协议说明
DHCP 协议（动态主机设定协定）是一个用于局域网的网络协议，位于TCP/IP的应用层，使用UDP协议工作，主要有两个用途：
- 用于内部网络和网络服务商自动分配IP给用户
- 用于内部网络管理员对所有电脑作中央管理
DHCP 用一台或一组DHCP服务器来管理网络参数的分配，这种分配方式具有容错性。即使在一个仅拥有少量机器的网络中，DHCP仍然是有用的，因为一台机器可以不造成任何影响的被加入到网路中。
甚至对于很少改变地址的服务器，DHCP仍然被建议用来设置它们的地址。如果服务器需要被重新分配地址，尽可能不改变之前的配置。对于一些设备，如路由器和防火墙，则不应该使用DHCP。
DHCP 于 1993 年10月成为标准协议，前身是 BOOTP （Bootstrap Protocol， 引导程序协议），DHCP 被设计成向前兼容 BOOTP 协议。当前的DHCP定义可以在RFC 2131找到，而基于IPv6的建议标准(DHCPv6)可以在RFC3315中找到。
协议结构
- Op：消息操作代码，既可以是引导请求（BOOTREQUEST 1）也可以是引导答复（BOOTREPLY 2）
- Htype：硬件地址类型
- Hlen：硬件地址长度
- Hops：客户端设置为0，relay agent使用
- Xid：处理ID
- Secs：从获取到IP地址或者续约过程开始到现在所消耗的时间
- Flags：标记
- Ciaddr：客户机IP地址
- Yiaddr：“你的”（客户机）IP地址
- Siaddr：在bootstrap中使用的下一台服务器的IP地址
- Giaddr：用于导入的接替代理IP地址
- Chaddr：客户机硬件
- Sname：任意服务器主机名称，空终止符
- File：DHCP发现协议中的引导文件名、空终止符、属名或者空，DHCP供应协议中的受限目录路径名
- Options：可选参数字段。参考定义选择列表中的选择文件
协议时序
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
| sequenceDiagram
participant Server(not selected)
participant Client
participant Server(selected)
Note over Client: Begins initialization
Client ->>+ Server(selected): DHCPDISCOVER
Client ->>+ Server(not selected): DHCPDISCOVER
Note over Server(selected): Determines configuration
Server(selected) ->>- Client: DHCPOFFER
Note over Server(not selected): Determines configuration
Server(not selected) ->>- Client: DHCPOFFER
Note over Client: Collects replies, Selects configuration
Client ->>+ Server(selected): DHCPREQUEST
Client ->> Server(not selected): DHCPREQUEST
Note over Server(selected): Commits configuration
Server(selected) ->>- Client: DHCPACK
Note over Client: Initialization complete
Note over Client: Graceful shutdown
Client ->> Server(selected): DHCPRELEASE
Note over Server(selected): Discards lease
|
DHCP 客户端发送 DHCPDISCOVER 广播报文请求 DHCP 网络配置；
Server 端收到后应答 DHCPOFFER 配置客户端；客户端选择一个 Server 以及它提供的网络参数，填写 server identifier option 后广播 DHCPREQUEST 报文；
Server 接收到 DHCPREQUEST 报文，没被选中的 Sever 通过该报文确认 client 没有使用自己提供的配置，被选中的 Server 持久化客户端binding配置，并应答 DHCPACK 报文，DHCPACK 中的配置不能和之前的 DHCPOFFER 冲突，并且 Server 在该阶段并不检查提供的网络地址；
客户端接收到 DHCPACK 后，应该对参数作最后的检查（例如ARP检查获得的网络地址），并记录lease时间。如果客户端发现网络地址已经被占用了，客户端需要发送 DHCPDECLINE 消息给 Server 并等待至少10s后重启配置流程。
DHCP 协议状态转移图
DHCP 常用 Option 字段
Subnet Mask
客户端子网掩码，如果subnet mask option和router option同时指定，subnet mask必须第一个。
1
2
3
4
| Code Len Subnet Mask
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
| 1 | 4 | m1 | m2 | m3 | m4 |
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
|
Router Option
指定客户端子网中的路由器IP列表。
1
2
3
4
| Code Len Address 1 Address 2
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
| 3 | n | a1 | a2 | a3 | a4 | a1 | a2 | ...
