DHCP信息交互过程详解

- 日理万妓 2022-06-16 04:19 256阅读 0赞

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1. DHCP回复包是单播还是广播

1）:网络设备上的DHCP回复包都是单播.  
2）:微软官方解释:  
默认情况下, Microsoft Windows NT 4.0 DHCP 服务器发送所有的 DHCP 响应作为 IP 广播到受限广播地址   
(255.255.255.255)。 但是，DHCP 服务器可以将配置为单播响应如果客户端请求指定广播的响应不需要。  
DHCP 服务器与 Windows NT 4.0 之前的版本忽略客户端的 DHCP 数据包中的该广播的标志，并且广播所有答复。 DHCP 服务器 4.0   
版支持 unicasting 通过下列注册表参数：  
HKEY\_LOCAL\_MACHINE \\CurrentControlSet \\Services \\DHCPServer \\Parameters   
\\IgnoreBroadcastFlag  
参数类型： REG \_ DWORD  
默认值： 1  
说明： 如果设置为 1，时将在客户端请求该广播的标志被忽略，并且所有的 DHCP 数据包从服务器广播。如果设置为 0，行为 （是否广播或不)   
由广播标志在响应的客户端请求中。  
Networks.wri 文件也包含此参数的说明。  
总结:微软操作系统上的DHCP服务器的回复包即可以是单播,也可以是广播.(给出的答案很郁闷)  
3）:总结:Linux下的DHCP回复包是广播.

2. 详解linux下DHCP信息交互过程

DHCP 协议是基于UDP层之上的应用，本文结合抓报所得数据分析DHCP协议实现原理

一、先了解一下需要抓取的DHCP报文

客户发出的IP租用请求报文

DHCP客户机初始化TCP/IP，通过UDP端口67向网络中发送一个DHCPDISCOVER广播包，请求租用IP地址。该   
广播包中的源IP地址为0.0.0.0，目标IP地址为255.255.255.255；包中还包含客户机的MAC地址和计算机名。

DHCP回应的IP租用提供报文

任何接收到DHCPDISCOVER广播包并且能够提供IP地址的DHCP服务器，都会通过UDP端口68给客户机回应一个DHCPOFFER广播包，提供一个IP地址。该广播包的源IP地址为DCHP服务器IP，目标IP地址为255.255.255.255；包中还包含提供的IP地址、子网掩码及租期等信息。

客户选择IP租用报文

客户机从不止一台DHCP服务器接收到提供之后，会选择第一个收到的DHCPOFFER包，并向网络中广播一个   
DHCPREQUEST消息包，表明自己已经接受了一个DHCP服务器提供的IP地址。该广播包中包含所接受的IP地址和服务器的IP地址。所有其他的DHCP服务器撤消它们的提供以便将IP地址提供给下一次IP租用请求。

DHCP服务器发出IP租用确认报文

被客户机选择的DHCP服务器在收到DHCPREQUEST广播后，会广播返回给客户机一个DHCPACK消息包，表明已经接受客户机的选择，并将这一IP地址的合法租用以及其他的配置信息都放入该广播包发给客户机。

客户配置成功后发出的公告报文

客户机在收到DHCPACK包，会使用该广播包中的信息来配置自己的TCP/IP，则租用过程完成，客户机可以在网络中通信。

至此一个客户获取IP的DHCP服务过程基本结束，不过客户获取的IP一般是用租期，到期前需要更新租期，这个过程是通过租用更新数据包来完成的。

客户IP租用更新报文

（1）在当前租期已过去50%时，DHCP客户机直接向为其提供IP地址的DHCP服务器发送DHCPREQUEST消息包。如果客户机接收到该服务器回应的DHCPACK消息包，客户机就根据包中所提供的新的租期以及其它已经更新的TCP/IP参数，更新自己的配置，IP租用更新完成。如果没收到该服务器的回复，则客户机继续使用现有的

IP地址，因为当前租期还有50%。

（2）如果在租期过去50%时未能成功更新，则客户机将在当前租期过去87.5%时再次向为其提供IP地址的DHCP联系。如果联系不成功，则重新开始IP租用过程。

（3）如果DHCP客户机重新启动时，它将尝试更新上次关机时拥有的IP租用。如果更新未能成功，客户机将尝试联系现有IP租用中列出的缺省网关。如果联系成功且租用尚未到期，客户机则认为自己仍然位于与它获得现有IP租用时相同的子网上（没有被移走）继续使用现有IP地址。如果未能与缺省网关联系成功，客户机则认为自己已经被移到不同的子网上，将会开始新一轮的IP租用过程。

