No Image

Что такое протокол dhcp

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
22 января 2020

Всё о Интернете, сетях, компьютерах, Windows, iOS и Android

Что такое DHCP и как это работает

Даже многие системные администраторы, годами работающие с сетевыми устройствами, не всегда могут дать чёткий и внятный ответ — что такое DHCP сервер. Знают что если он работает, то у компьютера появится IP-адрес — и то хорошо.
А ведь это очень важный момент! Этот протокол значительно облегчает жизнь системному администратору при настройке и управлении сетями. Он работает как в обычных домашних сетях на бытовых WiFi-роутерах и модемах, так и в крупных корпоративных сетях и помогает компьютеру, ноутбуку или иному сетевому устройству быстро получить АйПи-адрес и идентифицироваться.
Давайте подробнее рассмотрим основные принципы работы DHCP сервера.

Что такое DHCP?

DHCPDynamic Host Configuration Protocol — это протокол динамической настройки узла прикладного уровня по модели OSI. Он разработан ещё в 1993 году, но до сих пор не только не потерял актуальности, но и наоборот — получил новую версию для работы с протоколом IPv6. Модель работы — «Клиент-сервер». При этом, у DHCP-сервера есть собственный метод обмена сообщениями между клиентом и сервером. Протокол позволяет выполнить автоматическую настройку протокола IP версии 4, а так же и более новой версии 6, тем самым облегчив процесс настройки сети и исключив вероятность ошибки при ручном вводе данных.

Что делает DHCP-сервер?!

На ДХЦП-сервере системным администратором задаётся определённый диапазон IP-адресов, которые можно выдавать устройствам-клиентам при обращении. При этом дополнительно может настраиваться срок аренды адреса (lease time) в течение которого он закреплён за MAC-адресом компьютера и не может быть занят иным устройством.

У сервера есть три варианта распределения адресов в сети:

1 — Динамическое . Именно этот вариант работает на 95% серверов. Адрес выдаётся компьютеру на определённый срок (время аренды), по истечению которого АйПи будет считаться свободным и может быть назначен иному компьютеру в сети.

2 — Автоматическое . Всё аналогично динамическому распределению, за тем лишь исключением, что IP выдаётся устройство на постоянной основе и более не меняется.

3 — Ручное . В этом случае администратором сервера составляется таблица соответствия IP и MAC-адресов устройств, согласно которой в дальнейшем они и будут получать сетевые параметры. Этот способ практически не используется. Если только в сетях с повышенным уровнем безопасности.

Как работает DHCP сервер

Работа сервера основывается на широковещательных сетевых запросах. Процедура «общения» клиента и сервера выглядить примерно так:

1. Клиент отправляет broadcast-сообщение «Мне нужен IP»
2. Сервер отвечает таким же сообщением «У меня есть адрес xxx.xxx.xxx.xxx. Устроит?»
3. Клиент — «Да устроит!»
4. Сервер — «ОК! Адрес xxx.xxx.xxx.xxx зарезервирован за тобой».
Для представленного «общения» используются следующие специальные широковещательные broadcast-запросы.

Вот, для наглядности, схема диалога клиента и сервера ДХЦП:

Диапазон IP-адресов, предназначенных для распределения между клиентами одной сети с помощью протокола DHCP, рассматривается как единый административный блок. Он называется «область действия» — scope. Если сервер работает с несколькими подсетями, то при настройке службы DHCP, администратор должен создать отдельную область действия для каждой физической подсети.
В идеале, для стабильной работы, для каждого обслуживаемого сегмента сети должно быть как минимум два DHCP-сервера, но для домашнего использования это требование не актуально.

Виды запросов сервера

Схема обмена сообщениями между клиентом и DHCP сервером:

DHCPDISCOVER — Это сообщение отправляется клиентом при подключении к сети для поиска активного DCHP сервера. При этом в качестве исходного IP используется 0.0.0.0 , а в качестве адреса доставки — 255.255.255.255 .

DHCPOFFER — Ответное сообщение DHCP-сервера на клиентский запрос DHCPDISCOVER, в котором предлагаются определённые сетевые настройки.

DHCPREQUEST — Broadcast-сообщение от клиента в ответ на DHCPOFFER, сообщающее о том, что он принял настройки.

DHCPACK — ответное послание клиенту после получения от него DHCPREQUEST, означающее завершение процесса общения. Оно подтверждает о том, что всё согласовано и ПК может работать в сети.

DHCPRELEASE — Такое широковещательное сообщение отправляется клиентом если он прекращает использования сетевого адреса.

