DHCP服务器的工作原理

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。

DHCP是Dynamic Host Configuration Protocol之缩写，它的前身是BOOTP。是基于C/S模式的，它提供了一种动态指定IP地址和配置参数的机制。这主要用于大型网络环境和配置比较困难的地方。DHCP服务器自动为客户机指定IP地址，指定的配置参数有些和IP协议并不相关，但没有关系，它的配置参数使得网络上的计算机通信变得方便而容易实现了。DHCP使IP地址的可以租用，对于许多拥有许多台计算机的大型网络来说，每台计算机拥有一个IP地址有时候可能是不必要的。租期从1分钟到100年不定，当租期到了的时候，服务器可以把这个IP地址分配给别的机器使用。DHCP的工作原理视乎客户端是否第一次登录网路﹐DHCP的工作形式会有所不同。第一次登录的时候﹕1 寻找Server。当DHCP客户端第一次登录网路的时候﹐也就是客户发现本机上没有任何IP资料设定﹐它会向网路发出一个DHCPDISCOVER封包。因为客户端还不知道自己属于哪一个网路﹐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﹐向网路进行广播。网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收到这种广播信息，但只有DHCP服务器才会做出响应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秒之内没有得到回应的话就会进行第二次DHCPdiscover广播。在得不到回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服务器的回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分钟之后再重一次DHCPdiscover的要求。2 提供IP租用位址。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位址范围内﹐选择最前面的的空置IP，连同其它TCP/IP设定，回应给客户端一个DHCPOFFER封包。由于客户端在开始的时候还没有IP位址﹐所以在其DHCPdiscover封包内会带有其MAC位址信息﹐并且有一个XID编号来辨别该封包﹐DHCP服务器回应的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。3 接受IP租约。如果客户端收到网路上多台DHCP服务器的回应﹐只会挑选其中一个DHCPoffer(通常是最先抵达的那个)﹐并且会向网路发送一个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的IP位址。之所以要以广播方式回答，是为了通知所有的DHCP服务器，他将选择某台DHCP服务器所提供的IP地址同时﹐客户端还会向网路发送一个ARP封包﹐查询网路上面有没有其它机器使用该IP位址﹔如果发现该IP已经被占用﹐客户端则会送出一个DHCPDECLINE封包给DHCP服务器﹐拒绝接受其DHCPoffer﹐并重新发送DHCPdiscover信息。事实上﹐并不是所有DHCP客户端都会无条件接受DHCP服务器的offer﹐尤其这些主机安装有其它TCP/IP相关的客户软件。客户端也可以用DHCPrequest向服务器提出DHCP选择﹐而这些选择会以不同的号码填写在DHCPOptionField里面。换一句话说﹐在DHCP服务器上面的设定﹐未必是客户端全都接受﹐客户端可以保留自己的一些TCP/IP设定。而主动权永远在客户端这边。4 确认阶段。即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段。当DHCP服务器收到DHCP客户机回答的DHCPrequest请求信息之后，它便向DHCP客户机发送一个包含它所提供的IP地址和其他设置的DHCPack确认信息，告诉DHCP客户机可以使用它所提供的IP地址。然后DHCP客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定，另外，除DHCP客户机选中的服务器外，其他的DHCP服务器都将收回曾提供的IP地址5 重新登录。以后DHCP客户机每次重新登录网络时，就不需要再发送DHCPdiscover发现信息了，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCPrequest请求信息。当DHCP服务器收到这一信息后，它会尝试让DHCP客户机继续使用原来的IP地址，并回答一个DHCPack确认信息。如果此IP地址已无法再分配给原来的DHCP客户机使用时（比如此IP地址已分配给其它DHCP客户机使用），则DHCP服务器给DHCP客户机回答一个DHCPnack否认信息。当原来的DHCP客户机收到此DHCPnack否认信息后，它就必须重新发送DHCPdiscover发现信息来请求新的IP地址。6 更新租约。DHCP服务器向DHCP客户机出租的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。如果DHCP客户机要延长其IP租约，则必须更新其IP租约。DHCP客户机启动时和IP租约期限过一半时，DHCP客户机都会自动向DHCP服务器发送更新其IP租约的信息。至于IP的租约期限却是非常考究的﹐并非如我们租房子那样简单﹐DHCP客户机除了在开机的时候发出DHCPrequest请求之外﹐在租约期限一半的时候也会发出DHCPrequest﹐如果此时得不到DHCP服务器的确认的话﹐工作站还可以继续使用该IP﹔然后在剩下的租约期限的再一半的时候(即租约的75%)﹐还得不到确认的话﹐那么工作站就不能拥有这个IP了。要是您想退租，可以随时送出DHCPLEREASE命令解约﹐就算您的租约在前一秒钟才获得的

---