DHCP客户机在发出IP租用请求的DHCPDISCOVER广播包后，将花费1秒钟的时间等待DHCP服务器的回应，如果1秒钟没有服务器的回应，它会将这一广播包重新广播四次（以2，4，8和16秒为间隔，加上1~1000毫秒之间随机长度的时间）。四次之后，如果仍未能收到服务器的回应，则运行   
Windows 2000的DHCP客户机将从169.254.0.0/16这个自动保留的私有IP地址（APIPA）中选用一个IP地址，而运行其他操作系统的DHCP   
客户机将无法获得IP地址。DHCP客户机仍然每隔5分钟重新广播一次，如果收到某个服务器的回应，则继续IP租用过程。

3.由于DHCP协议是初始化协议，更简单的说，就是让终端获取IP 地址的协议，既然终端连IP地址都没有，何以能够发出IP报文呢？

为了解决这个问题，DHCP报文的封装采取了如下措施：

1、首先链路层的封装必须是广播形式，即让在同一物理子网中的所有主机都能够收到这个报文。在Ethernet\_II格式的网络中，就是目标MAC为全1。

2、由于终端没有IP地址，IP头中的原IP规定填为全0。

3、当终端发出DHCP请求报文，它并不知道DHCP SERVER的IP地址，因此IP头中的目标IP填为子网广播IP——全1，以保证DHCP   
SERVER的IP协议栈不丢弃这个报文。

4、上面的措施保证了DHCP SERVER能够收到终端的请求报文，但仅凭链路层和IP层信息，DHCP   
SERVER无法区分出DHCP报文，因此终端发出的DHCP请求报文的UDP层中的原端口为68，目标端口DstPort为67。即DHCP   
SERVER通过知名端口号67来判断一个报文是否是DHCP报文。

4. DHCP协议的报文中主要数据格式详解

Boot record type为1时表示是Client的请求，为2时表示是Server的应答。

Hardware address typeClient 的网络硬件地址类型，1表示Client 的网络硬件是10MB的以太网类型

/Hardware address lengthClient 的网络硬件地址长度，6表示Client   
的网络硬件地址长度是6bytes（即以太网类型的6bytes的MAC地址）。

HOPS跳数，表示当前的DHCP报文经过的DHCP   
RELAY（中级）的数目，每经过一个DHCP中继，此字段就会加1，此字段的作用是限制DHCP报文不要经过太多的DHCP   
RELAY，协议规定，当“hops”大于4（现在也有规定为16）时，这个DHCP报文就不能再进行处理，而是丢弃。

Transaction   
id事务ID，Client每次发送DHCP请求报文时选择的随机数，用来匹配server的响应报文是对哪个请求报文的响应。Client会丢弃“ID”不匹配的响应报文。

Elapsed boot time秒数，用来表示client开始DHCP请求后的时间流逝秒数

flags标志，在 BOOTP中此字段是保留不用的，在DHCP协议中也只使用了其左边的最高位。

Client self-assigned IPaddress客户机IP地址

Client IP address server分配给client的IP地址

Next Server to use in bootstrap服务器IP地址

Relay AgentDHCP中继代理IP地址

Client hardware address客户机硬件地址MAC

Host name 服务器的主机名

Boot file nameClient 的启动配置文件名

Vendor Information   
tag选项字段，此字段中包含了大量可选的终端初始配置信息和网络配置信息，对于BOOTP协议，此字段为64bytes，对于DHCP协议，此字段为64---312   
bytes。其中最常用的选项列表如下：

Dhcp message typecode = 53， length = 1， value= 1-8，此字段表示DHCP报文类型

Router Ipcode = 3， length = IP地址长度， value=client的默认网关的 IP地址；

DNS Ipcode = 6， length = IP地址长度的倍数， value= client的DNS服务器的IP地址序列；

Wins Ipcode = 44， length = IP地址长度的倍数， value= client的WINS服务器的 IP地址序列；

Client idcode = 61， length = client的网络硬件地址的长度＋2， value=“htype”+“hlen”+   
client的网络硬件地址；

server idcode = 54， length = IP地址长度， value= DHCP SERVER的IP地址；

其中我们要注意Transaction ID＝CF04CD61和DHCP Message   
Type一项中type＝Discover，前一项表示会话ID，即DHCP Server发回的响应报文中该结构的数值要与发出去的DHCP   
Discover中的该结构数值一样，后一项说明DHCP报文类型为Discover类型报文。

2 DHCP SERVER回送DHCPOFFER报文

DHCPOFFER报文是单播而不是广播，报文明确给出了目标MAC和IP，这一点不同与一般的技术文章介绍。其实，DHCP   
SERVER给终端的响应报文是根据DHCP报文中的内容决定是广播还是单播，一般都是广播形式。通讯源端口是67，目标端口为68，客户端通过端口号   
68来判断一个报文是否是DHCP SERVER的响应报文，Transaction   
ID＝CF04CD61，表示这个报文是与图DHCP7中的DHCPDiscover报文相关的报文，因为二者标示一致。

