DHCP服务器的工作原理
DHCP简介

DHCP的前身是BOOTP，它工作在OSI的应用层，是一种帮助计算机从指定的DHCP服务器获取配置信息的自举协议。DHCP使用客户端/服务器模式，请求配置信息的计算机叫做“DHCP客户端”，而提供信息的叫做“DHCP服务器”。DHCP为客户端分配地址的方法有3种，即手工配置、自动配置和动态配置。DHCP最重要的功能就是动态分配，除了IP地址，DHCP还为客户端提供其他的配置信息，如子网掩码，从而使得客户端无须用户动手即可自动配置并连接网络。

为什么使用DHCP

DHCP在快速发送客户网络配置方面很有用，当配置客户端系统时，若管理员选择DHCP，则不必输入IP地址、子网掩码、网关或DNS服务器，客户端从DHCP服务器中检索这些信息。DHCP在网络管理员想改变大量系统的IP地址时也有用，与其重新配置所有系统，不如编辑服务器中的一个用于新IP地址集合的DHCP配置文件。如果某机构的DNS服务器改变，这种改变只须在DHCP服务器中，而不必在DHCP客户端上进行。一旦客户端的网络被重新启动（或客户端重新引导系统），改变就会生效。除此之外，如果便携电脑或任何类型的可移动计算机被配置使用DHCP，只要每个办公室都有一个允许其联网的DHCP服务器，它就可以不必重新配置而在办公室间自由移动。

DHCP的工作流程

1．发现阶段

即DHCP客户端查找DHCP服务器的阶段。客户机以广播方式（因为DHCP服务器的IP地址对于客户端来说是未知的）发送DHCP discover信息来查找DHCP服务器，即向地址255.255.255.255发送特定的广播信息。网络上每一台安装了TCP/IP的主机都会接收到这种广播信息，但只有DHCP服务器才会做出响应。

2．提供阶段

即DHCP服务器提供IP地址的阶段，在网络中接收到DHCP discover信息的DHCP服务器都会做出响应。它从尚未出租的IP地址中挑选一个分配给DHCP客户端，向其发送一个包含出租的IP地址和其他设置的DHCP offer信息。

3．选择阶段

即DHCP客户端选择某台DHCP服务器提供的IP地址的阶段。如果有多台DHCP服务器向DHCP客户端发送DHCP offer信息，则DHCP客户端只接受第1个收到的DHCP offer信息。然后它就以广播方式回答一个DHCP request信息，该信息中包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。之所以要以广播方式回答，是为了通知所有DHCP服务器，它将选择某台DHCP服务器所提供的IP地址。

4．确认阶段

即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段。当DHCP服务器收到DHCP客户端回答的DHCP request信息之后，它向DHCP客户端发送一个包含其所提供的IP地址和其他设置的DHCP ACK信息，告诉DHCP客户端可以使用该IP地址，然后DHCP客户端便将其TCP/IP与网卡绑定。另外，除DHCP客户端选中的服务器外，其他的DHCP服务器都将收回曾提供的IP地址。

5．重新登录

以后DHCP客户端每次重新登录网络时，不需要发送DHCP discover信息，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request信息。当DHCP服务器收到这一信息后，它会尝试让DHCP客户端继续使用原来的IP地址，并回答一个DHCP ACK信息。如果此IP地址已无法再分配给原来的DHCP客户端使用（比如此IP地址已分配给其他DHCP客户端使用），则DHCP服务器给DHCP客户端回答一个DHCP NACK信息。当原来的DHCP客户端收到此信息后，必须重新发送DHCP discover信息来请求新的IP地址。

6．更新租约

DHCP服务器向DHCP客户端出租的IP地址一般都有一个租借期限，期满后DHCP服务器便会收回该IP地址。如果DHCP客户端要延长其IP租约，则必须更新其IP租约。DHCP客户端启动时和IP租约期限过一半时，DHCP客户端都会自动向DHCP服务器发送更新其IP租约的信息。

