DHCP是怎么工作的？服务器的IP地址是什么？

在 IP 网络中，每个连接的设备都需要分配一个唯一的 IP 地址。 DHCP 使网络管理员能够从中央节点监控和分配 IP 地址。 当计算机移动到网络上的另一个位置时，它可以自动接收新的 IP 地址。 DHCP实现的IP地址自动分配不仅减少了配置和部署设备的时间，而且减少了配置错误的可能性。 另外，DHCP服务器可以管理多个网段的配置信息。 当某个网段的配置发生变化时，管理员只需更新DHCP服务器上的相关配置，实现集中管理。

总的来说，DHCP 带来了以下优点：

DHCP 是如何工作的？

DHCP协议使用UDP作为传输协议。 DHCP客户端向DHCP服务器的68端口发送请求消息，DHCP服务器向DHCP客户端的67端口发送响应消息。

只有与DHCP客户端处于同一网段的DHCP服务器才能接收DHCP客户端广播的DHCP报文。 当DHCP客户端和DHCP服务器不在同一网段时，需要部署DHCP中继来在DHCP客户端和DHCP服务器之间转发DHCP报文。 从DHCP客户端的角度来看，DHCP中继就像一个DHCP服务器； 从DHCP服务器的角度来看，DHCP中继就像一个DHCP客户端。

非中继场景下DHCP客户端首次接入网络如何处理？

如下图所示，在未部署DHCP中继的场景下，DHCP客户端首次接入网络时与DHCP服务器之间的消息交互过程称为DHCP消息四步交互。

非中继场景下DHCP客户端首次接入网络时的消息交互示意图。

第一步：发现阶段

首次连接网络的DHCP客户端并不知道DHCP服务器的IP地址。 为了获知 DHCP 服务器的 IP 地址，DHCP 客户端向同一网段内的所有用户广播 DHCP 消息（目的 IP 地址为 255.255.255.255）。 所有设备（包括 DHCP 服务器或中继）。 DHCP报文携带客户端的MAC地址（）等信息。

第2步：供应阶段

与 DHCP 客户端位于同一网段的 DHCP 服务器将收到该 DHCP 报文。 DHCP服务器选择与接收DHCP报文的接口IP地址在同一网段的地址池，并从中选择一个可用的IP地址，然后使用DHCP OFFER报文发送给DHCP客户端。

通常情况下，IP地址的租期是在DHCP服务器的地址池中指定的。 如果DHCP客户端发送的DHCP报文中携带了预期租期，服务器会将客户端请求的预期租期与指定的租期进行比较。 选择分配给客户的较短租期。

DHCP服务器在地址池中为客户端分配IP地址的顺序如下： DHCP服务器上配置的IP地址与客户端的MAC地址静态绑定。 客户端发送的 DHCP 消息中指定的地址（请求 IP 地址选项）。 在地址池中查找“”状态的IP地址，即已分配给客户端且已过期的IP地址。 在地址池中随机查找处于“空闲”状态的IP地址。 如果没有找到可供分配的IP地址，地址池会自动依次回收过期（“”状态）和冲突状态（“”状态）的IP地址。 如果回收后发现可用的IP地址，则进行分配； 否则，DHCP客户端将等待响应超时，然后重新发送DHCP报文来申请IP地址。 设备支持将某些无法通过DHCP机制分配的IP地址从地址池中排除。 例如，在客户端所在网段手动配置了一台地址为192.168.1.100/24的DNS服务器。 需要将IP地址192.168.1.100排除在DHCP服务器配置的192.168.1.0/24网段地址池之外。 这是不可能的。 该地址是通过DHCP分配的，否则会发生地址冲突。

为了防止分配的IP地址与网络上其他客户端的IP地址冲突，DHCP服务器会发送ICMP ECHO报文对，源地址为DHCP服务器IP地址，目的地址为预分配的IP地址发送 DHCP OFFER 消息之前的地址。 分配的IP地址用于地址冲突检测。 如果在规定时间内没有收到响应消息，则表明网络上没有客户端使用该IP地址，可以将其分配给该客户端； 如果在指定时间内收到响应消息，则表明网络上已经有客户端使用该IP地址。 客户端会将这个地址列为冲突地址，等待再次收到DHCP报文，然后按照前面介绍的选择IP地址的优先顺序重新选择一个可用的IP地址。

