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随着网络规模的不断扩大和网络复杂度的提高，计算机的数量经常超过可供分配的IP地址数量。同时随着便携机及无线网络的广泛使用，计算机的位置也经常变化，相应的IP地址也必须经常更新，从而导致网络配置越来越复杂。DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）就是为解决这些问题而发展起来的。
DHCP采用客户端/服务器通信模式，由客户端向服务器提出配置申请，服务器返回为客户端分配的IP地址等相应的配置信息，以实现IP地址等信息的动态配置。
在DHCP的典型应用中，一般包含一台DHCP服务器和多台客户端（如PC和便携机），如图1所示。
图1 DHCP典型应用
& 说明：
DHCP客户端和DHCP服务器处于不同物理网段时，客户端可以通过DHCP中继与服务器通信，获取IP地址及其他配置信息。
针对客户端的不同需求，DHCP提供三种IP地址分配策略：
l 手工分配地址：由管理员为少数特定客户端（如WWW服务器等）静态绑定固定的IP地址。通过DHCP将配置的固定IP地址发给客户端。
l 自动分配地址：DHCP为客户端分配租期为无限长的IP地址。
l 动态分配地址：DHCP为客户端分配具有一定有效期限的IP地址，到达使用期限后，客户端需要重新申请地址。绝大多数客户端得到的都是这种动态分配的地址。
图2 IP地址动态获取过程
如图2所示，DHCP客户端从DHCP服务器动态获取IP地址，主要通过四个阶段进行：
(1) 发现阶段，即DHCP客户端寻找DHCP服务器的阶段。客户端以广播方式发送DHCP-DISCOVER报文。
(2) 提供阶段，即DHCP服务器提供IP地址的阶段。DHCP服务器接收到客户端的DHCP-DISCOVER报文后，根据IP地址分配的优先次序选出一个IP地址，与其他参数一起通过DHCP-OFFER报文发送给客户端。DHCP-OFFER报文的发送方式由DHCP-DISCOVER报文中的flag字段决定，具体请参见“DHCP报文格式”的介绍。
(3) 选择阶段，即DHCP客户端选择IP地址的阶段。如果有多台DHCP服务器向该客户端发来DHCP-OFFER报文，客户端只接受第一个收到的DHCP-OFFER报文，然后以广播方式发送DHCP-REQUEST报文，该报文中包含DHCP服务器在DHCP-OFFER报文中分配的IP地址。
(4) 确认阶段，即DHCP服务器确认IP地址的阶段。DHCP服务器收到DHCP客户端发来的DHCP-REQUEST报文后，只有DHCP客户端选择的服务器会进行如下操作：如果确认将地址分配给该客户端，则返回DHCP-ACK报文；否则返回DHCP-NAK报文，表明地址不能分配给该客户端。
& 说明：
l 客户端收到服务器返回的DHCP-ACK确认报文后，会以广播的方式发送免费ARP报文，探测是否有主机使用服务器分配的IP地址，如果在规定的时间内没有收到回应，客户端才使用此地址。否则，客户端会发送DHCP-DECLINE报文给DHCP服务器，并重新申请IP地址。
l 如果网络中存在多个DHCP服务器，除DHCP客户端选中的服务器外，其它DHCP服务器中本次未分配出的IP地址仍可分配给其他客户端。
如果采用动态地址分配策略，则DHCP服务器分配给客户端的IP地址有一定的租借期限，当租借期满后服务器会收回该IP地址。如果DHCP客户端希望继续使用该地址，需要更新IP地址租约。
在DHCP客户端的IP地址租约期限达到一半时间时，DHCP客户端会向为它分配IP地址的DHCP服务器单播发送DHCP-REQUEST报文，以进行IP租约的更新。如果客户端可以继续使用此IP地址，则DHCP服务器回应DHCP-ACK报文，通知DHCP客户端已经获得新IP租约；如果此IP地址不可以再分配给该客户端，则DHCP服务器回应DHCP-NAK报文，通知DHCP客户端不能获得新的租约。
如果在租约的一半时间进行的续约操作失败，DHCP客户端会在租约期限达到7/8时，广播发送DHCP-REQUEST报文进行续约。DHCP服务器的处理方式同上，不再赘述。
DHCP有8种类型的报文，每种报文的格式相同，只是某些字段的取值不同。DHCP报文格式基于BOOTP的报文格式，具体格式如图3所示（括号中的数字表示该字段所占的字节）。
图3 DHCP报文格式
各字段的解释如下：
l op：报文的操作类型，分为请求报文和响应报文，1为请求报文；2为响应报文。具体的报文类型在option字段中标识。
l htype、hlen：DHCP客户端的硬件地址类型及长度。
l hops：DHCP报文经过的DHCP中继的数目。DHCP请求报文每经过一个DHCP中继，该字段就会增加1。
l xid：客户端发起一次请求时选择的随机数，用来标识一次地址请求过程。
l secs：DHCP客户端开始DHCP请求后所经过的时间。目前没有使用，固定为0。
l flags：第一个比特为广播响应标识位，用来标识DHCP服务器响应报文是采用单播还是广播方式发送，0表示采用单播方式，1表示采用广播方式。其余比特保留不用。
l ciaddr：DHCP客户端的IP地址。
l yiaddr：DHCP服务器分配给客户端的IP地址。
l siaddr：DHCP客户端获取IP地址等信息的服务器IP地址。
l giaddr：DHCP客户端发出请求报文后经过的第一个DHCP中继的IP地址。
l chaddr：DHCP客户端的硬件地址。
l sname：DHCP客户端获取IP地址等信息的服务器名称。
l file：DHCP服务器为DHCP客户端指定的启动配置文件名称及路径信息。
l option：可选变长选项字段，包含报文的类型、有效租期、DNS服务器的IP地址、WINS服务器的IP地址等配置信息。
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