DHCP基础
DHCP概述
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议），用于集中对用户IP地址进行动态管理和配置的协议。
DHCP采用C/S通信模式，协议报文基于UDP方式进行交互，采用67（DHCP服务器）和68（DHCP客户端）两个端口号
网络中的终端设备，如主机、打印机、笔记本电脑、手机等，作为DHCP客户端，向DHCP服务器请求分配相关网络参数。DHCP服务器响应DHCP客户端请求动态分配。
DHCP实现过程
客户端首次接入网络
发现阶段： DHCP客户端发送DHCP Discover 报文来发现DHCP服务器。DHCP Discover报文中携带了客户端的MAC地址、需要请求的参数列表选项、广播标志位等信息
提供阶段： 服务器收到DHCP Discover报文后，选择跟接收该报文接口的IP地址处于同一网段的地址池，从中选择一个可用的IP地址，然后通过DHCP Offer报文发送给客户端
选择阶段： 如果有多个DHCP服务器回应了Offer报文，则客户端一般只接收第一个收到的Offer报文，然后以广播的方式发送Request报文，其中包含了客户端想选择的DHCP服务器标识符和客户端IP地址。
确认阶段 服务器确认所分配的IP地址。 该阶段可能会发生冲突：
服务器收到Discover报文后，会先Ping一下该地址，如果能Ping通，则说明该地址不可用，选择其他IP分配给客户端
客户端收到ACK报文，发送免费ARP报文，探测本网段是否有其他终端使用服务器分配的IP地址，如果收到响应，客户端发送Decline通知服务器该IP地址冲突，服务器标识该地址不可用，客户端重新进入发现阶段
DHCP报文格式
字段含义：
- Op：报文的类型，取值为1或2，1代表客户端请求报文，2代表服务器响应报文
- Htype：硬件地址的类型，取值1代表常见的以太网MAC地址类型
- Hlen：硬件地址的长度，单位为字节，常见的以太网MAC地址长度取值为6
- Hops：当前DHCP报文经过的[DHCP Relay](# DHCP Relay) 数目。该字段由客户端设置为0，每经过一个DHCP Relay，字段值加一。字段作用是限制DHCP报文经过的DHCP Relay数目
- Xid：客户端选取的随机数，使服务器的回复于客户端的报文相关联。用来标识一次地址请求过程。在一次请求中所有报文的 xid 都是一样的
- Secs：客户端填充，标识从客户端开始获得IP地址或IP地址续借所使用的秒数，未获得IP地址前，该值为0。
- Flags：客户端请求服务器发送响应报文的形式，只有最高位有含义，最高位为1请求发送广播响应，为0请求发送单播响应，其余15位为0
- Ciaddr：客户端的IP地址，只有在ACK报文中有取值，其他均为0，因此还未分配到IP地址
- Yiaddr：服务器分配给客户端的IP地址
- Siaddr：服务器的IP地址
- Giaddr：转发代理（网关）IP 地址，DHCP 客户端发出请求报文后经过的第一个 DHCP 中继的 IP 地址。如果没有经过 DHCP 中继，则显示为 0
- Chaddr：客户端的Mac地址
- Sname：服务器名字（DNS域名格式），由服务器填写，可选值，如果填写，必须是以0结尾的字符串
- File：客户端启动DHCP相关配置的文件名，仅在Offer报文中显示，其余报文中为空。字段由DHCP服务器填写，随着IP地址的分配下发给客户端。可选值，如果填写，必须是以0结尾的字符串
- Option：服务器分配给终端的配置信息，其中通过Type=53来表示DHCP报文类型，具体见下框
Option字段为可变长度，最多为312Byte，字段由Type、Length和Value三部分组成，常见的Option如下：
Type=53，Length=1，Value取值从01到08分别表示不同的DHCP报文类型：
其中前物种报文类型已在前文提到，后面三种报文含义如下：
- 6-DHCP NAK：服务器对客户端的DHCP REQUEST消息的拒绝响应消息。 • 7-DHCP RELEASE：客户端可通过发送此消息主动释放服务器分配给它的IP地址。 • 8-DHCP INFORM：DHCP客户端获取IP地址后，如果需要向DHCP服务器获取更为详细的配置信息（网关地址、DNS服务器地址），则向DHCP服务器发送DHCP INFORM请求消息。
除了规定的字段选项，还有用户自定义选项，并不做统一规定，例如Option82和Option43：
- Option 82：中继代理信息 DHCP中继或DHCP Snooping设备接收到客户端发送给服务器的请求报文后，在该报文中添加Option82，并转发给DHCP服务器。管理员可从该字段中获取DHCP客户端的信息，例如DHCP客户机所连接交换机端口的VLAN ID、二层断开后号，中继设备的MAC地址等