此阶段DHCP服务器为客户端分配的IP地址不一定是最终确定使用的IP地址，因为如果在向客户端发送DHCP OFFER消息后16秒后没有收到客户端的响应，该地址可以继续分配给其他客户端。 结尾。 只有经过下面的选择阶段和确认阶段后才能确定客户端可以使用的IP地址。

第三步：选择阶段

如果有多个 DHCP 服务器向 DHCP 客户端响应 DHCP OFFER 报文，则 DHCP 客户端一般只接收第一个收到的 DHCP OFFER 报文，然后以广播方式发送 DHCP 报文，该报文中包含客户端的您所在的 DHCP 服务器的标识符想要选择（即填充收到的 DHCP OFFER 消息中的字段的 IP 地址）。

DHCP客户端广播DHCP消息，通知所有DHCP服务器它将选择某个DHCP服务器提供的IP地址。 其他 DHCP 服务器可以将分配给客户端的 IP 地址重新分配给其他客户端。

第四步：确认阶段

当DHCP服务器收到DHCP客户端发送的DHCP报文时，会回复DHCP ACK报文，表示DHCP报文中请求的IP地址（填写的）已分配给客户端。

当DHCP客户端收到DHCP ACK报文时，会广播发送免费ARP报文，检测本网段内是否有其他终端使用服务器分配的IP地址。 如果在指定时间内没有收到响应，则表示客户端可以使用该地址。 。 如果收到响应，则表明另一个终端正在使用该地址。 客户端将向服务器发送 DHCP 消息，并向服务器重新请求 IP 地址。 同时，服务器会将这个地址列为冲突地址。 当服务器没有空闲地址可供分配时，它会选择冲突的地址进行分配，以尽量减少分配的地址之间的冲突。

当DHCP服务器收到DHCP客户端发送的DHCP报文时，如果由于某种原因（如协商错误或者由于传输速度慢，服务器已将该地址分配给其他客户端）而导致DHCP服务器无法分配地址，则DHCP服务器会向其他客户端分配该地址。消息中填写了IP地址，则发送DHCP NAK消息作为响应，通知DHCP客户端无法分配IP地址。 DHCP客户端需要重新发送DHCP报文来申请新的IP地址。

存在中继场景时，DHCP客户端首次接入网络如何处理？

有DHCP中继场景下，首次接入网络的DHCP客户端和DHCP服务器的工作原理与无DHCP中继场景下首次接入网络的DHCP客户端工作原理相同。一个继电器。 主要区别在于，DHCP中继在DHCP服务器和DHCP客户端之间转发DHCP报文，以保证DHCP服务器和DHCP客户端能够正常交互。 下面仅介绍DHCP中继的工作原理。

如下图所示，在部署DHCP中继的场景下，DHCP客户端与首次接入网络的DHCP服务器之间的报文交互流程。

中继场景下DHCP客户端首次接入网络时的消息交互示意图

第一步：发现阶段

DHCP中继收到DHCP客户端广播的DHCP报文后，进行如下处理： 检查DHCP报文中的hops字段。 如果大于16，则丢弃该DHCP报文； 否则，将 hops 字段加 1（表示经过一次 DHCP 中继）并继续下面。 检查 DHCP 消息中的字段。 如果为0，则将该字段设置为接收DHCP报文的接口的IP地址。 如果不为0，则不要修改该字段，继续进行以下操作。 将DHCP报文的目的IP地址更改为DHCP服务器或下一跳中继的IP地址，将源地址更改为中继客户端的接口地址，并将DHCP报文单播到DHCP服务器或下一跳中继通过路由转发。 跳跃中继。

如果DHCP客户端和DHCP服务器之间存在多个DHCP中继，则后续中继接收到DHCP报文的处理流程与上述相同。

第2步：供应阶段

DHCP服务器收到DHCP报文后，选择与报文中字段同一网段的地址池，为客户端分配IP地址等参数，然后单播向报文中标识的DHCP中继发送DHCP OFFER报文。场地。

