DHCP

DHCP 用于让主机自动获取网络配置参数，使主机接入网络后可以自动得到 IP 地址、子网掩码、默认网关、DNS 服务器、地址租期等信息。

DHCP 使用客户/服务器方式。DHCP 服务器运行服务器进程，维护地址池和配置信息；主机运行 DHCP 客户进程，向服务器申请租约。

报文封装

DHCP 属于应用层协议，使用 UDP：

角色	UDP 端口
DHCP 服务器	67
DHCP 客户	68

DHCP 报文在运输层封装成 UDP 用户数据报，在网络层封装成 IP 数据报，再按具体链路封装成帧发送。主机刚启动时还没有 IP 地址，因此初始 DHCP 报文经常使用特殊地址：

阶段	源 IP	目的 IP	原因
Discover	0.0.0.0	255.255.255.255	客户还没有地址，也不知道服务器是谁
初次 Request	0.0.0.0	255.255.255.255	客户还未正式获得租约，需要广播说明选择

基本过程

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DHCP 第一次获取地址时，核心过程是 Discover、Offer、Request、ACK。

步骤	报文	发送方	目的
1	DHCP Discover	客户	广播寻找 DHCP 服务器
2	DHCP Offer	服务器	提供可租用地址和网络配置
3	DHCP Request	客户	选择某个服务器提供的租约
4	DHCP ACK	服务器	确认租约，客户可以使用

Discover 由客户广播发送。报文中包含事务 ID 和客户 MAC 地址。网络中的设备都会收到广播，但只有 DHCP 服务器进程监听 UDP 67 端口并处理该报文。

Offer 由服务器发出。服务器根据客户 MAC 地址查找数据库；若有专门配置，就按该配置提供；否则从地址池中选择地址。Offer 中包含可租用 IP 地址、子网掩码、租期、默认网关、DNS 服务器等信息。服务器选择地址前，可以使用 ARP 检测该地址是否已被占用。

Request 由客户广播发送。客户可能收到多个 Offer，通常选择先到的一个。Request 广播的意义是：通知被选中的服务器“我接受你的租约”，也通知其他服务器“我没有选择你们，可以释放预留地址”。

ACK 由被选中的服务器发送。客户收到 ACK 后，才正式使用租用到的 IP 地址。使用前，客户还可以用 ARP 检测该地址是否已被占用；若发现冲突，可发送 DHCP Decline 拒绝该租约并重新申请。

租约更新与释放

DHCP 分配的是“租约”，不是永久地址。租期到期前，客户需要续租。

当租期过半时，客户通常向原 DHCP 服务器发送 DHCP Request 请求更新租期。此时客户已经有 IP 地址，因此该报文的源 IP 是客户租到的地址，目的 IP 是 DHCP 服务器地址。

服务器处理续租时有三种情况：

• 同意续租：返回 DHCP ACK，客户获得新的租期。
• 不同意续租：返回 DHCP NACK，客户必须停止使用旧地址，重新发送 Discover。
• 没有响应：客户继续等待；租期到 87.5% 时再次请求。若租期到期仍未续租成功，客户必须停止使用旧地址并重新申请。

客户也可以提前释放租约，向服务器发送 DHCP Release。释放后，服务器可以把该地址重新放回地址池。

广播与单播

DHCP 的 Offer 和 ACK 可以广播，也可以单播，取决于客户初始化阶段是否能接收单播 IP 数据报。

如果客户在 Discover 或 Request 中声明自己不能接收单播，服务器就用广播发送后续响应。若客户声明可以接收单播，并在报文中提供自己的 MAC 地址，服务器可以单播给客户；链路层封装时，目的 MAC 就写客户的 MAC 地址。

ARP 冲突检测

DHCP 与 ARP 的配合有两个位置：

• 服务器从地址池挑选地址时，可以用 ARP 确认该地址未被其他主机占用。
• 客户收到 ACK、正式使用租约前，也可以用 ARP 检测地址冲突。

若客户发现地址已被占用，应发送 DHCP Decline 拒绝该租约，并重新开始 Discover。

DHCP 中继代理

DHCP Discover 是广播报文，默认不会被路由器转发。因此，若 DHCP 服务器不在客户所在网络中，客户的 Discover 无法直接到达服务器。

DHCP 中继代理通常配置在连接客户网络的路由器上。它收到客户广播的 Discover 后，把该请求单播转发给指定 DHCP 服务器；服务器的响应再经中继代理返回客户网络。这样不必在每个子网都部署一台 DHCP 服务器。