DHCPNAK — Этот ответ будет отправлен клиенту в случае, если невозможно удовлетворить параметры DHCPREQUEST.

DHCPDECLINE — Широковещательный ответ серверу в том случае, когда клиент обнаруживает, что присвоенный ему IP-адрес уже используется.

DHCPINFORM — Сообщение серверу в том случае, если у клиента DHCP прописан статический IP-адрес и он не нуждается в динамическом распределении.

Сообщения протокола DCHP имеют следующие поля:

Поле Длина (байты) Описание
op 1 Тип сообщения
htype 1 Тип адреса аппаратной части
hlen 1 Длина адреса аппаратной части
hops 1 Используемое количество агентов ретрансляции. Клиенты устанавливают значение на 0.
xid 4 ID (уникальный идентификационный номер) транзакции используемой клиентом и серверов во время сессии
secs 2 Прошедшее время (в секундах) с момента запроса клиентом начала процесса
flags 2 Значение флагов
ciaddr 4 IP-адрес клиента (если имелся ранее).
yiaddr 4 IP-адрес, предложенный сервером клиенту
siaddr 4 IP-адрес сервера
giaddr 4 IP-адрес relay-агента (агента ретрансляции)
chaddr 16 Адрес аппаратной части клиента (в основном MAC).
sname 64 Имя сервера.
file 128 Название загрузочного файла.
options изменяемая Дополнительные опции

Как включить DHCP на сетевом адаптере

В операционной системе Windows 10 DHCP-клиент включен по умолчанию как служба, а на сетевом адаптере необходимо выставить автоматическое получение IP. Для этого нажимаем комбинацию клавиш Win+R чтобы открыть окно «Выполнить» и вводим команду ncpa.cpl.

Нажимаем на кнопку «ОК». Появится окно с сетевыми подключениями Виндовс 10.

На том адаптере, где хотим включить DHCP, кликаем правой кнопкой чтобы появилось контекстное меню. В меню — выбираем пункт «Свойства».

Читайте также:  Человек на сером фоне

В следующем окне надо выбрать строчку «IP версии 4(TCP/IPv4)» и нажимаем на кнопку «Свойства» чтобы открыть параметры протокола:

Здесь необходимо поставить галочки на автоматическое получение адресов и нажать на кнопку «ОК».

В операционных системах семейства Linux все настройки прописаны в конфигурационных файлах. Например, в популярной Ubuntu это /etc/network/interfaces . Вот пример конфига, который позволяет включить DHCP на сетевом адаптере eth0:

Здесь:
auto eth0 — автоматическое включение сетевой карты eth0 при загрузке системы.
iface eth0 inet static — этой строчкой мы указываем системе, что интерфейс сетевой карты eth0 находится в диапазоне адресов с динамическим получением ip.

Если в системе работает менеджер соединение Network Manager, то можно включить DHCP на сетевом адаптере и в графическом интерфейсе:

Полезно

Узнать IP – адрес компьютера в интернете

Онлайн генератор устойчивых паролей

Онлайн калькулятор подсетей

Калькулятор инсталляции IP – АТС Asterisk

Руководство администратора FreePBX на русском языке

Руководство администратора Cisco UCM/CME на русском языке

Серверные решения

Телефония

FreePBX и Asterisk

Настройка программных телефонов

Корпоративные сети

Популярное и похожее

Модель OSI – это просто!

Зачем вам 802.1X и что он решает?

Прокси сервер – что это, виды и зачем нужен?

Проектирование и монтаж СКС

Все, что вам нужно знать про DHCP

Про динамические адреса

Всем привет! Сегодня статью мы посвятим рассказу о протоколе DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) – что он из себя представляет, для чего он нужен и как он работает. DHCP доступен как для IPv4 (DHCPv4) , так и для IPv6 (DHCPv6) . В этой статье мы рассмотрим версию для IPv4. А следующей статье мы расскажем про его настройку.

Каждому устройству, подключенному к сети, нужен уникальный IP-адрес. Сетевые администраторы назначают статические IP-адреса маршрутизаторам, серверам, принтерам и другим сетевым устройствам, местоположение которых (физическое и логическое) вряд ли изменится. Обычно это устройства, предоставляющие услуги пользователям и устройствам в сети, поэтому назначенные им адреса должны оставаться постоянными. Кроме того, статические адреса позволяют администраторам удаленно управлять этими устройствами – до них проще получить доступ к устройству, когда они могут легко определить его IP-адрес.

Однако компьютеры и пользователи в организации часто меняют места, физически и логически. Это может быть сложно и долго назначать новые IP-адреса каждый раз, когда сотрудник перемещается. А для мобильных сотрудников, работающих из удаленных мест, вручную настройка правильных параметров сети может быть весьма непростой задачей.

