网络协议：DHCP协议工作原理，DHCP分配方式，DHCP租约，Wireshark抓包分析DHCP报文

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计算机想要 「通信」必须要有一个IP地址，IP协议只是提供了IP，想要使用IP，你得自己配，而DHCP就是用来分配IP的协议。

一、简介

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）也叫动态主机配置协议，负责「管理」和「分配」IP。

DHCP使用UDP传输数据，客户端发送请求到DHCP服务器的67端口，服务器返回响应给客户端的68端口。

DHCP协议使用C/S架构，分为两个部分：

• DHCP Server（服务器）：安装了DHCP协议的服务器；控制一段IP地址范围，处理客户端的DHCP请求。
• DHCP Client（客户端）：PC等终端设备；使用DHCP服务器分配的IP地址、默认网关、DNS服务器地址等配置信息。
• DHCP Relay（中继）：非必选！跨网段时（路由器默认不转发广播），作为中间人负责转发服务器和客户端间的DHCP报文。

二、分配方式

管理员可以配置DHCP分配IP地址的方式：

1）自动分配

​ DHCP服务器为第一次连接的客户端分配一个「永久」性的IP地址，客户端多次连接时，IP地址不会变化。

2）手工分配

​ 管理员提前在DHCP服务器配置好客户端的IP地址，类似静态配置。

3）动态分配

​ DHCP服务器给客户端分配一个受租约限制的IP，租约到期后可以被其他客户端使用。

三、工作原理

常见的DHCP工作过程分为四步：

1. DHCP Discover ：客户端广播发现报文。
2. DHCP Offer ：服务器返回响应报文，携带IP地址。
3. DHCP Request ：客户端广播请求报文，希望使用这个IP地址。
4. DHCP ACK ：服务端响应确认报文，客户端开始使用IP。

1）需要IP的客户端，广播一条发现报文（ DHCP Discover ）。

2）所有DHCP服务器都会收到发现报文，并向客户端发送一个响应报文（ DHCP Offer ），响应报文中携带服务器自己的IP和可以分配给客户端的IP；

3）客户端收到第一个响应后，会广播一个请求报文（ DHCP Request ），并将响应报文中的服务器IP和可以分配的IP放到报文里。

4）所有DHCP服务器都会收到请求报文，并判断报文里的服务器IP是不是自己：

• ​ 如果不是自己，就收回刚才分配的IP；
• ​ 如果是自己，就向客户端发送一个确认响应报文（ DHCP ACK ），并在报文里提供IP地址的租期。

5）客户端收到响应报文后，检查分配的IP是否可用：

• 如果可用，就使用IP；
• ​如果不可用，比如IP已经被别人使用，就向DHCP服务器发送拒绝报文，通知服务器禁用这个IP，让后重新申请IP（回到第一步）。

6）客户端可以随时发送释放报文（ DHCP Release），释放IP地址，服务器收到释放报文后，会回收IP地址并重新分配。

其他涉及的报文类型：

• DHCP Decline：客户端发现IP地址无法使用时，就发送拒绝报文，通知服务器禁用这个IP。
• DHCP NAK：服务器对客户端 DHCP Request 响应的拒绝报文，客户端收到后重新 DHCP Discover。
• DHCP Inform：客户端获取IP地址后，向服务器获取DNS等配置信息。

四、抓包分析

重启网卡，抓取DHCP协议的数据包：

1. 第一个包是 DHCP Release，这是关闭网卡时，客户端发送的释放IP的数据包：“这个IP我用完了，你回收吧”
2. 第二个包是 DHCP Discover ，客户端广播的发现报文：“谁是DHCP服务器，我需要IP地址！”
3. 第三个包是 DHCP Offer ，DHCP服务器们返回的响应报文：“我有IP地址！”，“我也有IP地址”，“……”
4. 第四个包是 DHCP Request ，客户端广播的请求报文：“我要使用这个DHCP服务器提供的IP地址。”
5. 第五个包是 DHCP ACK ，被使用IP的服务器：“好的，你用吧，租期是8个小时。”；没被使用IP的服务器 “不用拉到（小声哔哔）”。

五、租约

DHCP给分配的IP设置一个租期，默认1天；

当租期超过 50% 时，客户端会向服务器发送请求报文（ DHCP Request ）来续租IP地址：

• 如果服务端收到，就响应确认报文（ DHCP ACK ），同时延长租期；
• ​ 如果没收到，则什么也不做。

当租期超过 87.5% 时，客户端再次广播请求报文（ DHCP Request ）来续租IP：

• 如果服务端收到，就响应确认报文（ DHCP ACK ），同时延长租期；
• ​ 如果没收到，则什么也不做，直到租期结束，客户端向服务端发送释放报文（ DHCP Release），然后重新广播发现报文（ DHCP Discover ），申请IP地址。

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