02 DHCP原理与配置

2.1 DHCP工作原理

1. 了解DHCP服务

2. 使用DHCP的好处

3. DHCP的分配方式

4. DHCP的租约过程

1. 客户机请求IP地址

2. 服务器响应

3. 客户机选择IP地址

4. 服务器确定租约

5. 重新登录

6. 更新租约

2.2 使用DHCP动态配置主机地址

2.2.1 配置DHCP服务器

1. 安装DHCP服务器软件

2. 建立主配置文件dhcpd.conf

1. /etc/dhcp/dhcpd.conf文件的配置构成

2. dhcpd服务的全局配置

3. subnet网段声明

4.host主机声明（可选）

3. 启动dhcpd服务

2.2.2 使用DHCP客户端

2.3 DHCP中继

1. DHCP中继原理

2. DHCP中继配置

2.1 DHCP工作原理

当局域网络中有大量的主机时，如果逐个为每一台主机手动设置IP地址、默认网关、DNS服务器地址等网络参数，显然是一个费力也未必讨好的办法。而 DHCP(Dynamic HostConfiguration Protocol，动态主机配置协议）服务器的应用，正好可以解决这一问题。

1. 了解DHCP服务

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。DHCP服务避免了因手动设置IP地址所产生的错误，同时也避免了把一个P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TCPIP网络设置，降低了配置IP地址的负担。DHCP的网络结构如图2.1所示。

2. 使用DHCP的好处

Internet是目前世界上用户最多的服务之一，有几十亿人在使用Internet。由于上网时间的不确定性以及使用人员的技术水平不同，为每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。

减少管理员的工作量。
避免输入错误的可能。
避免IP地址冲突。
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。
提高了IP地址的利用率。
方便客户端的配置。

3. DHCP的分配方式

DHCP的典型应用模式如下: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、子网掩码、广播地址、默认网关地址、DNS服务器地址)﹔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。

在DHCP的工作原理中，DHCP服务器提供了三种IP地址分配方式:自动分配(Automatic Allocation)、手动分配和动态分配（Dynamic Allocation）。

自动分配是当DHCP客户机第一次成功地从DHCP服务器获取到一个IP地址后，就永久地使用这个IP地址。
手动分配是由DHCP服务器管理员专门指定IP地址。
动态分配是当DHCP客户机第一次从DHCP服务器获取到IP地址后，并非永久地使用该地址，而是在每次使用完后，DHCP客户机就会释放这个IP地址，供其他客户机使用。

4. DHCP的租约过程

客户端从DHCP服务器获取IP地址的过程称之为DHCP租约过程，此过程主要分为以下四个步骤。

客户端在网络中搜索服务器;
服务器向客户端响应服务;
客户端向服务器发出服务请求;
服务器向客户端提供服务。

其中包含的具体过程如下所示:

1. 客户机请求IP地址

当一个 DHCP客户机启动时，客户机还没有IP地址，所以客户机要通过DHCP获取一个合法的地址。此时DHCP客户机以广播方式发送DHCP Discover '发现信息来寻找DHCP服务器，如图2.2所示。

2. 服务器响应

当DHCP服务器接收到来自客户机请求P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DHCP Offer消息。如图2.3所示。

3. 客户机选择IP地址

· DHCP客户机从接收到的第一个DHCP Offer消息中提取IP地址,发出P地址的DHCP服务器将该地址保留，这样该地址就不能再分配给另一个DHCP客户机。之后DHCP客户机会向服务器发送DHCP Request消息。如图2.4所示。

4. 服务器确定租约

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确认,该消息包含有IP地址的有效租约和其他可配置的信息。当客户机收到DHCP ACK消息时，它就配置了IP地址，完成TCP/IP的初始化。如图2.5所示。

5. 重新登录

DHCP客户机每次重新登录网络时，不需要再发送DHCP Discover信息，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCP Request请求信息。

6. 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。

2.2 使用DHCP动态配置主机地址

使用DHCP服务可以为大量客户机自动分配地址并提供集中管理，能够减轻管理和维护成本、提高网络配置效率。其中 DHCP服务可分配的地址信息主要包括:

网卡的IP地址、子网掩码;
对应的网络地址、广播地址;
默认网关地址;
DNS服务器地址;
……

2.2.1 配置DHCP服务器

1. 安装DHCP服务器软件

先执行"rpm -q dhcp"命令查看系统中是否已经安装dhcp软件包，如果没有安装，则只要挂载CentOS系统光盘，安装其中的dhcp-4.2.5-47.el7.centos.x86_64.rpm软件包即可，

安装dhcp软件包后系统将会自动复制相关程序，并添加名为dhcpd的系统服务。

2. 建立主配置文件dhcpd.conf

dhcpd服务的主配置文件是letcldhcpldhcpd.conf，但是该文件中默认不包含任何有效配置，需要管理员手动建立。这时管理员可以根据文件中的提示，参考配置文件范本建立新的dhcpd.conf文件。

