Windows Server 2019 DHCP服務(wù)器配置與管理——理論 Ⅰ
DHCP 是 Dynamic Host Configuration Protocol (動態(tài)主機配置協(xié)議)的縮寫 。
1. DHCP 理論
1.1 DHCP的定義和作用
DHCP 是 Dynamic Host Configuration Protocol (動態(tài)主機配置協(xié)議)的縮寫 。
動態(tài)主機配置協(xié)議 (DHCP) 是一種客戶端/服務(wù)器協(xié)議,它自動提供 Internet 協(xié)議 (IP) 主機及其 IP 地址和其他相關(guān)配置信息,例如子網(wǎng)掩碼和默認網(wǎng)關(guān)。 RFC 2131 和 2132 將 DHCP 定義為基于 Bootstrap 協(xié)議 (BOOTP) 的 Internet 工程任務(wù)組 (IETF) 標準,此協(xié)議與 DHCP 共享許多實現(xiàn)詳細信息。 DHCP 允許主機從 DHCP 服務(wù)器獲取所需的 TCP/IP 配置信息。
Windows Server 2019 DHCP 服務(wù)器,這是一個可選的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器角色,可以部署該角色以將 IP 地址和其他信息租用到 DHCP 客戶端。 所有Windows客戶端操作系統(tǒng)都包括作為 TCP/IP 一部分的 DHCP 客戶端,并且 DHCP 客戶端默認已啟用。
DHCP通常在局域網(wǎng)(LAN)環(huán)境中使用。它的主要作用是:對IP地址進行集中管理和分配,使網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的主機動態(tài)的獲得IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、DNS服務(wù)器地址等信息,并提升IP地址的使用率。
1.2 使用DHCP的原因
(1)從用戶角度看
IP地址是每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的標識,網(wǎng)絡(luò)中每一臺計算機都需要配置IP地址才能接通互聯(lián)網(wǎng)。但是絕大多數(shù)用戶都不精通IP地址的設(shè)置,讓用戶自行分配地址,不但會降低用戶體驗,而且,從用戶的技術(shù)能力上看,也是行不通的。
(2)從技術(shù)角度看
通過動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)服務(wù),網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以從DHCP服務(wù)器中獲取IP地址等相關(guān)信息。
與手工配置IP地址相比較,以下是DHCP的優(yōu)點
配置不容易出錯。手工配置IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)和DNS等地址參數(shù)的過程中有操作失誤的風險。對IP地址分配有較好的靈活性。網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生變化時,手動配置的IP地址等信息可能發(fā)生變化,人工修改各項參數(shù)效率低。對IP地址資源利用率高。人工配置IP地址,容易發(fā)生記憶錯誤。配置工作量小。如果有大量主機存在且需要大量IP地址,那么人工配置的工作量可想而知。配置工作量會隨著主機數(shù)量的增加而增大。
總而言之,DHCP對IP地址的配置、利用都做出了較好的優(yōu)化。大大提高了配置效率,和IP地址利用率和使用效率。
備注:在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)可能存在多個DHCP服務(wù)器,各自負責不同的網(wǎng)段,也可能由同一個DHCP服務(wù)器,負責多個不同網(wǎng)段的地址分配。
1.3 DHCP工作過程及原理
(1)DHCP工作過程
DHCP采用客戶端/服務(wù)器通信模式,即C/S。需要客戶端主動向服務(wù)器提出請求分配網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)的申請,然后服務(wù)器返回給客戶端分配的IP地址配置信息。
在DHCP經(jīng)典應(yīng)用中,一般包含一臺DHCP服務(wù)器和多臺客戶端。
DHCP協(xié)議采用UDP作為傳輸協(xié)議,客戶端發(fā)送廣播消息到服務(wù)器的68號端口,服務(wù)器回應(yīng)廣播消息給客戶端的67號端口。
DHCP客戶端 從 DHCP服務(wù)器獲取IP地址,主要通過四個階段進行:分別是DISCOVER(發(fā)現(xiàn))、OFFER(提供)、REQUEST(選擇/請求)和ACK(確認)。
(2)DHCP工作原理
第一階段:discover階段(發(fā)現(xiàn)階段),客戶端在LAN中以廣播方式發(fā)送DISCOVER報文。當廣播報文DISCOVER被DHCP服務(wù)器接受到后,進入第二階段offer階段。
第二階段:offer階段(提供階段),DHCP服務(wù)器收到DISCOVER報文后,會根據(jù)IP地址分配的優(yōu)先次序選出一個地址,與其他參數(shù)一起被封裝到名為offer的報文中。然后DHCP服務(wù)器再次以廣播方式將offer報文發(fā)送給客戶端。
備注 :如果LAN中有多臺DHCP服務(wù)器,所有服務(wù)器都會向客戶端發(fā)送OFFER報文,這時候服務(wù)器只是提供了一個分配建議,IP地址并沒有分配給客戶端。
第三階段:request階段(選擇階段),客戶端收到OFFER報文后,以廣播方式發(fā)送REQUEST報文,這個報文的選項字段中會加入被選中的DHCP服務(wù)器的IP地址和客戶端需要的IP地址。
備注:客戶端采用先到先得的機制,根據(jù)第一個收到的OFFER報文返回REQUEST報文。其他DHCP服務(wù)器在這次沒有成功分配出的IP地址,可以分配其他客戶端,不會被占用。
第四階段:ack階段(確認階段),DHCP服務(wù)器確認IP地址分配。DHCP服務(wù)器收到客戶端發(fā)送的REQUEST報文后,被客戶端選擇的服務(wù)器會返回ACK報文,確認將地址分配給該客戶端。如果收到了錯誤的REQUEST報文,服務(wù)器會返回NAK報文,表明地址不能分配給該客戶端。而沒有被客戶端選擇的DHCP服務(wù)器,不會進行任何響應(yīng)。在客戶端收到服務(wù)器返回的ACK確認報文后,會以廣播方式發(fā)送免費ARP報文,探測是否有其他客戶端正在使用服務(wù)器分配的IP地址,如果在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到響應(yīng),客戶端才使用這個地址。否則,客戶端會發(fā)送DECLINE報文給DHCP服務(wù)器,表示服務(wù)器分配的地址已經(jīng)被占用,并重新申請IP地址。
四個階段完成之后,客戶端才真正分配到了IP地址。
(3)租約更新
在Windows服務(wù)器中DHCP服務(wù)動態(tài)分配的IP地址是有使用期限的,這個期限叫做租期,默認為8天。
客戶端在成功獲取IP地址后,可以通過發(fā)送Release報文釋放自己的IP地址,服務(wù)器收到Release報文后,會回收相應(yīng)的IP地址并重新分配。
在租期使用到50%時,DHCP客戶端會向DHCP服務(wù)器發(fā)送單播報文request來續(xù)租IP地址,如果DHCP客戶端成功收到了服務(wù)器發(fā)送的ACK報文,會按對應(yīng)的時長,延長IP地址租期。否則,客戶端還是會繼續(xù)使用該地址,但是在使用租期超過87.5%的時候,客戶端會以廣播形式向服務(wù)器發(fā)送request報文來續(xù)租IP地址。此時,如果客戶端成功收到ACK報文,會按對應(yīng)的時長,延長IP地址租期,否則,客戶端仍然會繼續(xù)使用該地址,知道IP地址租期到達100%,才會向服務(wù)器發(fā)送Release報文來釋放這個IP地址。并開始新的IP地址申請過程。
參考資料
Microsoft Docs:DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Basics
Microsoft Docs:Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
Microsoft Docs:How To Install and Configure a DHCP Server in a Workgroup
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