Использование DHCP в локальной сети упрощает назначение IP-адресов как на настольных, так и на мобильных устройствах. Использование централизованного DHCP-сервера позволяет администрировать все назначения динамических IP-адресов с одного сервера. Эта практика делает управление IP-адресами более эффективным и обеспечивает согласованность внутри организации, включая филиалы.

DHCPv4 динамически назначает адреса IPv4 и другую информацию о конфигурации сети. Отдельный сервер DHCPv4 является масштабируемым и относительно простым в управлении. Однако в небольшом офисе маршрутизатор может быть настроен для предоставления услуг DHCP без необходимости выделенного сервера.

DHCPv4 включает три разных механизма распределения адресов для обеспечения гибкости при назначении IP-адресов:

  • Ручное распределение(Manual Allocation) – администратор назначает предварительно установленный IPv4-адрес клиенту, а DHCP сервер передает IPv4-адрес на устройство.
  • Автоматическое распределение(Automatic Allocation) – DHCPv4 автоматически назначает статический IPv4-адрес на устройство, выбирая его из пула доступных адресов. Нет аренды (lease), и адрес постоянно назначается устройству.
  • Динамическое распределение (Dynamic Allocation) – DHCPv4 динамически назначает или дает в аренду IPv4-адрес из пула адресов в течение ограниченного периода времени, выбранного сервером, или пока клиент больше не нуждается в адресе.

Динамическое распределение является наиболее часто используемым механизмом DHCP и при его использовании клиенты арендуют информацию с сервера на определенный период. DHCP серверы настраивают так, чтобы установить аренду (лизинг) с различными интервалами. Аренда обычно составляет от 24 часов до недели или более. Когда срок аренды истекает, клиент должен запросить другой адрес, хотя обычно он снова получает старый.

Механизм работы DHCP

DHCPv4 работает в режиме клиент/сервер. Когда клиент взаимодействует с сервером DHCPv4, сервер назначает или арендует IPv4-адрес этому клиенту. Он подключается к сети с этим арендованным IP-адресом до истечения срока аренды и должен периодически связываться с сервером DHCP, чтобы продлить аренду. Этот механизм аренды гарантирует, что клиенты, которые перемещаются или выходят из строя, не сохраняют за собой адреса, которые им больше не нужны. По истечении срока аренды сервер DHCP возвращает адрес в пул, где он может быть перераспределен по мере необходимости.

Рассмотрим процесс получения адреса:

  1. Когда клиент загружается (или хочет присоединиться к сети), он начинает четырехэтапный процесс для получения аренды. Он запускает процесс с широковещательным (broadcast) сообщением DHCPDISCOVER со своим собственным MAC-адресом для обнаружения доступных серверов DHCPv4. Поскольку у клиента нет способа узнать подсеть, к которой он принадлежит, у сообщения DHCPDISCOVER адрес назначения IPv4 адреса –255.255.255.255. А поскольку у клиента еще нет настроенного адреса IPv4, то исходный IPv4-адрес – 0.0.0.0.
  2. Сообщение DHCPDISCOVER находит серверы DHCPv4 в сети. Поскольку клиент не имеет IPv4 информации при загрузке, он использует широковещательные адреса 2 и 3 уровня для связи с сервером.
  3. Когда DHCPv4-сервер получает сообщение DHCPDISCOVER, он резервирует доступный IPv4-адрес для аренды клиенту. Сервер также создает запись ARP, состоящую из MAC-адреса клиента и арендованного IPv4-адреса DHCP сервер отправляет связанное сообщение DHCPOFFER запрашивающему клиенту, как одноадресная передача (unicast), используя MAC-адрес сервера в качестве исходного адреса и MAC-адрес клиента в качестве адреса доставки.
  4. Когда клиент получает DHCPOFFER с сервера, он отправляет обратно сообщение DHCPREQUEST. Это сообщение используется как для получения, так и для продления аренды. Когда используется для получения аренды, DHCPREQUEST служит в качестве уведомления о принятии выбранных сервером параметров, которые он предложил, и отклонении предложения от других серверов. Многие корпоративные сети используют несколько DHCP серверов, и сообщение DHCPREQUEST отправляется в виде широковещательной передачи, чтобы информировать все серверы о принятом предложении.
  5. При получении сообщения DHCPREQUEST сервер проверяет информацию об аренде с помощью ICMP-запроса на этот адрес, чтобы убедиться, что он уже не используется и создает новую ARP запись для аренды клиента, а затем отвечает одноадресным DHCPACK-сообщением. Это сообщение является дубликатом DHCPOFFER, за исключением изменения поля типа сообщения. Когда клиент получает сообщение DHCPACK, он регистрирует информацию и выполняет поиск ARP для назначенного адреса. Если ответа на ARP нет, клиент знает, что адрес IPv4 действителен и начинает использовать его как свой собственный.
Читайте также:  Умные колонки на русском языке

