DHCP协议原理及抓包分析

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DHCP的作用：
DHCP 全称Dynamic Host configuration protocol，动态主机配置协议。它可以为客户机自动分配IP地址、子网掩码以及缺省网关、DNS服务器的IP地址等TCP/IP参数，简单来说，就是在DHCP服务器上有一个数据库，存放着IP地址、网关、DNS等参数。当客户端请求使用时，服务器则负责将相应的参数分配个客户端，避免客户端手动指定IP地址等。特别是在一些大规模的网络中。客户端数目较多，使用DHCP可以方便对这些机器进行管理，为客户机提供TCP/IP参数配置，如IP地址、网关地址和DNS服务器等，不仅效率高，而且不存在IP地址冲突的情况现在的无线路由器默认都带有DHCP功能，也就是说一个无线路由器同时也是一个DHCP服务器。
DHCP的工作过程
DHCP的大致流程为下图所示

DHCP DISCOVER: 寻找服务器
当DHCP客户端第一次登录网络的时候或者是开机的时候，此设备发现本机上没有任何IP设定，就会网络广播去寻找DHCP服务器。由于客户端此时还不知道自己属于哪一个网路﹐所以封包的来源地址会为0.0.0.0， 目的地址则为255.255.255.255，然后再附上DHCP discover的信息﹐向网路进行广播。 网络上每一台安装了TCP/IP协议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。
DHCP OFFER分配IP地址
当DHCP服务器监听到客户端发出的DHCP Discover广播后，会针对这个客户端的硬件地址 (MAC)与本身的设定数据来进行下列工作：
1 到服务器的登录文件中寻找该用户之前是否曾经用过某个IP ，若有且该IP 目前无人使用，则提供此IP 给客户机；
2若配置文件针对该 MAC提供额外的固定 IP (static IP)时，则提供该固定 IP给客户机；
3若不符合上述两个条件， 则随机取用目前没有被使用的IP 参数给客户端，并记录下来。回应给客户端一个DHCP OFFER封包，由于客户端在开始的时候还没有IP地址﹐所以在其DHCP Discover封包内会带有其MAC地址信息﹐并且有一个XID编号来辨别该封包﹐DHCP服务器回应的DHCP Offer封包则会根据这些资料传递给要求租约的客户。根据服务器端的设定﹐DHCP Offer封包会包含一个租约期限的信息。但这里仅仅是分配，客户端还没有真正的使用
DHCP REQUEST 请求使用
如果客户端收到网路上多台DHCP服务器的回应﹐只会挑选其中一个DHCP Offer(通常是最先抵达的那个)并且向网路发送一个DHCP Request广播封包，告诉所有DHCP服务器它将指定接受哪一台服务器提供的IP位址。之所以要以广播方式回答，是为了通知所有的DHCP服务器，他将选择某台DHCP服务器所提供的IP地址， 同时，客户端还会发送一个ARP封包，查询网路上有没有其他机器使用该IP地址，如果发现该IP被占用，客户端会发送一个DHCP Decline封包给DHCP服务器，拒绝接受其DHCP Offer，并重新开始发送DHCP Discover信息。
DHCP ACK  IP地址分配确认
当DHCP服务器收到DHCP客户机回答的DHCP Request请求信息之后， 它便向DHCP客户机发送一个包含它所提供的IP地址和其他设置的DHCP Ack确认信息。以确认IP地址的正式生效。然后DHCP客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定，另外，除DHCP客户机选中的服务器外，其他的DHCP服务器都将收回曾提供的IP地址
重新登录
当DHCP客户机分配到IP后，每次当DHCP客户机重新登录登录时，则不需要发送DHCP Discover信息了，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCP Request请求信息。当DHCP服务器收到这一信息后，它会尝试DHCP客户机继续使用原来的IP地址，并回答一个DHCP Ack确认信息。如果此IP地址无法继续在分配给原来的DHCP客户机使用时(比如此IP地址以分配给其他DHCP客户机)，则DHCP服务器给DHCP客户机回答一个DHCP NAck否认信息。当原来的DHCP客户机收到此DHCP NAck否认信息后，它必须重新发送DHCP Discover信息来重新请求信的IP地址
更新租约
DHCP服务器向DHCP客户机出租的IP地址一般都有一个租借期限，期满后DHCP服务器便会收回出租的IP地址，如果DHCP客户机要延长其IP租约，则必须更新其IP租约。DHCP客户机启动时和IP租约期限过一半时， DHCP客户机都会自动向DHCP服务器发送其IP租约的信息。 DHCP客户机除了在开机的时候发出DHCP Request请求在外，在使用租期超过50%时刻处，DHCP客户机会以单播形式向DHCP Server发送DHCP Request报文来续租IP地址。如果DHCP客户机成功收到DHCP服务器发送的DHCP ACK报文，则按相应时间延长IP地址租期；如果没有收到DHCP服务器发送的DHCP ACK报文，则DHCP客户机继续使用这个IP地址。在使用租期超过87.5%时刻处，DHCP客户机会以广播形式向DHCP Server发送DHCP Request报文来续租IP地址。如果DHCP客户机成功收到DHCP服务器发送的DHCP ACK报文，则按相应时间延长IP地址租期；如果没有收到DHCP服务器发送的DHCP ACK报文，则DHCP客户机继续使用这个IP地址，直到IP地址使用租期到期时，DHCP Client才会向DHCP Server发送DHCPRelease报文来释放这个IP地址。客户端想提前退租，可以随时发送DHCPRelease命令解约