1. /etc/dhcp/dhcpd.conf文件的配置构成

在主配置文件 dhcpd.conf 中，可以使用声明、参数、选项这三种类型的配置，各自的作用和表现形式如下所述。

声明:用来描述dhcpd服务器中对网络布局的划分，是网络设置的逻辑范围。较常见的声明是subnet、host，其中 subnet声明用来约束一个网段，host声明用来纳巿一台特定的主机。
参数:由配置关键字和对应的值组成，总是以":"(分号)结束，一般位于指定的声明范围之内，用来设置所在范围的运行特性（如默认租约时间、最大租约时间等)。
选项:由"option”引导，后面跟具体的配置关键字和对应的值，也是以"“;"结束，用于指定分配给客户机的各种地址参数(如默认网关地址、子网掩码、DNS服务器地址等）。

2. dhcpd服务的全局配置

为了使配置文件的结构更加清晰，全局配置通常会放在配置文件 dhcpd.conf的开头部分，可以是配置参数，也可以是配置选项。常用的全局配置参数和选项如下所述。

ddns-update-style，动态DNS更新模式。用来设置与 DHCP服务相关联的DNS数据动态更新模式。在实际的DHCP应用中很少用到该参数，将值设为"none"即可。
default-lease-time，默认租约时间。单位为秒，表示客户端可以从 DHCP服务器租用某个IP地址的默认时间。
max-lease-time，最大租约时间。单位为秒，表示允许 DHCP客户端请求的最大租约时间，当客户端未请求明确的租约时间时，服务器将采用默认租约时间。
option domain-name，默认搜索区域。为客户机指定解析主机名时的默认搜索域，该配置选项将体现在客户机的letc/resolv.conf 配置文件中，如“search benet.com”。
option domain-name-servers，DNS服务器地址。为客户机指定解析域名时使用的DNS服务器地址，该配置选项同样将体现在客户机的letc/resolv.conf配置文件中(如“nameserver 202.106.0.20")。需设置多个DNS服务器地址时，以逗号进行分隔。

例如，若需要为局域网搭建一台DHCP服务器，所有网段使用相同的租约时间，默认搜索域为bdqn.com，DNS服务器地址为202.106.0.20和202.106.148.1，则可以修改dhcpd.conf 配置文件，参考以下操作调整全局配置。

3. subnet网段声明

一台DHCP服务器可以为多个网段提供服务，因此 subnet网段声明必须有而且可以有多个。例如，若要DHCP服务器为192.168.4.0/24网段提供服务，用于自动分配的IP地址范围为192.168.4.128~192.168.4.254，为客户机指定默认网关地址为192.168.4.1，则可以修改dhcpd.conf配置文件，参考以下内容调整subnet网段声明。

4.host主机声明（可选）

host声明用于设置单个主机的网络属性，通常用于为网络打印机或个别服务器分配固定的IP地址（保留地址)，这些主机的共同特点是要求每次获取的IP地址相同，以确保服务的稳定性。

host声明通过host关键字指定需要使用保留地址的客户机名称，并使用""hardwareethernet"参数指定该主机的MAC地址，使用"fixed-address"参数指定保留给该主机的IP地址。例如，若要为打印机 prtsvr (MAC地址为00:c0:c3:22:46:81）分配固定的I旧地址192.168.4.100，可以修改dhcpd.conf 配置文件，参考以下内容在网段声明内添加 host主机声明。

3. 启动dhcpd服务

在启动dhcpd服务之前，应确认提供 DHCP服务器的网络接口具有静态指定的固定IP地址，并且至少有一个网络接口的IP地址与DHCP服务器中的一个subnet网段相对应，否则将无法正常启动dhcpd服务。例如，DHCP服务器的I地址为192.168.4.11，用于为网段192.168.4.0/24内的其他客户机提供自动分配地址服务。

安装dhcp软件包以后，对应的系统服务脚本位于/usr/lib/systemd/system/dhcpd.service,可以使用systemd服务进行控制。

例如：执行以下操作可以启动dhcpd服务，并检查UDP的67端口是否在监听，以确认DHCP服务器是否正常。

需要关闭、重启 dhcpd服务时，只要将上述操作命令中的"start"改为"stop"或"restart"即可。如果 dhcpd服务启动失败，可以检查日志文件/varllog/messages末尾的错误提示信息，并根据提示进行排错。

2.2.2 使用DHCP客户端

当局域网内有可用的DHCP服务器时，在 Linux'客户机中可以设置使用DHCP的方式获取地址。只需要编辑对应网卡的配置文件，修改或添加"BOOTPROTO=dhcp"配置行，并重新加载配置文件或者重新启动network服务即可。例如，执行以下操作可修改网卡配置文件，并重新加载配置以通过DHCP方式自动获取地址。

在Linux'客户机中,还可以使用dhclient工具来测试DHCP服务器。若直接执行“dhclient"命令，则 dhclient将尝试为除回环接口lo以外的所有网络接口通过DHCP方式申请新的地址，然后自动转入后台继续运行。当然，测试时可以指定一个具体的网络接口，并结合"-d"选项使其在前台运行，测试完毕后按Ctrl+C组合键终止。例如，执行"dhclient -d ens33"命令后，可以为网卡 ens33自动获取新的IP地址，并显示获取过程。