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隨著網絡規模的不斷擴大和網絡複雜度的提高，計算機的數量經常超過可供分配的IP地址數量。同時隨著便攜機及無線網絡的廣泛使用，計算機的位置也經常變化，相應的IP地址也必須經常更新，從而導致網絡配置越來越複雜。DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議）就是為解決這些問題而發展起來的。
DHCP采用客戶端/服務器通信模式，由客戶端向服務器提出配置申請，服務器返回為客戶端分配的IP地址等相應的配置信息，以實現IP地址等信息的動態配置。
在DHCP的典型應用中，一般包含一台DHCP服務器和多台客戶端（如PC和便攜機），如圖1所示。
圖1 DHCP典型應用
& 說明：
DHCP客戶端和DHCP服務器處於不同物理網段時，客戶端可以通過DHCP中繼與服務器通信，獲取IP地址及其他配置信息。
針對客戶端的不同需求，DHCP提供三種IP地址分配策略：
l 手工分配地址：由管理員為少數特定客戶端（如WWW服務器等）靜態綁定固定的IP地址。通過DHCP將配置的固定IP地址發給客戶端。
l 自動分配地址：DHCP為客戶端分配租期為無限長的IP地址。
l 動態分配地址：DHCP為客戶端分配具有一定有效期限的IP地址，到達使用期限後，客戶端需要重新申請地址。絕大多數客戶端得到的都是這種動態分配的地址。
圖2 IP地址動態獲取過程
如圖2所示，DHCP客戶端從DHCP服務器動態獲取IP地址，主要通過四個階段進行：
(1) 發現階段，即DHCP客戶端尋找DHCP服務器的階段。客戶端以廣播方式發送DHCP-DISCOVER報文。
(2) 提供階段，即DHCP服務器提供IP地址的階段。DHCP服務器接收到客戶端的DHCP-DISCOVER報文後，根據IP地址分配的優先次序選出一個IP地址，與其他參數一起通過DHCP-OFFER報文發送給客戶端。DHCP-OFFER報文的發送方式由DHCP-DISCOVER報文中的flag字段決定，具體請參見“DHCP報文格式”的介紹。
(3) 選擇階段，即DHCP客戶端選擇IP地址的階段。如果有多台DHCP服務器向該客戶端發來DHCP-OFFER報文，客戶端隻接受第一個收到的DHCP-OFFER報文，然後以廣播方式發送DHCP-REQUEST報文，該報文中包含DHCP服務器在DHCP-OFFER報文中分配的IP地址。
(4) 確認階段，即DHCP服務器確認IP地址的階段。DHCP服務器收到DHCP客戶端發來的DHCP-REQUEST報文後，隻有DHCP客戶端選擇的服務器會進行如下操作：如果確認將地址分配給該客戶端，則返回DHCP-ACK報文；否則返回DHCP-NAK報文，表明地址不能分配給該客戶端。
& 說明：
l 客戶端收到服務器返回的DHCP-ACK確認報文後，會以廣播的方式發送免費ARP報文，探測是否有主機使用服務器分配的IP地址，如果在規定的時間內沒有收到回應，客戶端才使用此地址。否則，客戶端會發送DHCP-DECLINE報文給DHCP服務器，並重新申請IP地址。
l 如果網絡中存在多個DHCP服務器，除DHCP客戶端選中的服務器外，其它DHCP服務器中本次未分配出的IP地址仍可分配給其他客戶端。
如果采用動態地址分配策略，則DHCP服務器分配給客戶端的IP地址有一定的租借期限，當租借期滿後服務器會收回該IP地址。如果DHCP客戶端希望繼續使用該地址，需要更新IP地址租約。
在DHCP客戶端的IP地址租約期限達到一半時間時，DHCP客戶端會向為它分配IP地址的DHCP服務器單播發送DHCP-REQUEST報文，以進行IP租約的更新。如果客戶端可以繼續使用此IP地址，則DHCP服務器回應DHCP-ACK報文，通知DHCP客戶端已經獲得新IP租約；如果此IP地址不可以再分配給該客戶端，則DHCP服務器回應DHCP-NAK報文，通知DHCP客戶端不能獲得新的租約。
如果在租約的一半時間進行的續約操作失敗，DHCP客戶端會在租約期限達到7/8時，廣播發送DHCP-REQUEST報文進行續約。DHCP服務器的處理方式同上，不再贅述。
DHCP有8種類型的報文，每種報文的格式相同，隻是某些字段的取值不同。DHCP報文格式基於BOOTP的報文格式，具體格式如圖3所示（括號中的數字表示該字段所占的字節）。
圖3 DHCP報文格式
各字段的解釋如下：
l op：報文的操作類型，分為請求報文和響應報文，1為請求報文；2為響應報文。具體的報文類型在option字段中標識。
l htype、hlen：DHCP客戶端的硬件地址類型及長度。
l hops：DHCP報文經過的DHCP中繼的數目。DHCP請求報文每經過一個DHCP中繼，該字段就會增加1。
l xid：客戶端發起一次請求時選擇的隨機數，用來標識一次地址請求過程。
l secs：DHCP客戶端開始DHCP請求後所經過的時間。目前沒有使用，固定為0。
l flags：第一個比特為廣播響應標識位，用來標識DHCP服務器響應報文是采用單播還是廣播方式發送，0表示采用單播方式，1表示采用廣播方式。其餘比特保留不用。
l ciaddr：DHCP客戶端的IP地址。
l yiaddr：DHCP服務器分配給客戶端的IP地址。
l siaddr：DHCP客戶端獲取IP地址等信息的服務器IP地址。
l giaddr：DHCP客戶端發出請求報文後經過的第一個DHCP中繼的IP地址。
l chaddr：DHCP客戶端的硬件地址。
l sname：DHCP客戶端獲取IP地址等信息的服務器名稱。
l file：DHCP服務器為DHCP客戶端指定的啟動配置文件名稱及路徑信息。
l option：可選變長選項字段，包含報文的類型、有效租期、DNS服務器的IP地址、WINS服務器的IP地址等配置信息。
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