播方式回答，是為了通知所有的DHCP伺服器，他將選擇某臺DHCP伺服器所提供的IP地址。
2.4 DHCP Client重新登入網路
DHCP客戶端會帶著前一次所分配的IP地址去請求這個給它發出的offer的DHCP伺服器，當這個DHCP伺服器收到這一訊息後，它會檢查改IP地址是否已經分配給其它客戶端。這裡會有兩種情況，分別是：
- 如果已經分配給其它客戶端主機了那麼它響應一個DHCP nack否認資訊說該IP地址已經被其它客戶端主機使用了你不能使用了，則客戶端會回到DHCP Client 發現階段繼續獲取IP地址。
- 如果未分配給其它客戶端主機，則它會相應一個DHCP ack確認資訊，說，你可以使用這個IP地址，則客戶端就會繼續使用該IP地址登入網路
2.5 DHCP Client更新租約
DHCP獲取到的IP地址都有一個租約，租約過期後，DHCP Server將會回收該IP地址，所以如果DHCP Client如果想繼續使用該IP地址，則必須更新租約。更新的方式就是，當前租約期限過了一半後，DHCP Client都會發送DHCP Renew報文來續約租期。