  DHCP的设计目标

（1）DHCP应该是一种机制而不是策略，它必须允许本地系统管理员控制配置参数，本地系统管理员应该能够对所希望管理的资源进行有效的管理。

　　（2）客户端不需要手工配置，而应该在不参与的情况下发现合适于本地机的配置参数，并利用这些参数加以配置。

　　（3）不需要为单个客户端配置网络，在通常情况下，网络管理员没有必要输入任何预先设计好的用户配置参数。

　　（4）DHCP不需要在每个子网上配置一台服务器，出于经济原因，DHCP服务器必须可以和路由器或BOOTP转发代理一起工作。

（5）DHCP客户端必须能对多个DHCP服务器提供的服务做出响应，出于网络稳定与安全的考虑，有时需要在网络中添加多台DHCP服务器。

　　（6）DHCP必须静态配置，而且必须用现存的网络协议实现。

（7）DHCP必须能够和BOOTP转发代理互操作。

（8）DHCP必须能够为现有的BOOTP客户端提供服务。

（9）不允许有多个客户端同时使用一个网络地址。

（10）在DHCP客户端重新启动后仍然能够保留其原先的配置参数，如果可能，客户端应该被指定为相同的配置参数。

　　（11）在DHCP服务器重新启动后仍然能够保留客户端的配置参数，如果可能，即使DHCP机制重新启动，也应该能够为客户端分配原有的配置参数。

（12）能够为新加入的客户端自动提供配置参数。

（13）支持对特定客户端永久固定分配网络地址。

上面（9）~（13）的设计目标是对于网络层参数的设计而言的，在网络层参数上，DHCP必须做到这几点。

安装DHCP服务器

DHCP配置文件

可以使用RHEL 5.0自身携带的RPM包安装，安装结束后DHCP端口监督程序dhcpd配置文件是/etc目录中的名为dhcpd.conf的文件。下面手工建立/etc/dhcpd.conf文件，该文件通常包括3个部分，即parameters参数、declarations声明和option选项。

1．DHCP配置文件中的parameters

parameters表明如何执行任务，以及是否要执行任务或将哪些网络配置选项发送给客户端，主要参数如表8-1所示。

DHCP配置文件中的主要参数

  2．DHCP配置文件中的declarations

declarations用来描述网络布局及提供客户的IP地址等，主要声明

  声明

续表 

option用来配置DHCP可选参数，全部用option关键字作为开始，主要选项如表8-3所示。表8-3  DHCP配置文件中option关键字的主要选项 选  项
 解  释

subnet-mask
 为客户端设定子网掩码

domain-name
为客户端指明DNS名字

domain-name-servers
为客户端指明DNS服务器的IP地址

host-name
为客户端指定主机名称

routers
为客户端设定默认网关

broadcast-address
为客户端设定广播地址

ntp-server
为客户端设定网络时间服务器的IP地址

time-offset
为客户端设定格林威治时间的偏移时间，单位是秒

　　配置实例

在下面的实例中使用一个example.com的虚拟域名，用户需要修改其中的内容以满足网络的需求。/etc/dhcpd.conf文件的内容如下：

# The options outside a subnet directive are global unless

# over-ridden by the same setting inside the subnet directive.

option domain-name-servers 192.0.34.43, 193.0.0.236;

default-lease-time 6000; max-lease-time 7200;# If this DHCP server is the official DHCP server for the local

# network, the authoritative directive should be uncommented.authoritative;

# Use this to send dhcp log messages to a different log file (you also

# have to hack syslog.conf to complete the redirection).log-facility local7;

# Handle client dynamic dns updates

ddns-update-style none;# Example Network 1 ( on eth0 )

subnet 192.168.200.0 netmask 255.255.255.0 {

option domain-name "corp.example.com";

range 192.168.200.100 192.168.200.200;

option routers 192.168.200.254;

}

上面的实例配置文件分为两个部分，即子网配置信息和全局配置信息。可以有多个子网，这里为了简化，只指定了一个子网。

（1）Subnet。

在上面的例子中，一个子网声明以“subset”关键字开始，所以子网信息包括在{}中。{}中的配置信息只对该子网有效，会覆盖全局配置。

（2）Global。

所有子网以外的配置都是全局配置，如果同一个全局配置没有被子网配置覆盖，则其将对所有子网生效。

（3）Configuration Options。

下面是上例中配置指令的解释说明。

option domain-name-servers 192.0.34.43, 193.0.0.236;

