DHCP原理

1.DHCP简介
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一个工作在应用层的局域网网络协议，数据传输时使用UDP不可靠传输协议工作，通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配网络资源，使网络环境中的主机能动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址、启动引导文件等信息，并能够提升地址的使用率
2.DHCP工作原理（租约四部曲+续租）

2.1DHCP客户端进行IP请求
当一个DHCP客户机启动时，会自动将自己的IP地址配置成0.0.0.0，由于使用0.0.0.0不能进行正常通信，所以客户机就必须通过DHCP服务器来获取一个合法的地址。由于客户机不知道DHCP服务器的IP地址，所以它使用0.0.0.0的地址作为源地址，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP 67端口作为目的端口来广播请求IP地址信息。广播信息DHCP Discover中包含了DHCP客户机的MAC地址和计算机名，以便使DHCP服务器能确定是哪个客户机发送的请求。
2.2 DHCP服务器响应请求[先查资源池有没有资源，没有直接到最后一步]
当DHCP服务器接收到客户机请求IP地址的信息时，它就在自己的IP地址池中查找是否有合法的IP地址提供给客户机。如果有，DHCP服务器就将此IP地址做上标记，加入到DHCP OFFER的消息中，然后DHCP服务器就广播一则包括下列信息的DHCP OFFER消息：
DHCP客户机的MAC地址；DHCP服务器提供的合法IP地址；子网掩码；默认网关（路由）；租约的期限；DHCP服务器的IP地址-MAC。
因为DHCP客户机还没有IP地址，所以DHCP服务器使用自己的IP地址作为源地址，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP 68端口作为源端口来广播DHCP OFFER信息
2.3 DHCP客户机选择IP
DHCP客户机从接收到的第一个DHCP OFFER消息中选择IP地址，发出IP地址的DHCP服务器将该地址保留，这样该地址就不能提供给另一个DHCP客户机。当客户机从第一个DHCP服务器接收DHCP OFFER并选择IP地址后，DHCP租约的第三过程发生。客户机将DHCP REQUEST消息广播到所有的DHCP服务器，表明它接受提供的内容。DHCP REQUEST消息包括为该客户机提供IP配置的服务器的服务标识符（IP地址）。DHCP服务器查看服务器标识符字段，以确定它自己是否被选择为指定的客户机提供IP地址，如果那些DHCP OFFER被拒绝，则DHCP服务器会取消提供并保留其IP地址以用于下一个IP租约请求。
在客户机选择IP的过程中，虽然客户机选择了IP地址，但是还没有配置IP地址，而在一个网络中可能有几个DHCP服务器，所以客户机仍然使用0.0.0.0的地址作为源地址，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP 67端口作为目的端口来广播DHCP REQUEST信息
2.4DHCP服务器确认租约
服务器确认租约：DHCP ACK
DHCP服务器接收到DHCP REQUEST消息后，以DHCPACK消息的形式向客户机广播成功的确认，该消息包含有IP地址的有效租约和其他可能配置的信息。虽然服务器确认了客户机的租约请求，但是客户机还没有收到服务器的DHCPACK消息，所以服务器仍然使用自己的IP地址作为源地址，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP 68端口作为源端口来广播DHCP ACK信息。当客户机收到DHCP ACK消息时，它就配置了IP地址，完成了TCP/IP的初始化。
服务器拒绝租约：DHCP NACK（DHCP NAK）【也可能反应超时，资源释放了，已经被别人租了】
如果DHCP REQUEST不成功，例如客户机试图租约先前的IP地址，但该IP地址不再可用，或者因为客户机移到其他子网，该IP无效时，DHCP服务器将广播否定确认消息DHCP NACK。当客户机接收到不成功的确认时，它将重新开始DHCP租约过程。
注1：如果DHCP客户机无法找到DHCP服务器，它将从TCP/IP的B类网段169.254.0.0/16中挑选一个IP地址作为自己的IP地址，继续每隔5分钟尝试与DHCP服务器进行通讯，一旦与DHCP服务器取得联系，则客户机放弃自动配置的IP地址，而使用DHCP服务器分配的IP地址。
注2：DHCP客户机收到DHCP服务器回应的ACK报文后，通过地址冲突检测（arp）发现服务器分配的地址冲突或者由于其他原因导致不能使用，则发送DECLINE报文，通知服务器所分配的IP地址不可用
2.5 DHCP客户机续租