从DHCP Server回应的DHCPOffer报文中我们还可以得到DHCP拟分配给客户端的初始配置信息和网络配置信息，其中

Client self-assigned IP address =0.0.0.0表示客户机还没有使用该地址

Client server-assigned IP address =10.177.124.73表示DHCP Server分配给该客户机的IP地址

Server IP ID=218.290.240它标示了客户机下一次发出DHCPRequest报文时，哪个DHCP Server会发出回应

DHCP Message Typee＝DHCP Offer表示这是一个对DHCPDiscover的回应报文

Request IP address lease time =6000 表示租期是100分钟

Domain Name Server=218.29.0.251域名服务器地址

Gateway address=10.177.124.254网关地址

Subnet mask=255.255.255.0 表示这个地址的网段是一个标准的C类地址网段

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。

用户发出DHCPREQUEST报文

客户以广播的方式发送DHCP Request信息包作为响应。注意其中的DHCP Message   
Type一项中type＝Request表示这是一个请求报文。

客户利用DHCP Request询问服务器其它的配置选项；

该信息包是以单播的方式发送的。当服务器接收到DHCP Request信息包时，它以一个DHCP   
Acknowledge信息作为响应，其内容同DHCPOFFER类似，并在“选项”字段中增加了IP地址使用租期选项。

宣告确认

CLIENT收到DHCPACK报文后（经过上面的处理后，有且只有一个DHCPACK报文），会检查DHCP   
SERVER分配给自己的IP地址是否能够使用，如在以太网类型的网络中，CLIENT会发出一个ARP请求来确定DHCP   
SERVER分配的IP地址是否已经被别人使用，如果可以使用，则CLIENT成功获得IP地址，并根据IP地址使用租期自动启动续延过程。

DHCP协议报文的种类

前面反复提到DHCP Message   
Type项，这里列出所有DHCP协议报文的种类。DHCP协议采用CLIENT-SERVER方式进行交互，其报文格式共有8种，具体含义如下：

1：DHCPDISCOVER（0x01），此为Client开始DHCP过程的第一个报文

2：DHCPOFFER（0x02），此为Server对DHCPDISCOVER报文的响应

3：DHCPREQUEST（0x03），此报文是Slient开始DHCP过程中对server的DHCPOFFER报文的回应，或者是client续延IP地址租期时发出的报文

4：DHCPDECLINE（0x04），当Client发现Server分配给它的IP地址无法使用，如IP地址冲突时，将发出此报文，通知Server禁止使用IP地址

5：DHCPACK（0x05），Server对Client的DHCPREQUEST报文的确认响应报文，Client收到此报文后，才真正获得了IP地址和相关的配置信息。

6：DHCPNAK（0x06），Server对Client的DHCPREQUEST报文的拒绝响应报文，Client收到此报文后，一般会重新开始新的DHCP过程。

7：DHCPRELEASE（0x07），Client主动释放server分配给它的IP地址的报文，当Server收到此报文后，就可以回收这个IP地址，能够分配给其他的Client。

8：DHCPINFORM（0x08），Client已经获得了IP地址，发送此报文，只是为了从DHCP   
SERVER处获取其他的一些网络配置信息，如route ip，DNS Ip等，这种报文的应用非常少见。

图DHCP14是一个运行IPCONFIG/RELEASE后释放IP的报文，从图中可以看出DHCP Message   
Type是7，他的作用是主动释放server分配给它的IP地址的报文，Server收到此报文后，就可以回收这个IP地址，能够分配给其他的 Client。

上面提到的都是在已经开机的情况下获得的报文，如果计算机重新启动，是不是完全按照文章提到的四步得到IP参数。

其中包含关机前获得的IP=192.168.0.22，这是不同与前面提到的10.177.124.X段的IP。原来客户机保留了上一次获得的地址，客户机在重新启动时，如果租用期未超过50%，它就会认为它已经知道该与哪台DHCP服务器进行联系，于是就跳过前两步，并发送另一个DhcpRequest   
报文给同一个服务器。如果该IP地址仍然可用的话，该DHCP服务器将给这台客户机返回另一个确认消息。同样，DHCP服务器上也会保留（在租用期内的）客户机的地址。如果你的DHCP服务器中的租用期设的足够长，你就会发现，重启一台客户机后，客户机总是得到同一个地址。这正是由于客户机、服务器能保存已分配地址所造成的。

如果一台客户机未从该DHCP服务器获取过地址，或者它获得的地址已过期，那么它将需要经过全部四个步骤才能得到一个IP地址