这一行指定客户端应该使用的DNS服务器，该选项可以用于全局参数或者子网参数。

default-lease-time 6000; max-lease-time 7200;

这两行是相关的，default-lease-time指定客户端需要刷新配置信息的时间间隔（秒），max-lease-time为客户端用于无法从服务器获得任何信息的时间，超过该时间则会丢弃之前从该DHCP服务器获得的所有信息，而转向使用OS的默认设置。

authoritative;

指定当一个客户端试图获得一个不是该DHCP服务器分配的IP信息，DHCP将发送一个拒绝消息，而不会等待请求超时。当请求被拒绝，客户端会重新向当前DHCP发送IP请求获得新地址。

log-facility daemon;

指定DHCP服务器发送的日志信息的日志级别。

ddns-update-style none;

该配置可以指定一个方法，客户端用该方法来更新IP对应的域名信息，本例中禁用了该特性。

subnet 192.168.200.0 netmask 255.255.255.0 {

option domain-name "corp.example.com";

range 192.168.200.100 192.168.200.200;

option routers 192.168.200.254;

}

上面内容为子网配置，第1行指定该子网地址和掩码。DHCP服务器必须拥有该子网的一个IP，domain-name设置该客户端的域名。DHCP服务器可以负责整个子网的信息，也可以只负责子网的一段。

option routers配置默认网关IP。

  启动DHCP服务器

1．建立客户端租约文件

运行DHCP服务器还需要一个名为“dhcpd.leases”的文件，其中保存所有已经分发的IP地址。在Red Hat Linux发行版本中，该文件位于/var/lib/dhcp/目录中。如果通过RPM安装ISC DHCP，那么该目录应该已经存在。dhcpd.leases的文件格式为：

Leases address ｛statement｝

一个典型的文件内容如下：

lease 192.168.1.255 { #DHCP服务器分配的IP地址#

  starts 1 2005/05/02 03:02:26;  # lease 开始租约时间#

  ends 1 2005/05/02 09:02:26; # lease 结束租约时间#

  binding state active;

  next binding state free;

  hardware ethernet 00:00:e8:a0:25:86;  #客户机网卡MAC地址#

  uid "\001\000\000\350\240%\206"; #用来验证客户机的UID标志#

  client-hostname "cjh1";  #客户机名称#

}

注意：lease开始租约时间和lease结束租约时间是格林威治标准时间（GMT），不是本地时间。

第1次运行DHCP服务器时，dhcpd.leases是一个空文件，也不用手工建立。如果不是通过RPM安装ISC DHCP，或者dhcpd已经安装，那么应该试着确定dhcpd将其lease文件写到何处并确保该文件存在。也可以手工建立一个空文件：

#touch /var/lib/dhcp/dhcpd.leases

2．启动和检查DHCP服务器

使用命令启动DHCP服务器：

#service dhcpd start

使用ps命令检查dhcpd进程：

#ps -ef | grep dhcpd

root  2402 1  0 14:25 ?  00:00:00 /usr/sbin/dhcpd

root  2764  2725  0 14:29 pts/2  00:00:00 grep dhcpd

使用netstat检查dhcpd运行的端口：

# netstat -nutap | grep dhcpd

  udp 0  0 0.0.0.0:67 0.0.0.0:* 2402/dhcpd

　　3．设置DHCP转发代理

DHCP的转发代理（dhcrelay）允许把无DHCP服务器子网内的DHCP和BOOTP请求转发给其他子网内的一台或多台DHCP服务器。当某个DHCP客户端请求信息时，DHCP转发代理把该请求转发给DHCP转发代理启动时所指定的一台DHCP服务器。当某台DHCP服务器返回一个回应时，该回应被广播或单播给发送最初请求的网络。除非使用INTERFACES指令在/etc/sysconfig/dhcrelay文件中指定了接口，否则DHCP转发代理监听所有接口上的DHCP请求。要启动DHCP转发代理，使用命令：

service dhcrelay start

4．从指定端口启动DHCP服务器

如果系统连接不止一个网络接口，但是只想让DHCP服务器启动其中之一，则可以配置DHCP服务器只在相应设备上启动。在/etc/sysconfig/dhcpd中，把接口的名称添加到DHCPDARGS的列表中：

