HCNA Routing&Switching之DHCP服務

• 2021 年 8 月 16 日
• 筆記
• DHCP, DHCP地址池, DHCP工作流程, DHCP報文類型, DHCP報文結構, DHCP租期更新, DHCP配置命令, DHCP重綁定, HCNA Routing&Switching

　　前文我們了解了STP的埠狀態、計時器以及埠狀態切換和網路拓撲變化相關話題，回顧請參考//www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/15140672.html；今天我們來聊一下DHCP相關話題；

　　DHCP（Dynamic Host Configure Protocol，動態主機配置協議）是應用層協議，使用UDP封裝，服務端工作在UDP的67號埠，客戶端工作在68號埠；它是BOOTP（Bootstrap Protocol）協議發展而來；主要作用是動態分配TCP/IP資訊（ip地址，子網掩碼，網關，DNS等等），分配出去的資訊是由一個時間使用期限，這個期限我們叫租期；我們知道在大型網路環境中，會有大量的主機和設備需要獲取ip地址等網路參數；如果採用手工配置，工作量大且容易出錯，導致ip地址衝突；使用DHCP來分配ip地址等網路參數，可以極大減少網路管理員的工作量，同時也用戶手動配置網路參數時導致的ip地址衝突等問題；

　　提示：主機A和主機B要動態獲取ip地址等網路參數，首先它會向dhcp伺服器發送ip地址分配的請求，服務收到請求，就分配ip地址，然後對應主機就會收到對應的ip地址等網路參數；

　　DHCP系統組成

　　提示：DHCP Client （客戶端） ，需要動態獲取ip地址的主機；DHCP Server（伺服器）是能提供DHCP功能的伺服器或網路設備；DHCP Relay （中繼），一般為路由器或三層交換機等網路設備，中繼設備的主要作用是arp代理和dhcp資訊轉發；

　　DHCP報文結構 

　　先來看一個實驗，如下拓撲主機A和主機B分別使用DHCP動態獲取ip地址資訊，我們抓包看看對應數據包長什麼樣？

　　配置s1

sys
sys s1
vlan batch 10 20
int eth0/0/1
p l a 
p d v 10
int eth0/0/2
p l a
p d v 20
int eth0/0/3
p l t
p t a v 10 20

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　　配置s2

sys
sys s2
vlan batch 10 20
dhcp en
int g0/0/1
p l t
p t a v 10 20 
int vlanif 10
ip add 192.168.10.254 24
dhcp select interface
int vlanif 20
ip add 192.168.20.254 24
dhcp select interface

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　　在pc1上開啟dhcp，並在pc1上抓包

　　提示：可以看到在pc1開啟dhcp以後，對應在pc上就能抓到4個DHCP的包；從上面的抓包資訊可以看到，在pc1啟動dhcp客戶端時，首先它會發送DHCP discover包，該包的員源ip是0.0.0.0（原因是pc1目前沒有ip地址）源埠是68，目標ip是255.255.255.255（全網廣播），目標埠是67；這種類型的DHCP包主要作用是尋找DHCP服務端；如果有DHCP服務端收到此類消息，那麼DHCP服務端會向該客戶端發送DHCP offer類型的包，該包主要作用就是給客戶端ip地址等網路參數資訊；隨後，客戶端收到服務端的offer以後，又會廣播發送dchp request類型的包，該類型包的主要作用是告訴其他服務端（可能不止一個服務端）有服務端給我發offer，你們發的offer我就不要了；除此之外，也告訴發offer服務端，我就要使用這個ip地址等網路資訊；最後當服務端收到客戶端發送的廣播dhcp request包以後，服務端發送ACK，意思就是告訴客戶端，服務端已經知曉這個事情，你把地址拿去使用吧；

　　DHCP報文類型

　　DHCP工作流程

　　提示：首先客戶端發送DHCP discover類型的包，作用就是尋找DHCP服務端；如果有服務端響應客戶端，此時服務端就會發送DHCPoffer類型的包，就是告訴客戶端，我是DHCP服務端，我這裡有ip地址等等資訊；如果沒有服務端響應客戶端，則客戶端會一直發送DHCP discover類型的包；當服務端響應客戶端並發送DHCP offer 以後，對應客戶端收到服務端發送的offer，此時客戶端會發送DHCP request類型的包，其目的是告訴其他dhcp服務端，有服務端給我發offer，你們就不要再發送offer給我了；其次就是告訴服務端，我要用這個ip地址等網路資訊；如果其他dhcp服務端收到此類消息，一看報文里的dhcp server identifier 不是自己的ip地址，此時該服務端就不會再回應客戶端；只有報文里的dhcp server identifier 是自己ip地址的服務端會發送ack，表示確認客戶端資訊；

