Linux 中的 DHCP 原理

DHCP原理

DHCP租约四部曲

A：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UDP68端口作为源端口，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP67端口作为目的端口来广播请求IP地址信息。广播信息中包含了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。

B：服务器响应

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DHCPOFFER的消息中，然后DHCP服务器就广播一则包括下列信息的DHCPOFFER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。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UDP67端口作为源端口，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP68端口作为目的端口来广播DHCPOFFER信息。

C：客户机选择IP

DHCP客户机从接收到的第一个DHCPOFFER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DHCPOFFER并选择IP地址后，DHCP租约的第三过程发生。客户机将DHCPREQUEST消息广播到所有的DHCP服务器，表明它接受提供的内容。DHCPREQUEST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DHCPOFFER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UDP68端口作为源端口，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP67端口作为目的端口来广播DHCPREQUEST信息。

D：服务器确认租约

DHCP服务器接收到DHCPREQUEST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UDP67端口作为源端口，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP68端口作为目的端口来广播DHCPACK信息。当客户机收到DHCPACK消息时，它就配置了IP地址，完成了TCP/IP的初始化。

服务器确认租约：DHCPNACK（DHCPNAK）

如果DHCPREQUEST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DHCPNACK。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。

DHCP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75%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。