# Command line options here

DHCPDARGS=eth0

如果有一个带有两块网卡的防火墙机器，这种方法就会大派用场。一块网卡可以被配置成DHCP客户端从互联网上检索IP地址；另一块网卡可以被用做防火墙之后的内部网络的DHCP服务器。仅指定连接到内部网络的网卡使系统更加安全，因为用户无法通过互联网来连接其守护进程。

其他可在/etc/sysconfig/dhcpd中指定的命令行选项如下。

（1）-p<portnum>：指定dhcpd应该监听的UDP端口号码，默认值为67。DHCP服务器在比指定的UDP端口大一位的端口号上把回应传输给DHCP客户端。例如，如果使用默认端口67，服务器就会在端口67上监听请求，然后在端口68上回应客户。如果在此处指定了一个端口号，并且使用了DHCP转发代理，所指定的DHCP转发代理所监听的端口必须是同一端口。

（2）-f：把守护进程作为前台进程运行，在调试时最常用。

（3）-d：把DCHP服务器守护进程记录到标准错误描述器中，在调试时最常用。如果未指定，日志将被写入/var/log/messages中。

（4）-cf<filename>：指定配置文件的位置，默认为/etc/dhcpd.conf。

（5）-lf<filename>：指定租期数据库文件的位置。如果租期数据库文件已存在，在DHCP服务器每次启动时使用同一个文件至关重要。建议只在无关紧要的机器上为调试目的才使用该选项，默认为/var/lib/dhcp/dhcpd.leases。

（6）-q：在启动该守护进程时，不要显示整篇版权信息

5．管理DHCP服务器端口

常见的DHCP服务器是dhcpd，可以通过命令行设定其监听端口。例如，使用以下命令：

#dhcpd eth0

该命令允许dhcpd进程只在eth0网络端口上工作，默认为监听所有端口。由于DHCP同样使用67和68端口通信，所以更改该端口将造成DHCP服务无法正常使用。

设置DHCP客户端

1．在Linux下配置DHCP客户端

配置DHCP客户端的第1步是确定内核能够识别网卡，多数网卡会在安装过程中被识别，系统会为该网卡配置恰当的内核模块。如果在安装后添加了一块网卡，Kudzu应该会识别它，并提示为其配置相应的内核模块。通常网管员选择手工配置DHCP客户端，需要修改/etc/sysconfig/network文件来启用联网；修改/etc/sysconfig/network-scripts目录中每个网络设备的配置文件，在该目录中的每种设备都有一个叫做“ifcfg-eth？”的配置文件。eth？是网络设备的名称，如eth0等。如果想在引导时启动联网，NETWORKING变量必须被设为yes。除此之外，/etc/sysconfig/network文件应该包含以下行：

NETWORKING=yes

DEVICE=eth0

BOOTPROTO=dhcp

ONBOOT=yes

每种需要配置使用DHCP的设备都需要一个配置文件。其他网络脚本包括的选项如下。

（1）DHCP_HOSTNAME：只有当DHCP服务器在接收IP地址前需要客户端指定主机名时才使用该选项。

（2）PEERDNS=<answer>：<answer>取值为如下之一。

yes：使用来自服务器的信息来修改/etc/resolv.conf。若使用DHCP，那么yes是默认值。

no：不要修改/etc/resolv.conf。

（3）SRCADDR=<address>：<address>是用于输出包的指定源IP地址。

（4）USERCTL=<answer>：<answer>取值为如下之一。

 yes：允许非根用户控制该设备。

no：不允许非根用户控制该设备。

　　2．在Windows下设置DHCP客户端

Windows 2000和Windows XP的配置方法相同，DHCP客户端的配置很简单。只需要在“控制面板”中双击“网络连接”图标，然后在如图8-1所示的“本地连接属性”对话框中选择“Internet协议（TCP/IP）”属性。