　　DHCP租期更新

　　提示：DHCP動態獲取的IP 地址等網路資訊是有租期的，華為默認是1天；這個租期還剩下50%時，客戶端會想服務端請求續租；如果服務端收到，此時服務端就會恢復一個ack，表示同意續租；此後，該客戶端的租期就會向後延續對應租期的一半；

　　實驗：如下拓撲，我們把上述拓撲橋接在物理迴環網卡上，然後把對應dhcp服務端租期修改為1分鐘，在雲上抓包，看看對應續租的過程

　　橋接cloud1到本地loop網卡

　　把s1的eth0/0/4口加入到vlan 20里

　　修改DHCP服務端的租期為1分鐘

　　提示：租期最小單位是分鐘，如果租期是day 0 hour 0 minute 0 表示無限期；

　　驗證：查看loop網卡的是否獲取到ip地址，看看租期是多少？

　　提示：可以看到對應物理loop網卡獲取到對應的ip地址，並且租期也是一分鐘；

　　在雲上抓包

　　提示：可以看到在雲上抓包，可以抓到很多dhcp requset和ack的包；這些包就是客戶端向服務端申請續租的報文，每當租期還剩下租期的一半時，客戶端就會向服務端發起續租請求，只有服務端回復確認ack，對應租期又會往後延期租期的一半；

　　驗證：再次查看loop網卡的租期情況

　　提示：可以看到經過一段時間以後，租期結束時間從14：26：11變成了14：31：12，這意味著客戶端續租了的；

　　DHCP重綁定

　　提示：如果在租期還剩下50%時，客戶端向服務端發送續租請求，如果服務端沒有響應，此時對於客戶端來說，它的ip地址等網路資訊還是可以正常使用的；如果租期還剩下租期的1/8時，如果此時還是沒有服務端響應，此時客戶端就會申請重新綁定ip地址；重新綁定ip地址，客戶端又會發送dhcp discover報文，和最開始的流程一樣；

　　IP地址釋放

　　提示：如果ip租約到期前都沒有服務端響應客戶端的續租請求，客戶端會停止使用此ip地址；如果DHCP客戶端不再使用分配的ip地址，也可以主動向DHCP服務端發送DHCP RELEASE報文，告訴服務端釋放該ip地址；這裡注意一點主動釋放ip地址是客戶端告知服務端，讓服務端做好記錄對於ip地址已經釋放，可再分配給其他客戶端；服務端並不會發送什麼報文給客戶端；

　　DHCP地址池（Pool）

　　什麼是地址池？所謂地址池就是所有能分配地址的集合；在DHCP中我們可以建立地址池，讓DHCP客戶端，在地址池中獲取任意ip地址進行使用；

　　提示：介面地址池的優先順序高於全局地址池；默認介面地址池會把對應介面地址當作網關資訊發送給客戶端；全局地址池一般用於對應網關不是自己介面地址的場景，比如專用的DHCP伺服器；

　　DHCP配置命令

　　1、全局開啟dhcp功能

[s2]dhcp en
Info: The operation may take a few seconds. Please wait for a moment.done.
[s2]

　　2、關聯介面和介面地址池

　　提示：DHCP必須在三層介面上關聯地址池；

　　3、配置介面地址池的DNS伺服器地址

　　提示：dns可以是多個；

　　4、配置介面地址池的租期，默認1天

　　提示：租期最小時長單位為秒；配置永不過期就是0天0小時0秒；

　　5、配置介面地址池的排除地址範圍

　　提示：如果要排除一個範圍的ip地址，必須前邊開始地址小於後面結束地址；該命令可以運行多次，如果排除單個ip地址，直接後面接ip地址即可；

　　6、創建全局地址池

　　7、配置全局地址池的可分配的網段地址

　　8、配置全局地址池的網關地址

　　9、配置全局地址池的DNS伺服器地址

　　10、配置全局地址池下的租期，默認1天

　　11、配置全局地址池下的排除地址範圍

　　12、關聯介面和全局地址池

　　提示：對應三層介面必須要有一個同dhcp分配地址里同網段的地址；否則對應三層介面起不來；

　　13、查看地址池的屬性

　　提示：該命令用於查看一個設備上的所有地址池資訊，不區分介面地址池和全局地址池；

　　14、查看指定介面地址池資訊

　　查看指定全局地址池資訊

　　提示：不管是查看介面地址池還是全局地址池，後面都可以跟過濾條件，如下

　　提示：如果後面接一個ip地址，是用於查詢對應地址所屬地址池相關資訊；all表示顯示對應地址池所有ip地址分配情況；expired用於過濾過期的ip地址，used用於過濾已經使用的ip地址；conflict用於過濾衝突的ip地址；

　　15、在介面地址池下靜態綁定ip地址

　　提示：後面的mac地址必須是4位一組；這樣綁定以後，對應mac地址的設備來拿ip，此時就會把對於ip地址分配出去況且沒有租期限制；

　　16、在全局地址池下靜態綁定ip地址