DHCP协议的功能与工作过程是什么？

DHCP是DynamicHostConfigurationProtocol(动态主机分配协议)缩写，它的前身是BOOTP。BOOTP原本是用于无磁盘主机连接的网络上面的：网络主机使用BOOTROM而不是磁盘起动并连接上网络，BOOTP则可以自动地为那些主机设定TCP/IP环境。但BOOTP有一个缺点：您在设定前须事先获得客户端的硬件地址，而且，与IP的对应是静态的。换而言之，BOOTP非常缺乏"动态性"，若在有限的IP资源环境中，BOOTP的一对一对应会造成非常可观的浪费。DHCP可以说是BOOTP的增强版本，它分为两个部份：一个是服务器端，而另一个是客户端。所有的IP网络设定数据都由DHCP服务器集中管理，并负责处理客户端的DHCP要求；而客户端则会使用从服务器分配下来的IP环境数据。比较起BOOTP，DHCP透过"租约"的概念，有效且动态的分配客户端的TCP/IP设定，而且，作为兼容考虑，DHCP也完全照顾了BOOTPClient的需求。DHCP的分配形式首先，必须至少有一台DHCP工作在网络上面，它会监听网络的DHCP请求，并与客户端磋商TCP/IP的设定环境。它提供三种IP定位方式：
ManualAllocation
网络管理员为某些少数特定的Host绑定固定IP地址，且地址不会过期
AutomaticAllocation
自动分配，其情形是：一旦DHCP客户端第一次成功的从DHCP服务器端租用到IP地址之后，就永远使用这个地址。
DynamicAllocation
动态分配，当DHCP第一次从DHCP服务器端租用到IP地址之后，并非永久的使用该地址，只要租约到期，客户端就得释放(release)这个IP地址，以给其它工作站使用。当然，客户端可以比其它主机更优先的更新(renew)租约，或是租用其它的IP地址。动态分配显然比自动分配更加灵活，尤其是当您的实际IP地址不足的时候，例如：您是一家ISP，只能提供200个IP地址用来给拨接客户，但并不意味着您的客户最多只能有200个。因为要知道，您的客户们不可能全部同一时间上网的，除了他们各自的DHCP的工作原理根据客户端是否第一次登录网络，DHCP的工作形式会有所不同。第一次登录的时候：
寻找Server。当DHCP客户端第一次登录网络的时候，也就是客户发现本机上没有任何IP数据设定，它会向网络发出一个DHCPDISCOVER封包。因为客户端还不知道自己属于哪一个网络，所以封包的来源地址会为0000，而目的地址则为255255255255，然后再附上DHCPdiscover的信息，向网络进行广播。在Windows的预设情形下，DHCPdiscover的等待时间预设为1秒，也就是当客户端将第一个DHCPdiscover封包送出去之后，在1秒之内没有得到响应的话，就会进行第二次DHCPdiscover广播。若一直得不到响应的情况下，客户端一共会有四次DHCPdiscover广播(包括第一次在内)，除了第一次会等待1秒之外，其余三次的等待时间分别是9、13、16秒。如果都没有得到DHCP服务器的响应，客户端则会显示错误信息，宣告DHCPdiscover的失败。之后，基于使用者的选择，系统会继续在5分钟之后再重复一次DHCPdiscover的过程。
提供IP租用地址。当DHCP服务器监听到客户端发出的DHCPdiscover广播后，它会从那些还没有租出的地址范围内，选择最前面的空置IP，连同其它TCP/IP设定，响应给客户端一个DHCPOFFER封包。由于客户端在开始的时候还没有IP地址，所以在其DHCPdiscover封包内会带有其MAC地址信息，并且有一个XID编号来辨别该封包，DHCP服务器响应的DHCPoffer封包则会根据这些资料传递给要求租约的客户。根据服务器端的设定，DHCPoffer封包会包含一个租约期限的信息。
接受IP租约。如果客户端收到网络上多台DHCP服务器的响应，只会挑选其中一个DHCPoffer而已(通常是最先抵达的那个)，并且会向网络发送一个DHCPrequest广播封包，告诉所有DHCP服务器它将指定接受哪一台服务器提供

客户端从DHCP服务器获得IP地址的过程叫做DHCP的租约过程。
IP地址的有效使用时间段称为租用期，租用期满之前，客户端必须向DHCP服务器请求继续租用。服务器接受请求后才能继续使用，否则无条件放弃。
默认情况下，路由器隔离广播包，不会将收到的广播包从一个子网发送到另一个子网。当DHCP服务器和客户端不在同一个子网时，充当客户端默认网关的路由器将广播包发送到DHCP服务器所在的子网，这一功能就称为DHCP中继（DHCP Relay）。
DHCP在工作过程中涉及到的报文种类及其作用如下：
1、DHCP DISCOVER：客户端开始DHCP过程的第一个报文，是请求IP地址和其它配置参数的广播报文。
2、DHCP OFFER：服务器对DHCP DISCOVER报文的响应，是包含有效IP地址及配置的单播（或广播）报文。
3、DHCP REQUEST：客户端对DHCP OFFER报文的响应，表示接受相关配置。客户端续延IP地址租期时也会发出该报文。
4、DHCP DECLINE：当客户端发现服务器分配的IP地址无法使用（如IP地址冲突时），将发出此报文，通知服务器禁止使用该IP地址。
5、DHCP ACK ：服务器对客户端的DHCP REQUEST报文的确认响应报文。客户端收到此报文后，才真正获得了IP地址和相关的配置信息。
6、DHCP NAK：服务器对客户端的DHCP REQUEST报文的拒绝响应报文。客户端收到此报文后，会重新开始新的DHCP过程。
7、DHCP RELEASE：客户端主动释放服务器分配的IP地址。当服务器收到此报文后，则回收该IP地址，并可以将其分配给其它的客户端。
8、DHCP INFORM：客户端获得IP地址后，发送此报文请求获取服务器的其它一些网络配置信息，如DNS等。
DHCP服务器向DHCP客户端出租的IP地址一般都有一个租借期限，期满后DHCP服务器便会收回出租的IP地址。为了能继续使用原先的IP地址，DHCP客户端会向DHCP服务器发送续租的请求。
续租的工作流程描述如下：
1、在使用租期过去50%时刻处， 客户端向服务器发送单播DHCP REQUEST报文续延租期。
2、如果收到服务器的DHCP ACK报文，则租期相应向前延长，续租成功。如果没有收到DHCP ACK报文，则客户端继续使用这个IP地址。在使用租期过去875%时刻处，向服务器发送广播DHCP REQUEST报文续延租期。
3、如果收到服务器的DHCP ACK报文，则租期相应向前延长，续租成功。如果没有收到DHCP ACK报文，则客户端继续使用这个IP地址。在使用租期到期时，客户端自动放弃使用这个IP地址，并开始新的DHCP过程。

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