“常规”选项卡中选择“自动获取IP地址”和“自动获取DNS服务器地址”单选按钮。

3．测试端口监督程序

现在应该已经可以将一个客户机接入到网络中，并通过DHCP请求一个IP地址。要通过Windows客户端测试，在DOS提示符下执行以下操作。  （1）清除适配器可能已经拥有的IP地址信息，执行命令：

ipconfig /release

（2）向DHCP服务器请求一个新的IP地址，执行命令：

ipconfig /renew

显示从DHCP服务器获得的信息，应该会看到Primary WINS Server、DNS Servers和Connection-specific DNS Suffix域都获得了dhcpd.conf文件中提供的数据：

ipconfig /all

DHCP服务器的故障排除

通常配置DHCP服务器很容易，有一些技巧可以帮助避免出现问题。对服务器而言，要确保网卡正常工作并具备广播功能；对客户端而言，要确保网卡正常工作。最后，要考虑网络的拓扑，以及客户端向DHCP服务器发出的广播消息是否会受到阻碍。另外，如果dhcpd进程没有启动，那么可以浏览syslog消息文件来确定是哪里出了问题，这个消息文件通常是/var/ log/messages。

客户端无法获取IP地址

DHCP服务器配置完成且没有语法错误，但是网络中的客户端却无法取得IP地址。这通常是由于Linux DHCP服务器无法接收来自255.255.255.255的DHCP客户端的request封包造成的，一般是Linux DHCP服务器的网卡没有设置MULTICAST功能。为了让dhcpd（dhcp程序的守护进程）能够正常地和DHCP客户端沟通，dhcpd必须传送封包到255.255.255.255这个IP地址。但是在有些Linux系统中，255.255.255.255这个IP地址被用来作为监听区域子网域（local subnet）广播的IP地址。所以需要在路由表（routing table）中加入255.255.255.255以激活MULTICAST功能，执行命令：

route add -host 255.255.255.255 dev eth0

如果报告错误消息：

255.255.255.255：Unkown host

那么修改/etc/hosts，加入如下行：

255.255.255.255 dhcp

DHCP客户端程序和DHCP服务器不兼容

由于Linux有许多发行版本，不同版本使用的DHCP客户端和DHCP服务器程序也不相同。Linux提供了4种DHCP客户端程序，即pump、dhclient、dhcpxd和dhcpcd。了解不同Linux发行版本的服务器端和客户端程序对于排除常见错误是必要的，如果使用SuSE Linux 9.1 DHCP服务器和使用Mandrake Linux 9.0客户端不兼容的情况，则必须更换客户端程序。方法是停止客户端的网络服务，卸载原程序，然后安装和服务器端兼容的程序。表8-4所示为主要Linux发行版本使用的DHCP客户端。

主要Linux发行版本使用的DHCP客户端

管理监控DHCP服务器

/etc/dhcpd.conf通常包括3个部分，即parameters、declarations和option，共40多个参数，可以使用Gdhcpd管理监控DHCP服务器。

Gdhcpd是一个在GNOME及KDE桌面环境下的DHCP管理工具，基本上能实现命令行模式下的所有功能。由于DHCP是一个非常复杂的协议，所以配置工作也是比较麻烦的。

Gdhcpd是一套在GTK+图形界面下开发并用于帮助管理员在桌面环境下完成DHCP设置工作的DHCP前端程序。通过Gdhcpd，网络管理员可以管理DHCP，包括启动及停止DHCP服务器的服务。也可以直接修改配置文件，或决定系统重新启动的时间。几乎所有与DHCP相关的功能都能使用Gdhcpd直接完成。

1．下载安装

#Wget linux/gdhcpd/gdhcpd-0.2.9.tar.gz">http://mange.dynalias.org/linux/gdhcpd/gdhcpd-0.2.9.tar.gz

2．系统要求

硬件要求为中央处理器兼容Intel X86处理器，PentiumII 400以上，64 MB（推荐128 MB）内存，150 MB以上硬盘空间，显示内存4 MB。软件要求为内核版本基于2.4或以上，GNOME 1.2以上。桌面分辨率至少为640×480，桌面颜色至少65 000色（16位元）。

3．安装前的准备工作

安装过程中需要编译，因此需要GCC（2.96以上）、Qt（2.0以上）和GTK＋2.0支持，需要使用RPM来确认：

rpm -qa | grep gcc；rpm -qa | grep qt；rpm -qa | grep gtk＋

4．在命令行下安装软件

命令如下：

gunzip  gdhcpd-0.2.9.tar.gz

tar vxf gdhcpd-0.2.9.tar

cd gdhcpd-0.2.9

./configure；make；make install

5．运行软件

执行一个终端运行命令“/usr/sbin/gdhcpd”，显示Scopes设置界面，如图所示。

Scopes设置界面

在这个界面中可以设置/etc/dhcpd.conf的parameters、declarations及option。在Single hosts界面中可以设置Hostname和Hardware address等，