Теперь рассмотрим, как происходит продление аренды адреса:

  1. Когда срок аренды истек, клиент отправляет сообщение DHCPREQUEST непосредственно DHCP серверу, который первоначально предлагал адрес. Если DHCPACK не получен в течение определенного периода времени, то клиент передает другой DHCPREQUEST, чтобы один из других доступных серверов DHCPv4 мог продлить аренду.
  2. При получении сообщения DHCPREQUEST сервер проверяет информацию об аренде, возвращая DHCPACK

  • DHCP это просто
  • Dynamic Host Configuration Protocol
  • 221
  • 66

Пожалуйста, расскажите почему?

Нам жаль, что статья не была полезна для вас 🙁 Пожалуйста, если не затруднит, укажите по какой причине? Мы будем очень благодарны за подробный ответ. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

Подпишитесь на нашу еженедельную рассылку, и мы будем присылать самые интересные публикации 🙂 Просто оставьте свои данные в форме ниже.

Технический блог специалистов ООО"Интерфейс"

  • Главная
  • Как устроен и работает протокол DHCP

Как устроен и работает протокол DHCP

  • Автор: Уваров А.С.
  • 12.07.2019

В современных сетях служба DHCP является одной из базовых, обеспечивая автоматическую настройку сетевых параметров у клиентов и от правильности ее работы зависит надежное функционирование всей сети. Поэтому важно иметь хотя бы базовые представления о работе одноименного протокола, что позволит не только грамотно подойти к настройке, но и оперативно устранить возможные проблемы. Тем более что протокол DHCP достаточно прост и разобраться в нем может каждый, достаточно иметь начальные знания о работе сетей.

DHCP – это клиент-серверный протокол, использующий в качестве транспорта UDP, порт сервера – 67, порт клиента – 68. Так как для работы протокола используется широковещание (broadcast), то его действие ограничено текущей подсетью (широковещательным доменом). Для взаимодействия с клиентами расположенными в иных широковещательных доменах могут использоваться агенты ретрансляции (DHCP Relay), о них мы поговорим позже.

Основная задача протокола – получение клиентом IP-адреса, поля для иных сетевых настроек не предусмотрены, дополнительные сетевые параметры передаются протоколом DHCР в виде опций, например: опция 1 – маска сети, опция 3 – адрес маршрутизатора (основной шлюз), опция 6 – адреса серверов имен (DNS).

Получение адреса

Рассмотрим процесс получения IP-адреса, он достаточно прост и состоит из четырех этапов, которые в упрощенном виде показаны на следующей схеме:

Начинает этот процесс клиент, отправляя широковещательное сообщение Обнаружения DHCP (DHCP DISCOVER), в качестве обязательных полей передается номер транзакции – xid, MAC-адрес устройства – chaddr, также в опциях передается последний присвоенный клиенту IP-адрес, однако данная опция может быть проигнорирована сервером.

Все это можно увидеть, если заглянуть внутрь DHCP-пакета:

В данном случае это запрос обнаружения (Discover), цветом мы отметили упоминавшиеся выше поля и опции. Вроде бы все просто, но есть некоторые моменты, которые обычно обходятся молчанием, но способны вызвать определенные затруднения от неверного их понимания.

Обратим внимание на опцию 55 (Parameter Request List) – это список опции запрашиваемых клиентом. Именно так, опции всегда запрашиваются клиентом. С непониманием этого момента связаны ситуации, когда администратор добавил на сервере нужные ему опции, но клиенты их "почему-то" не получают. Ниже показан состав данной опции для Linux и Windows клиентов:

Можно увидеть, что Linux-клиент запрашивает опцию 42 – сервера времени (NTP), а Windows нет, поэтому даже если вы укажете ее на сервере, то Windows-клиенты не будут ее использовать. А что радует, так это что оба клиента запрашивают обе опции для получения маршрутов: предусмотренную стандартом 121 и введенную Microsoft 249.

Запрос обнаружения рассылается для всех узлов сети, но отвечают на него только DHCP-сервера, формируя сообщение Предложения DHCP (DHCP OFFER), которое содержит предлагаемую сервером сетевую конфигурацию. Если серверов несколько, то предложений клиент получит несколько. Из предложенных конфигураций клиент выбирает одну, как правило полученную первой. Предлагаемый клиенту адрес содержится в специальном поле yiaddr, а поле siaddr передается адрес DHCP-сервера.

