DHCP 协议
简介
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）是一种用于动态分配 IP 地址和其他网络配置信息的网络协议。它位于 OSI 七层模型中的应用层，是承载于 UDP 之上的高层协议报文，采用 67（DHCP 服 务器）和 68（DHCP 客户端）两个端口号。
DHCP 的主要作用是自动分配 IP 地址，因为 DHCP 能够管理 IP 地址的分配和释放，通过 DHCP 服务器就能够动态地为客户端分配可用的 IP 地址，并有效防止 IP 地址冲突。此外，DHCP 还可以提供子网掩码、默认网关、DNS 服务器等网络配置信息。
协议格式
报文的格式如下所示：
协议字段具体说明：
| 字段 | 长度 | 含义 |
|---|---|---|
| OP | 1字节 | 表示报文的类型：1：客户端请求报文；2：服务器响应报文 |
| htype | 1字节 | 表示硬件地址的类型。对于以太网，该类型的值为“1”。 |
| hlen | 1字节 | 表示硬件地址的长度，单位是字节。对于以太网，该值为 6。 |
| Hops | 1字节 | 跳数。客户端设置为 0，也能被一个代理服务器设置。 |
| xid | 4字节 | 事务 ID，由客户端选择的一个随机数，被服务器和客户端用来在它们之间交流请求和响应，客户端用它对请求和应答进行匹配。该 ID 由客户端设置并由服务器返回，为 32 位整数。 |
| secs | 2字节 | 由客户端填充，表示从客户端开始获得 IP 地址或 IP 地址续借后所使用了的秒数。 |
| flags | 2字节 | 此字段在 BOOTP 中保留未用，在 DHCP 中表示标志字段。只有标志字段的最高位才有意义，其余的位均被置为 0。该字段被解释为 广播响应标志位，0：客户端请求服务器以单播形式发送响应报文；1：客户端请求服务器以广播形式发送响应报文。 |
| ciaddr | 4字节 | 客户端的 IP 地址。只有客户端是 Bound、Renew、Rebinding 状态，并且能响应 ARP 请求时，才能被填充。 |
| yiaddr | 4字节 | "你自己的"或客户端的 IP 地址。 |
| siaddr | 4字节 | 表明 DHCP 协议流程的下一个阶段要使用的服务器的 IP 地址。 |
| giaddr | 4字节 | 该字段表示第一个 DHCP 中继的 IP 地址（注意：不是地址池中定义的网关）。当客户端发出 DHCP 请求时，如果服务器和客户端不在同一个网络中，那么第一个 DHCP 中继在转发这个 DHCP 请求报文时会把自己的 IP 地址填入此字段。服务器会根据此字段来判断出网段地址，从而选择为用户分配地址的地址池。服务器还会根据此地址将响应报文发送给此 DHCP 中继，再由 DHCP 中继将此报文转发给客户端。若在到达 DHCP 服务器前经过了不止一个 DHCP 中继，那么第一个 DHCP 中继后的中继不会改变此字段，只是把 Hops 的数目加 1。 |
| chaddr | 16字节 | 该字段表示客户端的 MAC 地址，此字段与前面的“Hardware Type”和“Hardware Length”保持一致。当客户端发出 DHCP 请求时，将自己的硬件地址填入此字段。对于以太网，当“Hardware Type”和“Hardware Length”分别为“1”和“6”时，此字段必须填入 6 字节的以太网 MAC 地址。 |
| sname | 64字节 | 该字段表示客户端获取配置信息的服务器名字。此字段由 DHCP Server 填写，是可选的。如果填写，必须是一个以 0 结尾的字符串。 |
| file | 128字节 | 该字段表示客户端的启动配置文件名。此字段由 DHCP Server 填写， 是可选的，如果填写，必须是一个以 0 结尾的字符串。 |
| options | 可变 | 该字段表示 DHCP 的选项字段，至少为 312 字节，格式为"代码+长度+数据"。DHCP 通过此字段包含了服务器分配给终端的配置信息，如网关 IP 地址，DNS 服务器的 IP 地址，客户端可以使用 IP 地址的有效租期等信息。 |
工作流程
DHCP 协议的工作流程通常包括以下步骤：
- DHCP 发现（DHCP Discover）：客户端在启动时广播 DHCP 发现消息，寻找可用的 DHCP 服务器。
- DHCP 提供（DHCP Offer）：DHCP 服务器收到发现消息后，向客户端发送 DHCP 提供消息，提供可用的 IP 地址和其他配置信息。
- DHCP 请求（DHCP Request）：客户端收到一个或多个 DHCP 提供消息后，选择其中一个 DHCP 服务器，并向其发送 DHCP 请求消息，请求分配 IP 地址。
- DHCP 确认（DHCP Acknowledge）：DHCP 服务器收到客户端的请求后，确认分配给客户端的 IP 地址，并向客户端发送 DHCP 确认消息，同时提供其他网络配置信息。
- IP 地址续约（IP Address Renewal）：在租约期限过半时，客户端会尝试续约 IP 地址租约，向 DHCP 服务器发送 DHCP 请求消息。
- IP 地址释放（IP Address Release）：客户端在不再需要 IP 地址时，向 DHCP 服务器发送 DHCP 释放消息，释放所分配的 IP 地址。
小结
DHCP 协议是一种用于动态分配 IP 地址和其他网络配置信息的重要协议。通过 DHCP，网络管理员能够自动管理和配置大量客户端设备，简化了网络管理工作，并确保了网络中设备的正常通信。 DHCP 的灵活性和自动化特性使得网络的扩展和维护变得更加容易和高效。