1 DHCP概述
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議）是一個局域網的網絡協議，使用UDP協議工作，被廣泛用來動態分配網絡資源，如IP地址、地址租期、默認網關以及DNS服務器等。
若采用靜態配置主機的IP地址，需要考慮主機所處的物理位置，網絡管理員進行手動指定用戶的IP地址，人力成本較大。應用DHCP的方式則只需要在服務器上進行統一配置，可以實現集中化管理，簡化配置。因此，在實際應用中，DHCP得到廣泛運用。
2 DHCP工作流程
DHCP采用客戶端/服務器工作模式。DHCP客戶端通過向DHCP服務器發送請求獲取網絡參數，DHCP服務器負責處理客戶端的DHCP請求，分配網絡資源，并集中管理所分配的網絡參數。常見的DHCP流程有4種，分別是新用戶的租約生成過程、客戶端的續租過程、客戶端的重啟接入過程以及客戶端地址釋放過程。接下來本文將詳細介紹這4種DHCP流程。
2.1 DHCP客戶端租約
圖2-1 DHCP租約生成過程
當新用戶接入網絡，可通過DHCP方式動態獲取IP地址和其他網絡參數。DHCP客戶端通過向DHCP服務器發送請求來獲取IP地址和其他配置信息。DHCP服務器負責響應客戶端的DHCP請求，以“租約”的形式動態分配IP地址和其他網絡資源。如圖2-1所示，具體的DHCP租約生成過程如下：
(1) DHCP客戶端發送DISCOVER廣播包在網絡上尋找可用的DHCP服務器。
(2) 所有接收到客戶端DISCOVER數據包的DHCP服務器均會給出響應，從地址池中挑選一個尚未分配的IP地址，向DHCP客戶端以單播/廣播方式回應OFFER數據包（依據DISCOVER報文中flags字段決定是單播回應還是廣播回應）。OFFER數據包中包含IP地址、地址租期以及域名信息等。
(3) DHCP客戶端可能會接收到多個DHCP服務器的OFFER報文，但客戶端通常只接受接收到的第一個OFFER報文，然后發送REQUEST廣播包。DHCP客戶端發送REQUEST采用廣播包，是為了通知其它所有發送OFFER數據包的DHCP服務器釋放已經預分配給該客戶端的IP地址。客戶端在發送的REQUEST數據包中會加入選中的DHCP服務器IP地址和需要的IP地址，正式向服務器請求分配已提供的IP地址。
(4) DHCP服務器收到REQUEST報文后，判斷數據包中服務器的IP地址是否與自己的地址相同。如果不相同，則丟棄數據包；如果相同，DHCP服務器就會處理REQUEST報文并向DHCP客戶端響應一個ACK確認報文，同樣依據REQUEST報文中flags字段決定是單播回應還是廣播回應。至此，客戶端可獲得一個IP地址。
需要注意的是，當DHCP客戶端接收到ACK確認報文時，所分配到的IP地址不能立即使用。客戶端需要進行地址沖突檢測，檢測網絡上是否有其他主機也使用了該地址。如果不沖突，DHCP客戶端才使用此地址。如果客戶端發現IP地址發生沖突，會通過發送DHCP DECLINE消息來通知服務器，一段時間后會重新向服務器申請地址。
2.2 DHCP客戶端續租
圖2-2 DHCP客戶端續租過程
DHCP服務器分配給客戶端的動態IP地址通常有一定的租借期限，期滿后服務器會收回該IP地址。如果DHCP客戶端希望繼續使用該IP地址，就需要進行地址續租。如圖2-2所示，具體的DHCP續租流程如下：
(1) 在租期到達一半（即T1）時，DHCP客戶端會自動向DHCP服務器單播發送DHCP REQUEST報文，以請求IP租約的更新。如果此IP地址有效，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。
(2) 如果在T1時進行的續租操作失敗（例如DHCP服務器未響應），DHCP客戶端會在租期達到7/8（即T2）時，進行廣播發送DHCP REQUEST報文再次進行續約。DHCP服務器的處理方式同上。
2.3 DHCP客戶端重啟
圖2-3 DHCP客戶端重啟過程（一）
圖2-4 DHCP客戶端重啟過程（二）
當DHCP客戶端進行重啟，再次登錄網絡時，如圖2-3、圖2-4所示，具體的DHCP客戶端重啟流程如下：
(1) DHCP客戶端廣播發送DHCP REQUEST報文進行地址請求，該報文里攜帶上次服務器分配給它的IP地址，而不需要再次發送DHCP DISCOVER報文重新進行完整的四步租約生成過程。
(2) DHCP服務器收到DHCP REQUEST報文后，如果客戶端申請的地址沒有被分配，則返回DHCP ACK確認報文，通知該DHCP客戶端繼續使用原來的IP地址，如圖2-3所示。
如果該IP地址已被分配給其他客戶端使用，DHCP服務器將返回DHCP NAK報文，如圖2-4所示。客戶端收到DHCP NAK報文后，將發送DHCP DISCOVER報文，重新進行租約生成（如圖2-1），請求新的IP地址。
2.4 DHCP客戶端地址釋放
圖2-5 DHCP客戶端地址釋放過程
當DHCP客戶端不需要DHCP服務器分配的IP地址時，可以主動釋放，如圖2-5所示，具體的DHCP客戶端地址釋放流程如下：
(1) DHCP客戶端向DHCP服務器發送DHCP RELEASE報文，通知DHCP服務器釋放該IP地址的租約。
(2) DHCP服務器收到DHCP RELEASE報文后，向客戶端回應一個DHCP ACK確認報文，并回收該IP地址。DHCP服務器會暫時保留該DHCP客戶端的配置信息，以便該DHCP客戶端重新申請地址時，重用這些參數。
3 結論
DHCP通過地址租用的形式，提高了IP地址的使用率。此外，采用DHCP方式進行動態分配網絡參數，可降低網絡接入成本，簡化配置任務，同時可實現集中化的管理。因此，DHCP技術在實際網絡建設中被廣泛使用。本文對DHCP常見的幾種工作流程進行了詳細的介紹，希望幫助讀者更好地了解DHCP。
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