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
|
Domain Name Server Option
为客户端指定DNS列表。
1
2
3
4
| Code Len Address 1 Address 2
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
| 6 | n | a1 | a2 | a3 | a4 | a1 | a2 | ...
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
|
Host Name Option
指定客户端名字。
1
2
3
4
| Code Len Host Name
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
| 12 | n | h1 | h2 | h3 | h4 | h5 | h6 | ...
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
|
Domain Name
指定客户端hostname的在DNS中记录的域名。
1
2
3
4
| Code Len Domain Name
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
| 15 | n | d1 | d2 | d3 | d4 | ...
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
|
Interface MTU Option
网卡MTU。
1
2
3
4
| Code Len MTU
+-----+-----+-----+-----+
| 26 | 2 | m1 | m2 |
+-----+-----+-----+-----+
|
Static Route Option
指定客户端需要添加的静态路由。default route(0.0.0.0) 在静态路由中使用是非法的。
1
2
3
4
5
6
7
8
| Code Len Destination 1 Router 1
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
| 33 | n | d1 | d2 | d3 | d4 | r1 | r2 | r3 | r4 |
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
Destination 2 Router 2
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+---
| d1 | d2 | d3 | d4 | r1 | r2 | r3 | r4 | ...
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+---
|
Classless Route Option
支持CIDR目的路由，如果客户端不支持，忽略该配置；如果客户端支持，当static route 和 classless route 同时配置时，忽略static route option。如果Server同时返回 classless route和router option，忽略router option。
很多客户端可能不支持该选项，Server 最好同时发送 classless route和router option，在 classless route和router option中同时指定默认网关。
当客户端请求classless route，同时请求static routes或routers option时，Server只需要发送classless route，不要发送static routes和routers option。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
| Code Len Destination 1 Router 1
+-----+---+----+-----+----+----+----+----+----+
| 121 | n | d1 | ... | dN | r1 | r2 | r3 | r4 |
+-----+---+----+-----+----+----+----+----+----+
Destination 2 Router 2
+----+-----+----+----+----+----+----+
| d1 | ... | dN | r1 | r2 | r3 | r4 |
+----+-----+----+----+----+----+----+
|
Server Identifier
DHCPOFFER 和 DHCPREQUEST 中用于指定 DHCP Server。
1
2
3
4
| Code Len Address
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
| 54 | 4 | a1 | a2 | a3 | a4 |
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
|
Client-identifier
客户端默认用硬件地址来作为ID，但是也可以用这个值作为ID，Server 可以使用这个id来存取客户端的配置。服务器可以用域名，虚拟机用机器UUID来设置该值。
1
2
3
4
| Code Len Type Client-Identifier
+-----+-----+-----+-----+-----+---
| 61 | n | t1 | i1 | i2 | ...
+-----+-----+-----+-----+-----+---
|
参考资料
附录
状态图源码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
| stateDiagram
[*] --> INIT
INIT --> SELECTING: -/Send DHCPDISCOVER
SELECTING --> SELECTING: DHCPOFFER/Collect replies
SELECTING --> REQUESTING: Select offerk/send DHCPREQUEST
REQUESTING --> REQUESTING: DHCPOFFER/Discard
REQUESTING --> INIT: DHCPNAK/Discard offer, DHCPACK (not accept.)/Send DHCPDECLINE
REQUESTING --> BOUND: DHCPACK/Record lease, set timers T1, T2
BOUND --> BOUND: DHCPOFFER, DHCPACK, DHCPNAK/Discard
BOUND --> RENEWING: T1 expires/Send DHCPREQUEST to leasing server
RENEWING --> BOUND: DHCPACK/Record lease, set timers T1, T2
RENEWING --> REBINDING: T2 expires/Broadcast DHCPREQUEST
RENEWING --> INIT: DHCPNAK/Halt network
REBINDING --> BOUND: DHCPACK/Record lease, set timers T1,T2
REBINDING --> INIT: DHCPNAK, Lease expired/Halt network
INIT_REBOOT --> REBOOTING: -/Send DHCPREQUEST
REBOOTING --> BOUND: DHCPACK/Record lease, set timers T1, T2
REBOOTING --> INIT: DHCPNAK/Restart
|
