DHCP服务器设置的各阶段分析

DHCP服务器，用过的人都知道，我们在对其进行配置的时候，要分为各个阶段进行设置。在TCP/IP网络上，每台工作站要能与其他计算机进行互联，都必须进行基本的网络配置，如IP地址、子网掩码、缺省网关、DNS等。对于小型网络，为每台计算机一一配置这样的属性也许还可以承受，但对于一个有几百、上千台的网络，这部分工作虽然简单，但工作量相当大，网络管理员就可能没有时间和精力来一一为这么多计算机配置了。这时我们通常是采用下面要讲的DHCP来自动为客户机分配IP地址了。

DHCP的全称是动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol），它的目的就是为了减轻TCP/IP网络的规划、管理和维护的负担，解决IP地址空间缺乏问题（因为这样配置后，每一时刻只有实际连接的用户才分配IP地址，减少离IP地址的占用）。

DHCP分为两个部分：一个是服务器端﹐而另一个是客户端。所有的 IP 网路设定资料都由 DHCP 服务器集中管理，并负责处理客户端的 DHCP 要求；而客户端则会使用从服务器分配下来的IP环境资料。DHCP 协议通过“"租约” 的概念，有效且动态的分配客户端的 TCP/IP 设定。

DHCP协议IP地址分配方式

DHCP协议的IP地址分配，必须至少有一台 DHCP 服务器工作在网路上。它会监听网络中的所有 DHCP 请求，并与客户端商议 TCP/IP 的设定环境。它提供两种 IP 定位方式：

Automatic Allocation（自动分配）

其分配方式是：一旦 DHCP 客户端第一次成功的从 DHCP 服务器端租用到 IP 地址之后，就永远使用这个地址。

Dynamic Allocation （动态分配）

其分配方式是：当 DHCP 第一次从 HDCP服务器端租用到 IP 地址之后，并非永久的使用该位，只要租约到期，客户端就得释放（release）这个 IP 地址，以给其它工作站使用。当然，客户端可以比其它主机更优先的延续（renew）租约，或是租用其它的 IP 地址。

动态分配显然比自动分配更加灵活，尤其是当您的实际 IP 地址不足的时候﹐例如一家ISP只能提供1000 个IP地址用来给接入用户，但并不意味着您的客户最多只能有1000 个，因为您的客户基本上不太可能全部在同一时间上网的。这样，您就可以将这 1000 个地址，轮流的租用给接入上来的客户使用了，这样你允许的客户限制也就大大超过1000个了。 在企业局域网中也一样，如一些部门虽然有大量用户，但平时上网的却是其中的少部分（如市场部），则可以在IP地址紧张的情况下采用DHCP自动分配方式，则可节省大量的IP地址资源。

DHCP 除了能动态的设定 IP 地址之外，还可以将一些IP 保留下来给一些特殊用途的机器使用，也就是在动态之中还可以设置部分客户机的静态地址。通常是与主机网卡的物理地址（MAC地址）进行绑定的，这样可以给您更大的设计空间。同时，DHCP 还可以帮客户端指定router﹑netmask﹑DNS Server ﹑WINS Server等等属性，这样一来，您在客户端网络TCP/IP属性配置上，除了选择 DHCP选项之外，几乎无需做任何其他的 IP环境设定，大大提高了设置效率，减轻了工作量。

DHCP协议的作用可以用以下三个方面来解释：

集中TCP/IP IP子网的管理。所有客户机的IP地址，以及它们的配置参数都存储在DHCP服务器的中心数据库内。

自动为客户机进行TCP/IP IP地址的分配和配置。当客户计算机启动并首次访问网络时，自动给它分配IP地址、子网掩码、缺省网关以及WINS服务器IP地址。当该客户机在子网之间移动时（比如便携机），初始的IP地址以及相关配置信息释放回初始的可用IP地址池，客户在系统启动时重新分配新的IP地址以及相关的配置信息。

未使用的IP地址返回到可用IP地址池，提高IP地址使用效率。通常情况下，IP地址由管理员静态分配，并且这些IP地址保存在一张纸上，或者存储在本地数据库中，但是当客户在子网移动或者分配了多个新的IP地址而未修改该IP地址表列时，该表列常常变得过期。这也意味着某些IP地址将丢失，从而不能再用。DHCP采用一种称为租用期限（Lease）的基于时间的机制，便利客户定期进行更新。如果租用期限已满，但客户并没有对它的IP地址进行更新，则该IP地址返回给可用IP地址池。