Option82最多包含255个Sub-Option，至少定义一个Sub-Option，常用的Sub-Option如下： - Sub-Option 1：为代理电路id（即circuit id）子项。子选项通常在DHCP中继设备上 配置，定义了在传输报文的时候要携带DHCP客户端所连接交换机端口的vlan-id及二 层端口号。通常Sub-Option 1与Sub-Option 2子选项要共同使用来标识DHCP源端的信息。 - Sub-Option 2：代理远程id（即remote id）子项。该子选项也通常在DHCP中继设备上配置，定义了在传输报文的时候要携带中继设备的mac地址信息。 - Sub-Option 5：为链路选择（link selection）子项，该选项中包含了DHCP中继添加的ip地址。这样DHCP server在分配ip地址给DHCP客户端的时候就可以分配与该地址同网段的ip地址。
- Option43：厂商特定信息 服务器和客户端通过该字段交换厂商的特定信息，DHCP服务器接收到请求Option43信息的请求报文（Option55中带有43参数）后，将在回复报文中携带Option43，为客户端分配厂商特定的信息。
在WLAN组网中，AP作为客户端，DHCP服务器为AP指定AC的IP地址（AP和AC不在一个广播域时，AP无法通过广播的方式获取AC的IP地址，从而无法建立CAPWAP隧道），方便AP和AC建立连接：
DHCP续租
DHCP服务器给每个分配给客户端的IP地址定义一个使用期限，在租期到期前，客户端如果仍要使用IP地址，可以请求延长租期；如果不需要，可以发送Release报文主动释放IP，服务器会保存这个客户端的配置信息，将IP地址列入曾经分配过的IP地址中，以便后续重新分配给该客户端，或者其他客户端：在没用其他空闲地址可用的情况下，DHCP服务器会把客户端主动释放的IP地址分配给其他客户端。
T1（租期到50%），客户端会自动发送单播的Request报文，请求更新IP地址租期，如果收到ACK报文，则续租成功
T2（租期到87.5%），如果仍未收到服务器的应答，客户端以广播的方式发送Request报文，请求更新IP地址租期，如果收到ACK回应，续租成功
若到租期时间仍未收到回复，客户端停止使用该IP，重新发送Discover报文请求新的IP
在租期到期期间，如果收到NAK报文，则重新发送Discover请求新的IP
客户端非首次接入网络
该情况下可以使用曾经使用过的地址，再次接入网络时，广播发送包含前一次分配的IP地址的Request报文，报文中的Option50字段填入曾经使用过的IP地址
服务器收到该报文后，根据报文中的MAC地址查找是否有租约记录，如果有，返回ACK，否则不响应。
DHCP分配IP地址顺序
按照以下次序为客户选择IP地址：
- DHCP服务器的数据库中与客户端MAC地址静态绑定的IP地址。
- 客户端以前曾经使用过的IP地址，即客户端发送的请求报文中请求IP地址选项的地址。
- 在DHCP地址池中， 顺序查找可供分配的空闲IP地址，最先找到的IP地址。
- 如果在DHCP地址池中未找到可供分配的空闲IP地址，则依次查询超过租期、发生冲突的IP地址， 如果找到可用的IP地址， 则进行分配，否则报告错误。
DHCP配置
DHCP Relay
DHCP 即 DHCP 中继，为了解决DHCP 服务器和DHCP 客户端不在同一个广播域而存在的，提供了对DHCP广播报文的中继转发功能，能够把DHCP 客户端的广播报文“透明地”传送到其他广播域的DHCP服务器上，同样也能够把DHCP服务器端的应答报文“透明地”传送到其他广播域的DHCP客户端。
DHCP Relay 报文格式与 DHCP报文格式 一致，具体含义可到前文查看。其中要注意的是Hops字段代表了服务器和客户端之间的DHCP中继数目不能超过16个，也就是Hops值不能大于16，否则DHCP报文将被丢弃。
Giaddr字段填充的是DHCP客户端到服务器端的中继中第一个中继器的IP地址，以后都不会变，只有Hops跳数会增加。
工作原理
发现阶段： DHCP中继收到客户端广播发送的Discover报文后，通过路由转发单播发送到服务器或下一中继
中继发送Discover报文之前，会对报文进行检查：
检查DHCP报文中的Hops字段，如果大于16，则丢弃DHCP报文；否则，将Hops字段 加1（表明经过一次DHCP中继），并继续下面的操作。
检查DHCP报文中的Giaddr字段。如果是0，将Giaddr字段设置为接收DHCP DISCOVER报文的接口IP地址。如果不是0，则不修改该字段，继续下面的操作。
将DHCP报文的目的IP地址改为DHCP服务器或下一跳中继的IP地址，源地址改为中继 连接客户端的接口地址，通过路由转发将DHCP报文单播发送到DHCP服务器或下一 跳中继。
提供阶段： 服务器根据Discover报文中的Giaddr字段选择地址池为客户端分配网络参数，中继收到Offer报文后，使用单播或广播的方式发送给客户端
中继收到Offer报文后，同样会先检查报文：
检查报文中的Giaddr字段，如果不是接口的地址，则丢弃该报文；否则，继续下面的 操作。
DHCP中继检查报文的广播标志位。如果广播标志位为1，则将DHCP OFFER报文广播 发送给DHCP客户端；否则将DHCP OFFER报文单播发送给DHCP客户端。
选择阶段： 中继接收到Request报文，处理过程和发现阶段一样
确认阶段： 中继收到ACK报文，处理过程和提供阶段一样
DHCH Relay配置
