OpenWrt之DHCP(动态主机配置协议)

DHCP简介

在TCP/IP网络上，每台主机在访问网络及其资源之前，都必须进行基本的网络信息配置，包含IP地址、子网掩码、默认网关和DNS等。在大型网络中，如果每台终端主机的地址的都有不同的使用者来分配，那么就很容易出现地址相同的情况。对于经常移动的终端，重新配置可能需要很长时间，并且容易出错，如果IP配置错误将会导致不能访问网络。因此需要一种机制来简化主机IP地址的配置。动态主机配置协议DHCP应运而生。

采用DHCP的好处在于减少了网络管理员和用户的的负担。这将可以减少手工配置IP的地址导致的地址冲突，以及网关地址或DNS地址错误导致的不能访问网络的问题。

DHCP原理

DHCP服务器拥有一个IP地址服务池，当任何启用DHCP的客户机连接到网络时，可从服务器哪里租借一个IP地址。不再使用的IP地址自动回收到地址池中，供再次分配使用。
DHCP保证同一时刻的任何IP地址只能分给一个客户使用。当DHCP客户机重新启动时，应配置为相同的IP地址。在DHCP服务器重启的情况吓，也应当给每一个客户机分配不同的IP地址，并且和手动分配的IP地址共存。这就要求DHCP服务器对已分配的地址进行保存，并且在客户端不使用时进行回收。
DHCP是一种动态的向网络终端提供配置参数的协议。在终端提出申请之后，DHCP服务器可以向终端提供IP地址及子网掩码、网关和DNS服务器地址等参数。
DHCP协议基于UDP协议，客户端的端口号是68，服务器的端口号是67。这样可以非常方便地区分是请求还是响应。

DHCP报文

DHCP的请求和应答封装在UDP报文中。

IP层在请求IP地址时采用链路层广播，链路层广播地址为"FF:FF:FF:FF:FF:FF"。网络层目的IP使用广播地址"255:255:255:255",源地址采用0.0.0.0，这是因为请求时自身没有IP地址，并且不知道服务器的IP地址。

报文内容格式如下图：

报文类型 字段为1表示请求，为2表示应答。

硬件类型 为1表示以太网。

硬件地址长度 以太网的硬件地址长为6字节。

跳数 字段由客户端设置为0 ，如果和DHCP服务器之间有中继活动的话将被修改。

事务ID 是一个由客户端设置并由服务器返回的4字节整数。客户机使用它对请求和应答进行匹配。对于每个请求客户端首先将该字段设置为一个随机数。

秒数 客户端段开始进行DHCP请求时，将秒数字段设置为一个时间值。服务器能够看到这个时间值，备用服务器在等待时间超过这个时间值后才会响应客户的请求，这意味着备用服务器接管DHCP服务。

flag是保留值，设置为0。

客户端地址字段 填0，如果上次成功配置过IP地址，它将写到"客户端IP地址"字段。

服务器返回应答时将客户的IP地址写入你的(客户端)IP地址字段。

并将自身IP地址填写到 服务器IP地址 字段，在同一网络 中继IP地址填0。

客户端MAC地址 字段填写网卡硬件地址，不足部分填0。

服务器主机名 字段由服务器来填写，通常为0。

引导文件名 字段用于填充TFTP下载文件全路径，通常用于无盘启动工作站。选项字段用于扩展，但实际上有一些选项在终端接入互联网时是必须的。这些包含DNS地址、网关地址和子网掩码等。

可选字段 部分均以TLV（类型-长度-值）来表示。

子网掩码选项用于指定客户端的子网掩码。子网掩码的类型码为1，长度为4字节。

路有选项指定了客户端子网的下一跳地址。如果有多个，路由器将按照优先顺序排列，一般为路由器自身IP地址。类型码为3，长度为4的倍数。

域名服务器选项用于将名字服务器提供给客户端，并且以优先顺序给出，选项代码为6，最长度为4字节，并且是4的倍数。

DHCP工作流程

DHCP通常由客户端发起广播请求，服务器收到请求后在配置文件中查询，如果符合要求则向客户端提供服务。

DHCP配置IP服务的报文流程。

客户端在以太网上广播"DHCP Discover"报文来发现DHCP服务器。

IP为10.0.2.2的服务器收到广播请求后，向客户端回应请求，发出单播"DHCP Offer"报文，并且目的IP为10.0.2.15。

客户端再次以广播形式发出"DHCP Request"报文。这是因为客户端可能受到多个服务器"DHCP Offer"报文，客户端会根据报文的内容来选择一个给予响应，采用广播形式可以让多个服务器均可收到。

当服务器收到"DHCP Request"报文后，服务器在将客户端的MAC地址同分配的IP地址绑定后，将IP信息（IP、掩码、网关地址和DNS等）发送客户机。

客户机收到"DHCP ACK"报文后，将IP信息设置到主机系统上。这时IP设置就完成了，客户机就可以是用IP来访问网络了。