【计算机网络 | 第15篇】动态主机配置协议

在计算机连接互联网时，必须配置一系列关键网络信息，包括：

• IP地址：唯一标识设备（如192.168.1.100）
• 子网掩码：定义网络范围（如255.255.255.0）
• 默认网关：通往外部网络的出口（如192.168.1.1）
• DNS服务器的IP地址：用于域名解析（如114.34.12.56）

为何需要DHCP？手动配置的痛点🤔

如果为网络中每台主机手动配置上述信息，会面临两大问题：

• 工作量极大：在包含成百上千台设备的网络中，逐台配置效率极低；
• 易出错：IP地址冲突、网关填写错误等问题会导致网络故障。

此时，动态主机配置协议（DHCP）应运而生。它通过 客户-服务器模式 实现网络信息的自动化配置，彻底解决了手动配置的痛点。

DHCP的基本工作模式🥝

DHCP采用客户/服务器架构：

• DHCP服务器：运行服务器进程，存储可分配的网络参数（如IP地址池）；
• DHCP客户：用户主机上的客户端进程，开机后自动向服务器请求配置。

作为TCP/IP体系中应用层的协议，DHCP使用UDP服务进行通信，且端口号固定：

• 服务器使用UDP 67端口
• 客户使用UDP 68端口

DHCP的核心功能：IP地址的动态管理🥝

DHCP服务器通过IP地址池按需分配地址，且分配的IP地址具有临时性，其使用时间称为租用期。这一机制实现了IP地址的高效循环利用。

租用期的特点

• 由DHCP服务器自主设定，范围可从1秒到136年（通过4字节二进制数表示，单位为秒）；
• 不同场景的典型设置：
  • 校园网（如清华大学校园网）：租用期设为1小时，适应高密度设备接入；
  • 企业网络（如华为总部）：固定工位设备租用期设为720小时（30天），减少频繁分配开销。

租用期的管理机制

客户端需在租用期内主动更新IP使用权，避免地址被回收，具体依赖两个计时器：

• T1（0.5T）：租用期过半时，客户端发送续租请求（DHCPREQUEST）；
• T2（0.875T）：租用期达87.5%时，若未收到服务器响应，重复发送续租请求。

服务器响应规则：

• 同意续租：返回DHCPACK，客户端重置计时器；
• 拒绝续租：返回DHCPNACK，客户端需重新申请IP（回到发现阶段）。

此外，DHCP支持静态绑定（为核心设备如交换机分配固定IP）和主动释放（客户端发送DHCPRELEASE报文释放IP）。

DHCP四步工作流程：从“发现”到“绑定”🐦‍🔥

新设备接入网络后，通过以下四步完成配置：

1. 发现阶段（DHCPDISCOVER）
   设备（如笔记本）发送广播报文（目的IP为255.255.255.255，源IP为0.0.0.0），请求寻找DHCP服务器。
   例：员工连接办公室WiFi时，电脑自动发送“谁是DHCP服务器？”的请求。

2. 提供阶段（DHCPOFFER）
   所有DHCP服务器收到请求后，返回提供报文，包含可分配的IP地址、租用期等信息。
   例：企业内网中的多台DHCP服务器会同时响应，客户端将从中选择最优方案。

3. 请求阶段（DHCPREQUEST）
   客户端向选定的服务器发送确认请求，表明接受其提供的配置。
   例：笔记本回复“我选择使用这个IP地址”。

4. 确认阶段（DHCPACK）
   服务器发送确认报文，客户端进入“已绑定状态”，正式使用分配的IP地址。
   例：设备成功获取IP后，可访问公司内网资源。

中继代理：跨子网的DHCP支持🍂

默认情况下，DHCP的广播请求无法通过路由器转发（会被直接丢弃），导致跨子网设备无法获取配置。解决方法是使用 DHCP中继代理 （给该路由器配置DHCP服务器的IP地址并使之成为DHCP中继代理）：

• 作用：配置了DHCP服务器IP的路由器充当“快递员”，将子网内的广播请求转为单播转发给服务器；
• 应用场景：多子网共用一个DHCP服务器，如大学校园网（50个子网仅需1台服务器）；
• 流程：子网A设备发送广播请求 → 中继代理单播转发至服务器 → 服务器响应后，中继代理回传至设备。

总结

DHCP作为网络配置的“自动化管家”，通过动态分配IP地址、管理租用期和跨子网中继等功能，大幅降低了网络管理的复杂度。

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