DHCP客户机会在租期过去50%的时候，直接向为其提供IP地址的DHCP服务器发送DHCP REQUEST消息包。如果客户机接收到该服务器回应的DHCP ACK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。如果没有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%。
如果在租期过去50%的时候没有更新，则DHCP客户机将在租期过去87.5%的时候再次向为其提供IP地址的DHCP服务器联系。如果还不成功，到租约的100%时候，DHCP客户机必须放弃这个IP地址，重新申请。如果此时无DHCP服务器可用，DHCP客户机会使用169.254.0.0/16中随机的一个地址，并且每隔5分钟再进行尝试。

关于租约的时间：

默认租约：600s #续租是按照默认租约的50% 87.5%
最大租约：7200s #续租失败时，最多一共能用多久，到时间后，客户端主动释放掉所使用的的IP资源

DHCP的整体流程类似于找房：

1.DHCP客户端进行IP请求
我（客户端）没有地方住（IP资源），会在当前所在区域（局域网）内广播这个需求（数据包）
内容：我是谁（MAC），谁是房东（DHCP服务器）
2.局域网内DHCP服务器响应请求
不是房东，没资源给你（非DHCP机器，直接丢弃数据包）
我有房，先看有没有一个合适的房，⑴有，记下这是要留给你的，并把房的地址（ip）和我是哪个房东（mac地址和IP地址）通过广播发给你（mac）；⑵没有，直接拒绝请求，让他重新找
【⑴是DHCP机器，接收数据包，先记录下MAC地址；去IP资源池中找一个未分配的IP地址，坐上标记，然后回复客户端；⑵是DHCP机器，但IP资源耗尽，直接拒绝客户端请求（NAK），客户端从头开始广播找】
内容：服务器的IP和MAC地址，要租给你的IP地址，此数据包是发送给哪个客户端的（MAC）
3.局域网内DHCP客户机选择IP
我把房租给你，因为你还没IP，没法准确发你，所以依然广播找你，所有人都没接到，除你以外的客户直接忽略了此消息，你把消息接收下来
【所有的机器都能收到，其中MAC匹配的：接收下来 MAC不匹配的：丢弃数据包】
我的需求可能好几个房东都收到了，都有资源要发给我，针对此我认为先给我回的，他的房源更近或者租给我的意愿更强，其他后回复的我就都拒绝了
【MAC匹配： 选择第一个回复的DHCP数据包，剩余的都拒绝掉，第一个反馈的DHCP服务器沟通的速度更快（带宽更大或者传输线更粗等）或者质量更好】
确认的回执：
通过广播发送 我是谁，我要租谁家的房，具体是哪个房，同时告诉所有人已经租到房了，不再寻找房源了
【内容：我是谁（MAC），这个数据包是发送给哪个DHCP服务器（服务器IP和MAC），我要租你给我的IP】
广播：告诉所有人已经租到IP地址，不需要了
4.DHCP服务器确认租约【服务器端收到确认数据包之后】
拒绝掉的房东们，把给你留的房取消，转而租给其他有需要的客户
【被拒绝的服务器：释放掉自己的标记IP，转而租给其他人】
接收的房东：和你签合同，交代房子地址（IP地址），水卡，电卡以及房子钥匙等（子网掩码，DNS，网关），写明租你多长时间（租约）
【接收的服务器：拟定一份租约合同：IP网络资源（网关、DNS）、租约（7200s）】

 

注意：

⑴如何知道客户机从哪个DNS Server获得ip地址？
windows中直接查看网络链接详细信息，有个dhcp服务器，可以看到服务器的ip地址。
linux下客户端的租约文件在/var/lib/dhclient/dhclient.leases
服务器端的租约文件在/var/lib/dhcpd/dhcpd.leases
⑵为何客户机在获得一个ip后，释放再获得ip时会获得以前使用的ip？
客户机内有一个租约文件存放自己曾经获得的ip地址，服务器端也有一个租约文件存放了自己已经分配的ip以及其对应的主机mac。