【网络协议】DHCP（动态主机配置协议）

概述

IP 地址分配是网络管理员的一个重要任务。在设备数量众多的情况下为路由器和其他设备配置 IP 地址可能会稍显困难。本文将讨论 IP 地址分配的解决方案——DHCP。我们将了解 DHCP 的基本概念及其工作原理，并学习如何配置和排查 DHCP 问题。

DHCP

在网络中，所有终端用户设备都需要一个 IP 地址才能访问网络。通常，静态 IP 地址会分配给路由器、交换机的管理接口、服务器及其他在物理或逻辑位置上保持固定的设备。这些静态 IP 地址通常用于远程访问和设备管理。

然而，用户设备（如计算机、智能手机、IP 电话等）往往可能更改其物理或逻辑位置，因此为它们分配静态 IP 地址并不可行。

为了解决这些问题，DHCP 协议应运而生。通过 DHCP，我们能够自动为用户设备分配 IP 地址信息，从而减少手动为每台设备分配静态 IP 地址的管理工作量。

以下是网络拓扑图示例：

在该网络中，有两台路由器和两个局域网（LAN），每个网络中有 100 台用户 PC。为路由器接口配置 IP 地址并不复杂，但想象一下，如果为每台 PC 配置静态 IP 地址，这无疑是一项繁重且具有挑战性的任务。

尤其当这些用户设备分布在不同的位置时，配置静态 IP 地址的复杂性会进一步增加。而 DHCP 则能够有效解决这些问题。

DHCP 操作

DHCP 的主要任务是为用户设备分配 IP 地址信息。DHCP 的工作方式分为三种类型：

1、手动 IP 分配
在这种模式下，网络管理员会从 DHCP 服务器为用户手动分配 IP 地址，然后服务器将这些信息传递给客户端。

2、自动 IP 分配
在此模式下，DHCP 服务器从一个地址池中为客户端分配静态 IP 地址，这些 IP 地址是固定的，只有管理员进行配置修改时才会改变。

3、动态 IP 分配
在此模式下，管理员配置一个地址池，客户端通过 DHCP 请求 IP 地址，服务器分配一个可用的 IP 地址和其他相关网络信息，供客户端在特定的租期内使用。租期到期后，IP 地址会返回到 DHCP 地址池，客户端需要重新请求新的 IP 地址。

当一台计算机连接到 DHCP 服务器时，服务器会为其提供 IP 地址信息，并在指定的租期内允许使用该 IP 地址。

下图演示了客户端与 DHCP 服务器之间的交互过程：

DHCPdiscover

客户端启动时，会广播一条消息以查找 DHCP 服务器。由于此时客户端尚未配置 IP 地址，因此使用全局广播地址进行通信。

DHCPoffer

DHCP 服务器接收到客户端的请求后，会从地址池中选择一个可用的 IP 地址，并将客户端的 MAC 地址和待分配的 IP 地址信息记录到 ARP 表中。然后，服务器会通过单播方式向客户端发送 DHCPOFFER 消息。

DHC