Linux 中的 DHCP 原理

DHCP原理

##DHCP租約四部曲

#A：客戶端進行IP請求

當一個DHCP客戶機啟動時，會自動將自己的IP位址配置成0.0.0.0，由於使用0.0.0.0不能進行正常通信，所以客戶機就必須透過DHCP伺服器來取得一個合法的位址。由於客戶機不知道DHCP伺服器的IP位址，所以它使用0.0.0.0的位址作為來源位址，使用UDP68埠作為來源埠，使用255.255.255.255作為目標位址，使用UDP67埠作為目的埠來廣播請求IP位址資訊。廣播訊息中包含了DHCP客戶機的MAC位址和電腦名，以便使DHCP伺服器能確定是哪個客戶端發送的請求。

B：伺服器回應

當DHCP伺服器接收到客戶端請求IP位址的資訊時，它就在自己的IP位址池中尋找是否有合法的IP位址提供給客戶端。若有，DHCP伺服器就將此IP位址做上標記，加入DHCPOFFER的訊息中，然後DHCP伺服器就廣播一則包含下列資訊的DHCPOFFER訊息：DHCP客戶端的MAC位址；DHCP伺服器提供的合法IP位址；子網路遮罩；預設閘道（路由）；租約的期限；DHCP伺服器的IP位址。因為DHCP客戶機還沒有IP位址，所以DHCP伺服器使用自己的IP位址作為來源位址，使用UDP67埠作為來源埠，使用255.255.255.255作為目標位址，使用UDP68埠作為目的埠來廣播DHCPOFFER資訊。

C：客戶機選擇IP

DHCP客戶機從接收到的第一個DHCPOFFER訊息中選擇IP位址，發出IP位址的DHCP伺服器將該位址保留，這樣該位址就不能提供給另一個DHCP客戶機。當客戶機從第一個DHCP伺服器接收DHCPOFFER並選擇IP位址後，DHCP租約的第三個過程發生。客戶機將DHCPREQUEST訊息廣播到所有的DHCP伺服器，表示它接受提供的內容。 DHCPREQUEST訊息包含為該客戶機提供IP配置的伺服器的服務識別碼（IP位址）。 DHCP伺服器查看伺服器識別碼字段，以確定它本身是否被選擇為指定的客戶機提供IP位址，如果那些DHCPOFFER被拒絕，則DHCP伺服器會取消提供並保留其IP位址以用於下一個IP租約請求。

在客戶機選擇IP的過程中，雖然客戶機選擇了IP位址，但是還沒有配置IP位址，而在一個網路中可能有幾個DHCP伺服器，所以客戶機仍然使用0.0.0.0的位址作為來源位址，使用UDP68連接埠作為來源端口，使用255.255.255.255作為目標位址，使用UDP67連接埠作為目的端口來廣播DHCPREQUEST資訊。

D：伺服器確認租約

DHCP伺服器接收到DHCPREQUEST訊息後，以DHCPACK訊息的形式向客戶端廣播成功的確認，該訊息包含有IP位址的有效租約和其他可能配置的資訊。雖然伺服器確認了客戶機的租約請求，但是客戶機還沒有收到伺服器的DHCPACK訊息，所以伺服器仍然使用自己的IP位址作為來源位址，使用UDP67連接埠作為來源端口，並使用255.255.255.255作為目標位址，使用UDP68連接埠作為目的連接埠來廣播DHCPACK資訊。當客戶端收到DHCPACK訊息時，它就配置了IP位址，完成了TCP/IP的初始化。

伺服器確認租約：DHCPNACK（DHCPNAK）

如果DHCPREQUEST不成功，例如客戶機試圖租約先前的IP位址，但該IP位址不再可用，或因為客戶機移到其他子網，該IP無效時，DHCP伺服器將廣播否定確認訊息DHCPNACK。當客戶機接收到不成功的確認時，它將重新開始DHCP租約流程。

DHCP續租

DHCP クライアントは、リース期間の 50% が期限切れになると、DHCPREQUEST メッセージ パケットを DHCP サーバーに直接送信し、DHCP サーバーから IP アドレスが提供されます。クライアントがサーバーから応答された DHCPACK メッセージ パケットを受信すると、クライアントは、パケット内で提供される新しいリース期間とその他の更新された TCP/IP パラメーターに基づいて構成を更新し、IP リースの更新が完了します。サーバーから応答が受信されない場合、現在のリース期間の 50% が残っているため、クライアントは既存の IP アドレスを使用し続けます。

リース期間の 50% が経過しても更新がない場合、DHCP クライアントは、リース期間の 75% が経過したときに、IP アドレスを提供した DHCP サーバーに再度接続します。それでも成功しない場合は、リースが 100% に達したときに、DHCP クライアントは IP アドレスを放棄して、再度適用する必要があります。この時点で使用可能な DHCP サーバーがない場合、DHCP クライアントは 169.254.0.0/16 のランダム アドレスを使用して、5 分ごとに再試行します。

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