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图解DHCP的4步租约过程

DHCP租约过程就是DHCP客户机动态获取IP地址的过程。
DHCP租约过程分为4步：
①客户机请求IP（客户机发DHCPDISCOVER广播包）；
②server响应（server发DHCPOFFER广播包）；
③客户机选择IP（客户机发DHCPREQUEST广播包）；
④server确定租约（server发DHCPACK/DHCPNAK广播包）。
 
具体解释4步租约过程：

 
第1步：客户机请求IP
客户机请求IP也称为DHCPDISCOVER。

当一个DHCP客户机启动时，会自己主动将自己的IP地址配置成0.0.0.0。因为使用0.0.0.0不能进行正常通信，所以客户机就必须通过DHCPserver来获取一个合法的地址。

为客户机不知道DHCPserver的IP地址，所以它使用0.0.0.0的地址作为源地址，使用UDP68port作为源port，使用255.255.255.255作为目标地址，使用UDP67port作为目的port来广播请求IP地址信息（见图一）。广播信息中包括了DHCP客户机的MAC地址和计算机名，以便使DHCPserver能确定是哪个客户机发送的请求。

 
DHCP客户机总是试图又一次租用它接收过的最后一个IP地址，这给网络带来一定的稳定性。
 
图一：客户机请求IP

 
第2步：server响应
server响应也称为DHCPOFFER。
当DHCPserver接收到客户机请求IP地址的信息时，它就在自己的IP地址池中查找是否有合法的IP地址提供给客户机。

假设有：DHCPserver就将此IP地址做上标记，增加到DHCP OFFER的消息中，然后DHCPserver就广播一则包含下列信息的DHCP OFFER消息：

DHCP客户机的MAC地址；DHCP server提供的合法IP地址；子网掩码；默认网关（路由）；租约的期限。DHCPserver的IP地址。
 
由于DHCP客户机还没有IP地址，所以DHCPserver使用自己的IP地址作为源地址，使用UDP 67 port作为源port，使用255.255.255.255作为目标地址。使用UDP 68 port作为目的port来广播DHCP OFFER信息（见图二）。
 
图二：server响应

 
第3步：客户机选择IP
客户机选择IP，也称为DHCPREQUEST。

DHCP客户机从接收到的第一个DHCP OFFER消息中选择IP地址。发出IP地址的DHCP server将该地址保留。这样该地址就不能提供给其它DHCP客户机。当客户机从第一个DHCP server接收DHCP OFFER并选择IP地址后，DHCP租约的第三过程发生。客户机将DHCP REQUEST消息广播到全部的DHCP server，表明它接受提供的内容。DHCP REQUEST消息包含为该客户机提供IP配置的server的服务标识符（IP地址）。DHCPserver查看server标识符字段。以确定它自己是否被选择为指定的客户机提供IP地址，假设那些DHCP OFFER被拒绝。则DHCP server会取消提供并保留其IP地址以用于下一个IP租约请求。

 
在客户机选择IP的过程中。尽管客户机选择了IP地址，可是还没有配置IP地址。而在一个网络中可能有几个DHCPserver，所以客户机仍然使用0.0.0.0的地址作为源地址，使用UDP68port作为源port。使用255.255.255.255作为目标地址。使用UDP67port作为目的port来广播DHCPREQUEST信息（见图三）。

图三：客户机选择IP

 
第4步：server确认租约
server确认租约，也称为DHCP ACK/DHCP NAK。
DHCP server接收到DHCP REQUEST消息后。以DHCP ACK消息的形式向客户机广播成功的确认，该消息包括有IP地址的有效租约和其它可能配置的信息。尽管server确认了客户机的租约请求，可是客户机还没有收到server的DHCP ACK消息，所以server仍然使用自己的IP地址作为源地址。使用UDP 67 port作为源port，使用255.255.255.255作为目标地址。使用UDP 68 port作为目的port来广播DHCP ACK信息（见图四）。当客户机收到DHCP ACK消息时，它就配置了IP地址。完毕了TCP/IP的初始化。

假设DHCP REQUEST不成功。比如客户机试图租约先前的IP地址，但该IP地址不再可用。或者由于客户机移到其它子网，该IP无效时，DHCPserver将广播否定确认消息DHCP NAK。当客户机接收到不成功的确认时，它将又一次開始DHCP租约过程。

 
假设DHCP客户机无法找到DHCP server，它将从TCP/IP的B类网段169.254.0.0中挑选一个IP地址作为自己的IP地址，继续每隔5分钟尝试与DHCP server进行通讯，一旦与DHCP server取得联系。则客户机放弃自己主动配置的IP地址，而使用DHCP server分配的IP地址。
 
假设一台DHCP客户机有两个或者多个网卡，则DHCPserver会为每一个网卡分配一个唯一而有效的IP地址。
 
图四：server确认租约

 
图五：DHCPserver日志

注：由于是虚拟机，所以这个DHCPserver的系统时间有些问题
 
图六：DHCP客户机IP信息

能够看到client获取的IP地址是192.168.1.34。默认网关是192.168.1.10；DHCP serverIP是192.168.1.240。租约时间是6个小时。
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IP地址的租约更新

    DHCP服务器分配给客户端的IP地址有一定的租借期限，称为租约。当租约到期后，服务器会收回该IP地址。如果客户端还想继续使用该IP地址，需要申请延长租约时间。

    在DHCP客户端的租约时间到达1/2时，客户端会向为它分配IP地址的DHCP服务器发送request单播报文，以进行IP租约的更新。如果服务器判断客户端可以继续使用这个IP地址，就回复ACK报文，通知客户端更新租约成功。如果此IP地址不能再分配给客户端，则回复NAK报文，通知客户端续约失败。

    如果客户端在租约到达1/2时续约失败，客户端会在租约到7/8时间时，广播发送request报文进行续约。DHCP服务器处理同首次分配IP地址的流程。

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DHCP报文类型

DHCP共有八种报文，分别为DHCP Discover、DHCP Offer、DHCP Request、DHCP ACK、DHCP NAK、DHCP Release、DHCP Decline、DHCP Inform。各报文类型功能如表所述。