DHCP工作流程

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一个局域网的网络协议，被广泛用来动态分配网络资源。本文介绍几种常见的DHCP工作流程：新用户的租约生成、客户端的续租、客户端的重启以及客户端的地址释放。

发布时间：2022-12-07
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1 DHCP概述

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，被广泛用来动态分配网络资源，如IP地址、地址租期、默认网关以及DNS服务器等。

若采用静态配置主机的IP地址，需要考虑主机所处的物理位置，网络管理员进行手动指定用户的IP地址，人力成本较大。应用DHCP的方式则只需要在服务器上进行统一配置，可以实现集中化管理，简化配置。因此，在实际应用中，DHCP得到广泛运用。

2 DHCP工作流程

DHCP采用客户端/服务器工作模式。DHCP客户端通过向DHCP服务器发送请求获取网络参数，DHCP服务器负责处理客户端的DHCP请求，分配网络资源，并集中管理所分配的网络参数。常见的DHCP流程有4种，分别是新用户的租约生成过程、客户端的续租过程、客户端的重启接入过程以及客户端地址释放过程。接下来本文将详细介绍这4种DHCP流程。

2.1 DHCP客户端租约

图2-1 DHCP租约生成过程

当新用户接入网络，可通过DHCP方式动态获取IP地址和其他网络参数。DHCP客户端通过向DHCP服务器发送请求来获取IP地址和其他配置信息。DHCP服务器负责响应客户端的DHCP请求，以“租约”的形式动态分配IP地址和其他网络资源。如图2-1所示，具体的DHCP租约生成过程如下：

(1) DHCP客户端发送DISCOVER广播包在网络上寻找可用的DHCP服务器。

(2) 所有接收到客户端DISCOVER数据包的DHCP服务器均会给出响应，从地址池中挑选一个尚未分配的IP地址，向DHCP客户端以单播/广播方式回应OFFER数据包（依据DISCOVER报文中flags字段决定是单播回应还是广播回应）。OFFER数据包中包含IP地址、地址租期以及域名信息等。

(3) DHCP客户端可能会接收到多个DHCP服务器的OFFER报文，但客户端通常只接受接收到的第一个OFFER报文，然后发送REQUEST广播包。DHCP客户端发送REQUEST采用广播包，是为了通知其它所有发送OFFER数据包的DHCP服务器释放已经预分配给该客户端的IP地址。客户端在发送的REQUEST数据包中会加入选中的DHCP服务器IP地址和需要的IP地址，正式向服务器请求分配已提供的IP地址。

(4) DHCP服务器收到REQUEST报文后，判断数据包中服务器的IP地址是否与自己的地址相同。如果不相同，则丢弃数据包；如果相同，DHCP服务器就会处理REQUEST报文并向DHCP客户端响应一个ACK确认报文，同样依据REQUEST报文中flags字段决定是单播回应还是广播回应。至此，客户端可获得一个IP地址。

需要注意的是，当DHCP客户端接收到ACK确认报文时，所分配到的IP地址不能立即使用。客户端需要进行地址冲突检测，检测网络上是否有其他主机也使用了该地址。如果不冲突，DHCP客户端才使用此地址。如果客户端发现IP地址发生冲突，会通过发送DHCP DECLINE消息来通知服务器，一段时间后会重新向服务器申请地址。

2.2 DHCP客户端续租

图2-2 DHCP客户端续租过程

DHCP服务器分配给客户端的动态IP地址通常有一定的租借期限，期满后服务器会收回该IP地址。如果DHCP客户端希望继续使用该IP地址，就需要进行地址续租。如图2-2所示，具体的DHCP续租流程如下：

(1) 在租期到达一半（即T1）时，DHCP客户端会自动向DHCP服务器单播发送DHCP REQUEST报文，以请求IP租约的更新。如果此IP地址有效，则DHCP服务器回应DHCP ACK报文，通知DHCP客户端已经获得新IP租约。

(2) 如果在T1时进行的续租操作失败（例如DHCP服务器未响应），DHCP客户端会在租期达到7/8（即T2）时，进行广播发送DHCP REQUEST报文再次进行续约。DHCP服务器的处理方式同上。

2.3 DHCP客户端重启

图2-3 DHCP客户端重启过程（一）

图2-4 DHCP客户端重启过程（二）

当DHCP客户端进行重启，再次登录网络时，如图2-3、图2-4所示，具体的DHCP客户端重启流程如下：

(1) DHCP客户端广播发送DHCP REQUEST报文进行地址请求，该报文里携带上次服务器分配给它的IP地址，而不需要再次发送DHCP DISCOVER报文重新进行完整的四步租约生成过程。

(2) DHCP服务器收到DHCP REQUEST报文后，如果客户端申请的地址没有被分配，则返回DHCP ACK确认报文，通知该DHCP客户端继续使用原来的IP地址，如图2-3所示。

如果该IP地址已被分配给其他客户端使用，DHCP服务器将返回DHCP NAK报文，如图2-4所示。客户端收到DHCP NAK报文后，将发送DHCP DISCOVER报文，重新进行租约生成（如图2-1），请求新的IP地址。

2.4 DHCP客户端地址释放

图2-5 DHCP客户端地址释放过程

当DHCP客户端不需要DHCP服务器分配的IP地址时，可以主动释放，如图2-5所示，具体的DHCP客户端地址释放流程如下：

(1) DHCP客户端向DHCP服务器发送DHCP RELEASE报文，通知DHCP服务器释放该IP地址的租约。

(2) DHCP服务器收到DHCP RELEASE报文后，向客户端回应一个DHCP ACK确认报文，并回收该IP地址。DHCP服务器会暂时保留该DHCP客户端的配置信息，以便该DHCP客户端重新申请地址时，重用这些参数。

3 结论

DHCP通过地址租用的形式，提高了IP地址的使用率。此外，采用DHCP方式进行动态分配网络参数，可降低网络接入成本，简化配置任务，同时可实现集中化的管理。因此，DHCP技术在实际网络建设中被广泛使用。本文对DHCP常见的几种工作流程进行了详细的介绍，希望帮助读者更好地了解DHCP。

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