 Single hosts设置界面

供备份的DHCP设置

在中型网络中，数百台计算机的IP地址的管理是一个大问题。为了解决这个问题，相信许多校园网网管会使用DHCP来动态地为客户端分配IP地址。但是这同样意味着如果DHCP服务器因为某种原因瘫痪，DHCP服务自然也就无法使用。客户端也就无法获得正确的IP地址，从而影响整个网络的运行。为解决这个问题，配置两台以上的DHCP服务器即可。如果其中的一台DHCP服务器故障，另外一台DHCP服务器就会自动承担分配IP地址的任务。对于用户来说，这个过程是透明的，他们并不知道DHCP服务器的变化。

另外，在一个具备多个子网的网络中，提供冗余是一个非常重要的方法。由于DHCP中DHCP服务器负责分配IP地址，一旦DHCP服务器出现故障，那么所有的客户端就无法正确获得IP地址，从而不能访问网络。

可以同时设置多台DHCP服务器来提供冗余，然而Linux的DHCP服务器本身不提供备份。它们占用的IP地址资源也不能重叠，以免发生客户端IP地址冲突的现象。提供容错能力即通过分割可用的IP地址到不同的DHCP服务器上，多台DHCP服务器同时为一个网络服务，从而使得一台服务器发生故障还能正常执行操作。通常为了进一步增强可靠性，还可以将不同的DHCP服务器放置在不同子网中，互相使用中转提供服务。

例如，在两个子网中各自有一台DHCP服务器。标准的做法可以不使用DHCP中转，各子网中的服务器为各个子网服务。然而为了达到容错的目的，可以互相为另一个子网提供服务，通过设置中转或路由器转发广播以达到互为服务的目的。

例如，位于192.168.3.0网络上的srv1的配置文件片段为：

subnet 192.168.3.0 netmask 255.255.255.0 {

  range 192.168.3.10 192.168.3.199;

  }

  subnet 192.168.4.0 netmask 255.255.255.0 {

range 192.168.4.200 192.168.4.220;

}

位于192.168.4.0网络上的srv2的配置文件片段可能为：

subnet 192.168.4.0 netmask 255.255.255.0 {

range 192.168.4.10 192.168.4.199;

}subnet 192.168.3.0 netmask 255.255.255.0 {

 range 192.168.3.200 192.168.3.220;

}

注意：上述设置都是设置样例，标准情况下还需分别指定各option，用于设置IP地址及其相关设置。

可以看出两台服务器都能为两个网络上的客户端分配IP地址，而各自又有一个主要服务的网络。每个网络上的IP地址主要放在本地的服务器上，但也有少部分地址放在另一台子网中的服务器中（地址资源不能冲突），这样提供了一定的容错能力。实际上在多子网网络中，没有必要每个子网设置一台服务器，并使用另外的服务器备份。一般网络中有2台~3台DHCP服务器即可。其他子网可以通过DHCP中转的方式，为该子网提供DHCP服务。

以debug模式运行DHCP服务器

执行命令如下：

#dhcpd -d

该命令指明dhcpd将出错信息记录到标准的错误描述器，记录的信息将根据/etc/syslog.conf文件的配置保存在指定的文件中。例如，在/etc/syslog.conf文件中要指定记录debug信息：

logalldebuginformationinto/var/log/dameon.log

dameon.=debug/var/log/dameon.log

　　小结

DHCP服务器是Linux下比较简单的服务器。DHCP在快速发送客户网络配置方面很有用，当配置客户端系统时，若管理员选择DHCP，则不必输入IP地址、子网掩码、网关或DNS服务器，客户端从DHCP服务器中检索这些信息。DHCP在管理员想改变大量系统的IP地址时也有用，与其重新配置所有系统，不如编辑服务器中的一个用于新IP地址集合的DHCP配置文件即可。本章首先介绍DHCP服务器的工作原理，安装DHCP服务器和设置DHCP客户端的方法以及DHCP服务器的故障排除。

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