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文章目录

IP地址荷官——DHCP（动态主机配置协议）
- 前言
- 一、什么是DHCP？
- 二、DHCP的优势
- 三、DHCP的配置原理
- - DHCP分配的三种模式
  - DHCP地址池
  - DHCP配置特殊应用场景
- 四、DHCP工作原理
- - DHCP租约
  - 更新租约
  - 私有地址168.254.0.0/16
  - DHCP协议报文
  - - 1.客户端请求IP地址（Discover）
    - 2.服务器响应（offer）
    - 3.客户机选择IP地址（request）
- 小结

IP地址荷官——DHCP（动态主机配置协议）前言日常生活中，在我们上网的时候，都会需要一个IP地址，那这些IP地址是如何来的呢？目前我们知道的是静态IP地址和自动分配IP地址，那自动分配IP地址又是如何分配的呢？今天我们就来简单了解一下这位IP地址的荷官——DHCP动态主机配置协议。
一、什么是DHCP？ DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）：动态主机配置协议，是由Internet工作任务小组设计开发的，专门用于为TCP/IP网络中的计算机自动分配TCP/IP参数的协议，是一个应用层协议，使用UDP67和68端口。
DHCP的前身是BOOTP协议（BootstrapProtocol），BOOTP呗创建出来为链接到网络中的设备自动分配地址，后来被DHCP取代了，DHCP比BOOTP更加复杂，功能更强大。（如果使用wireshark抓包过滤协议是使用bootp而不是dhcp）
DHCP是典型的C/S模式：在网络中架设一台专用的DHCP服务器，负责集中分配各种网络地址参数（主要包括 IP地址、子网页码、默认网关地址、DNS服务器地址、广播地址），其他主机作为DHCP客户机，将网卡配置为自动获取地址，即可与DHCP服务器进行通信，完成自动配置过程。

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二、DHCP的优势由于上网时间的不确定性以及人员的技术水平不同，为每一位用户分配一个固定的IP地址，不仅造成了IP地址的浪费，也会为ISP服务商带来高额的维护成本，而使用DHCP服务则有以下好处：
1.减少管理员的工作量
2.避免输入错误的可能
3.避免IP地址的冲突
4.当网络更改IP地址段时，不需要再重新配置每个用户的IP地址
5.提高了IP地址的利用率
6.方便客户端的配置
DHCP服务避免了因手动设置IP地址所产生的的错误，同时也避免了把一个IP地址分配给多台工作站所造成的地址冲突。DHCP提供了安全、可靠且简单的TCP/IP网络设置，降低了配置IP地址的负担。
三、DHCP的配置原理 DHCP分配的三种模式
1.手动配置——static：静态配置，例：防火墙，打印机，门禁
2.自动分配——DHCP：使用完后释放该IP，供其它客户机使用
3.指定主机MAC地址分配DHCP：分配到一个IP地址后永久使用
DHCP地址池
地址池指的是DHCP服务器可以为客户端分配的所有IP地址的集合。除IP地址外，地址池内还可以配置租期、子网掩码、默认网关等网络参数。在DHCP服务器为客户端分配IP地址时，这些网络参数也一并分配给客户端。主要分配以下入网参数：
①IP地址/子网掩码/广播地址
②默认网关地址、DNS服务器地址
③PXE引导设置（TETP服务器地址、引导文件名）

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DHCP配置特殊应用场景
在某些环境中不一定只有一个DHCP，当client端比较多的时候，可能需要多台DHCP服务器来进行IP地址的分配或冗余，例如在公司环境中不同部门之间的子网

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如上图，其中不同子网的IP地址优先选择离自己近的DHCP服务器获取IP地址。
四、DHCP工作原理 DHCP租约
我们的设备获取到DHCP分配的IP地址后，并不是可以永久使用此地址，而是有一个使用期限，这个期限就是DHCP的租约，但是我们在日常使用中可以发现，即使我们的设备联网时间超过这个租约时间还是可以正常联网的，而且IP并没有改变，这是怎么回事呢？
实际上我们的设备获取到IP地址后，就会同时获取到租约的时长，在经过租约的“1/2时长”和“7/8时长”的时候就会联系DHCP服务器申请延续租约，一旦申请成功那么租约期限就会延长，如果经过两次申请却没有回应的话，那么设备就需要重新获取IP地址，如果没有获取到新IP地址就有可能会有断网的情况。
由于路由器需要对所有连接的设备的地址进行管理，DHCP的租约就有利于清理掉那些不再使用的IP以分配给新设备，所以在公共场合的路由器就可以将租约设置得更短一些，以便更快得清理不再使用得IP，而在家庭使用的情况下由于连接设备相对固定，不需要频繁更新IP地址，可以将租约设置得更长一些。
更新租约
当DHCP服务器向客户机出租的IP地址租期达到50%时，就需要更新租约。
客户机直接向提供租约的服务器发送DHCP request包，要求更新现有的地址租约。
私有地址168.254.0.0/16
为什么会获得169.254.0.0/16网段的地址？
一开始，DHCP客户机初始化TCP/IP,通过UDP端口67向网络中发送一个DHCP DISCOVER广播包，请求租用IP地址。任何接收到DHCP DISCOVER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DHCP OFFER广播包，提供一个IP地址。但是，DHCP客户机在发出IP租用请求的DHCP DISCOVER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1dows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协议报文
DHCP既然是动态主机配置协议，那相对应的协议就有报文，DHCP的报文如下图：