DHCP中继收到DHCP OFFER消息后，将进行如下处理： 检查消息中的字段。 如果不是接口地址，则丢弃该报文； 否则，继续执行以下操作。 DHCP 中继检查消息的广播标志。 如果广播标志位为1，则向DHCP客户端广播DHCP OFFER消息； 否则，DHCP OFFER消息单播给DHCP客户端。

第三步：选择阶段

中继收到客户端的DHCP消息的处理过程与非中继场景下的选择阶段相同。

第四步：确认阶段

中继收到服务器的DHCP ACK消息时的处理过程与非中继场景下的确认阶段相同。

DHCP 客户端如何重用以前使用过的地址的工作原理

当DHCP客户端不是第一次连接到网络时，它可以重复使用以前使用过的地址。 如下图所示，DHCP客户端与DHCP服务器交换DHCP报文，重新获取之前使用的IP地址和其他网络参数。 这个过程称为两步交互。

DHCP客户端重用之前使用过的IP地址的报文交互过程

第一步：选择阶段

客户端广播包含先前分配的IP地址的DHCP消息，消息中的（请求的IP地址选项）字段填充先前使用的IP地址。

第二步：确认阶段

DHCP服务器收到DHCP报文后，根据DHCP报文中携带的MAC地址查找对应的租约记录。 如果是，则返回 DHCP ACK 消息，通知 DHCP 客户端可以继续使用该 IP 地址。 否则，保持沉默并等待客户端重新发送 DHCP 消息来请求新的 IP 地址。

DHCP 客户端续订租约的工作原理

当DHCP服务器采用动态分配机制为客户端分配IP地址时，分配的IP地址会受到租用限制。 DHCP客户端向服务器申请地址时可以携带预期的租期。 服务器在分配租期时，会将客户端的预期租期与地址池中的租期配置进行比较，为客户端分配其中较短的租期。 租约到期或者客户端下线释放地址后，服务器会回收该IP地址，回收的IP地址可以继续分配给其他客户端。 这种机制可以提高IP地址的利用率，防止客户端下线后IP地址继续被占用。 如果DHCP客户端想要继续使用该地址，则需要续订IP地址租约（例如延长IP地址租约）。

DHCP客户端更新租期的流程如下图所示。

DHCP客户端更新租期示意图

当租期达到50%（T1）时，DHCP客户端会自动以单播方式向DHCP服务器发送DHCP报文，请求更新IP地址租期。 如果收到DHCP服务器发来的DHCP ACK消息，则租约更新成功（即租约从0开始计算）； 如果收到 DHCP NAK 消息，则重新发送 DHCP 消息以请求新的 IP 地址。 当租期达到87.5%（T2）时，如果仍然没有收到DHCP服务器的响应，DHCP客户端会自动以广播方式向DHCP服务器发送DHCP报文，请求更新IP地址租期。 如果收到DHCP服务器发来的DHCP ACK消息，则租约更新成功（即租约从0开始计算）； 如果收到 DHCP NAK 消息，则重新发送 DHCP 消息以请求新的 IP 地址。 如果租期到期后没有收到服务器的响应，客户端将停止使用该IP地址，并重新发送DHCP报文来请求新的IP地址。

在租用时间到期之前，如果客户端不想使用分配的IP地址（例如客户端的网络位置需要改变），则会触发DHCP客户端向DHCP服务器发送DHCP报文，通知DHCP服务器。 DHCP服务器释放IP地址的租约。 DHCP服务器将保留DHCP客户端的配置信息，并列出之前分配的IP地址中的IP地址，以便后续重新分配给该客户端或其他客户端。 客户端可以通过发送 DHCP 消息向服务器请求更新的配置信息。

如下图所示，部署DHCP中继时，续租的过程与上述过程类似。

客户端通过DHCP中继续租示意图

DHCP使用场景

DHCP 提供两种地址分配机制。 网络管理员可以根据网络需求，为不同的主机选择不同的分配策略。