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目录
1. DHCP 协议概述
1.1 什么是 DHCP？
1.2 DHCP 适用于哪些设备？
2. DHCP 协议标准
3. DHCP 详细工作原理
3.1 DHCP 的 DORA 过程
3.2 Wi-Fi 设备 DHCP 过程
4. DHCP 报文格式解析
4.1 DHCP 报文结构
（1）固定字段
（2）可变字段
5. DHCP 服务器 IP 分配算法
5.1 DHCP 服务器 IP 分配策略
5.2 DHCP 续约机制
6. DHCP 调试 & 故障排查
6.1 Wireshark 抓包分析
6.2 常见问题及解决方案
7. DHCP 相关协议
1. DHCP 协议概述
1.1 什么是 DHCP？
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一种 自动分配 IP 地址及相关网络参数 的网络协议，适用于 TCP/IP 网络环境。
核心作用：
- 自动分配 IP，无需手动设置，提高管理效率。
- 租约机制，动态管理 IP 资源，防止冲突。
- 统一管理，适用于大型网络，如公司、数据中心、Wi-Fi AP 设备等。
1.2 DHCP 适用于哪些设备？
DHCP 适用于所有 TCP/IP 网络设备，包括：
- 计算机、服务器
- Wi-Fi 设备（如路由器、AP、智能家居设备）
- 物联网（IoT）设备
- 移动设备（手机、平板）
- 虚拟机（VM）等
2. DHCP 协议标准
DHCP 由 IETF（互联网工程任务组） 维护，主要标准包括：
| RFC 标准 | 描述 |
|---|---|
| RFC 2131 | IPv4 DHCP 规范（1997） |
| RFC 2132 | DHCP 选项字段定义 |
| RFC 3315 | DHCPv6 规范（2003） |
| RFC 8415 | DHCPv6 最新规范（2018） |
| RFC 1542 | BOOTP 与 DHCP 兼容性 |
3. DHCP 详细工作原理
3.1 DHCP 的 DORA 过程
DHCP 采用 DORA（Discover-Offer-Request-Acknowledge） 4 步流程来分配 IP 地址：
-
Discover（发现）：
- 客户端通过 UDP 67 端口 发送 广播（
255.255.255.255），请求 IP 地址。 - 由于客户端没有 IP，因此
ciaddr（客户端 IP）字段为0.0.0.0。
- 客户端通过 UDP 67 端口 发送 广播（
-
Offer（提供）：
- 服务器监听到 Discover 后，从 IP 池中选择一个 IP，并通过 UDP 68 端口发送 DHCP Offer。
- 包含：
- 提供的 IP 地址（
yiaddr） - 子网掩码、网关、DNS 服务器
- 租约时间（如 24 小时）
- 提供的 IP 地址（
-
Request（请求）：
- 客户端收到多个 Offer 后，选择其中一个 DHCP 服务器，并发送 DHCP Request 确认请求。
-
Acknowledge（确认）：
- 服务器收到 Request 后，发送 DHCP Acknowledge（ACK），正式确认 IP 分配，客户端可以开始通信。
3.2 Wi-Fi 设备 DHCP 过程
Wi-Fi 设备的 DHCP 过程与普通设备类似，但有特定的 Wi-Fi 相关行为：
- Wi-Fi 设备首先连接到 AP（接入点），通过 802.11 认证和关联（Authentication & Association）。
- 连接成功后，Wi-Fi 设备会广播 DHCP Discover。
- Wi-Fi AP（或上游路由器）接收 Discover 并转发到 DHCP 服务器（若 AP 只是桥接模式）。
- DHCP 服务器提供 IP，设备完成 IP 分配。
- IP 分配后，设备可能会触发 ARP 探测，避免 IP 冲突。
4. DHCP 报文格式解析
DHCP 报文是 基于 UDP 传输，其结构如下：
4.1 DHCP 报文结构
（1）固定字段
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| op | 1B | 报文类型（1=请求，2=回复） |
| htype | 1B | 硬件类型（1=以太网） |
| hlen | 1B | 硬件地址长度（6=MAC 地址） |
| hops | 1B | 跳数（通常为 0） |
| xid | 4B | 事务 ID，客户端随机生成 |
| secs | 2B | 客户端启动时间 |
| flags | 2B | 是否广播 |
| ciaddr | 4B | 客户端 IP |
| yiaddr | 4B | 服务器分配的 IP |
| siaddr | 4B | 服务器 IP |
| giaddr | 4B | 中继代理 IP |
| chaddr | 16B | 客户端 MAC 地址 |
（2）可变字段
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| Magic Cookie | 固定 0x63825363（DHCP 标识） |
| DHCP Options | 配置选项，如租约时间、DNS、网关等 |
5. DHCP 服务器 IP 分配算法
5.1 DHCP 服务器 IP 分配策略
- 动态分配（Dynamic Allocation）：从 IP 池中随机分配 IP。
- 自动分配（Automatic Allocation）：分配后绑定，永久保留。
- 静态分配（Static Allocation）：根据 MAC 地址预设 IP。
5.2 DHCP 续约机制
- T1 阶段（租约 50%）：客户端尝试续租。
- T2 阶段（租约 87.5%）：如果 T1 失败，客户端尝试联系任意 DHCP 服务器。
6. DHCP 调试 & 故障排查
6.1 Wireshark 抓包分析
使用 Wireshark 过滤 DHCP 报文：
udp.port == 67 or udp.port == 68
示例：
Frame 1: 342 bytes on wire
Bootstrap Protocol (Discover)Client MAC address: 00:1a:2b:3c:4d:5eOption: (53) DHCP Message Type (Discover)Option: (50) Requested IP Address (192.168.1.100)6.2 常见问题及解决方案
| 问题 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 无法获取 IP | DHCP 服务器未启动 | 检查 DHCP 服务器是否运行 |
| 获取到错误 IP | IP 池不足 | 增加可用 IP 范围 |
| 续租失败 | 网络连接丢失 | 重新连接 Wi-Fi |
7. DHCP 相关协议
| 协议 | 作用 |
|---|---|
| ARP | 检测 IP 冲突 |
| DNS | DHCP 服务器提供 DNS 解析 |
| NTP | DHCP 服务器提供 NTP 服务器信息 |
| PXE | DHCP 用于 PXE 网络引导 |