DHCP协议的自动IP地址分配过程通常需要经过如下几个阶段：

初始阶段

当启动客户的TCP/IP组时，由于在IP网络中的每台机器都需要有一个地址，因此TCP/IP组与地址0.0.0.0绑定在一起。然后它将一个DHCP Discover信息包发送给它的本地子网。该信息包时发送给UDP端口67，也即DHCP/BOOTP服务器端口的广播信息包。

发现阶段

即DHCP客户机寻找DHCP服务器的阶段。DHCP客户机以广播方式（因为DHCP服务器的IP地址对于客户机来说是未知的）发送DHCP discover发现信息来寻找DHCP服务器，即向地址255.255.255.255发送特定的广播信息。网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收到这种广播信息，但只有DHCP服务器才会做出响应。

提供阶段

本地子网的每一个DHCP服务器都接收DHCP Discover信息包。每个接收请求的DHCP服务器都检查它是否有给请求客户的有效空闲地址。然后它以DHCP Offer信息包作为响应，该信息包包括有效的IP地址、子网掩码、DHCP服务器的IP地址、租用期限、以及其他的有关DHCP范围的详细配置。所有发送DHCP Offer信息包的服务器将保留它们提供的一个IP地址。在该地址不再保留之前，该地址不能分配给其他的客户。DHCP Offer信息广播发送给UDP端口68，也即DHCP/BOOTP客户端口。相应必须以广播方式发送，因为客户没有能直接寻址的IP地址。

选择阶段

即DHCP客户机选择某台DHCP服务器提供的IP地址的阶段。如果有多台DHCP服务器向DHCP客户机发来的DHCP offer提供信息，则DHCP客户机只接受第一个收到的DHCP offer提供信息，然后它就以广播方式回答一个DHCP request请求信息，该信息中包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。之所以要以广播方式回答，是为了通知所有的DHCP服务器，他将选择某台DHCP服务器所提供的IP地址。

确认阶段

即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段。客户通常对第一个提议产生响应，并以广播的方式发送DHCP Request信息包作为响应。该信息包告诉服务器“是的，我想让你给我提供服务。我接收你给我的租用期限”。而且，一旦信息包以广播方式发送以后，网络中所有的DHCP服务器都可以看到该信息包，那些提议没有被客户承认的DHCP服务器将保留的IP地址返回给它的可用地址池。客户还可利用DHCP Request询问服务器其他的配置选项，如：DNS或网关地址。

重新登录阶段

以后DHCP客户机每次重新登录网络时，就不需要再发送DHCP discover发现信息了，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request请求信息。当DHCP服务器收到这一信息后，它会尝试让DHCP客户机继续使用原来的IP地址，并回答一个DHCP ack确认信息。如果此IP地址已无法再分配给原来的DHCP客户机使用时（比如此IP地址已分配给其它DHCP客户机使用），则DHCP服务器给DHCP客户机回答一个DHCP nack否认信息。当原来的DHCP客户机收到此DHCP nack否认信息后，它就必须重新发送DHCP discover发现信息来请求新的IP地址。

更新租约阶段

当客户注意到它的租用期到了50%以上时，就要更新该租用期。这时它发送一个直接UDP信息包给他获得它的原始信息的服务器。该信息包是一个DHCP Request信息包，用以询问是否能保持TCP/IP配置信息并更新它的租用期。如果服务器是可用的，则它通常发送一个DHCP Acknowledge信息包给客户，同意客户的请求。

重新捆绑阶段

当租用期达到期满时间的近87.5%时，客户如果在前一次请求中没能更新租用期的话，他会再次试图更新租用期。如果这次更新失败的话，客户机就会试着与任何一个DHCP服务器联系以获得一个有效的IP地址。如果另外的一个DHCP服务器能够分配一个新的IP地址，则该客户机再次进入捆绑状态。如果客户机当前的IP地址租用期满，则客户机必须放弃该IP地址，并重新进入初始化状态，然后重复整个过程。

【说明】DHCP服务不仅可以在主机上配置，像路由器等设备中也可以提供这类服务，最常见的就是宽带路由器，通过它的DHCP服务同样可以为客户机提供自动IP地址分配，减轻服务器主机的负担。