Так как MAC-адрес отправителя известен, то сервер направляет ответ непосредственно клиенту (unicast), хотя в некоторых случаях может ответить и широковещательным пакетом. Например, DHCP-сервера dnsmasq и Mikrotik отвечает непосредственно клиенту (юникастом), в то время как DHCP Windows Server отвечает широковещательным пакетом. По большому счету это не имеет особого значения, просто вы должны знать, что это вполне допустимые режимы работы DHCP-сервера и не являются признаком неправильной работы.

В структуре ответа мы также отметили цветом вышеописанные опции, также обратите внимание, что в данном случае ответ был отправлен широковещательным пакетом (Windows Server). Ниже показана структура ответа dnsmasq:

Читайте также:  Схема опрессовки витой пары

Здесь видно, что сервер ответил непосредственно клиенту (отправив фрейм на его MAC-адрес), не прибегая к широковещательной рассылке.

Остальные сетевые параметры передаются в виде опций, в нашем случае это опции 1, 3 и 6 (маска, шлюз, DNS):

Приняв предложение клиент официально запрашивает у сервера данную конфигурацию, для чего отправляет широковещательно Запрос DHCP (DHCP REQUEST), он полностью повторяет по структуре сообщение обнаружения (Discover), только добавляет к нему опцию 54 с адресом сервера, конфигурацию которого клиент принял. Опция 50 содержит предложенный сервером IP-адрес. Несмотря на то, что MAC-адрес DHCP-сервера известен, запрос (Request) рассылается широковещательно, это нужно для того, чтобы остальные DHCP-сервера понимали, что их предложение отвергнуто.

Выше показана структура запроса, можете сравнить его с пакетом обнаружения, обратите внимание на заполненное значение опции 54.

Получив запрос сервер направляет клиенту в ответ Подтверждение DHCP (DHCP ACK), которое отправляется на MAC-адрес клиента (хотя может и широковещательно) и получив которое клиент должен настроить свой сетевой адаптер согласно указанного адреса и опций.

По структуре сообщение подтверждения (Ask) практически не отличается от предложения (Offer), за исключением того, что поле siaddr с адресом DHCP-сервера не заполняется, но его адрес передается в опции 54.

Получив адрес клиент может проверить его на предмет использования при помощи широковещательного ARP-запроса (в большинстве реализаций так и происходит) и если будет обнаружено, что выделенный адрес уже используется (скажем, назначен вручную), то клиент посылает широковещательное сообщение Отказа DHCP (DHCP DECLINE) и начинает процесс получения адреса заново. Сервер, получив сообщение отказа, должен пометить указанный адрес как недоступный и уведомить администратора о возможной проблеме в конфигурации (например, записью в логе).

Также клиент может самостоятельно отказаться от выданного адреса, отправив серверу сообщение Освобождения DHCP (DHCP RELEASE), в отличии от других сообщений, освобождение направляется юникастом серверу, выдавшему адрес. Получив такое сообщение сервер помечает адрес как доступный, но на всякий случай оставляет запись о клиенте, если он захочет получить адрес повторно. Это поведение не является обязательным, но реализовано в большинстве DHCP-серверов.

Обновление адреса

IP-адрес выдается клиенту на определенное время, называемое сроком аренды, его значение зависит от настроек сервера и может варьироваться в широких пределах, например, для DHCP-сервера Windows стандартный срок аренды – 8 дней.

В зависимости от срока прошедшего с момента получения адреса клиент может находится в одном из нескольких состояний.

Сразу после получения адреса клиент переходит в нормальное состояние (BOUND), при этом устанавливаются два момента времени T1 – равный половине времен аренды и T2 – равный 7/8 срока. По достижении времени T1 клиент переходит в состояние Обновления адреса (RENEWING), при котором он пытается обновить свой IP-адрес.

Для этого он отправляет сообщение запроса (Request), в котором указывает текущий IP-адрес. Если сервер подтверждает аренду, то отвечает сообщением подтверждения (Ask), клиент сбрасывает счетчики T1 и T2 и начинает отсчет срока аренды заново.

Обратите внимание, что на сообщение запроса ответит только тот сервер, у которого имеется запись для этого клиента, если такой записи нет – запрос будет проигнорирован.

Данные о сроке аренды и времени обновления адреса и обновлении конфигурации передаются сервером в опциях 51, 58 и 59:

Если сервер не ответил клиенту, то он берет промежуток времени до окончания состояния обновления и делит его пополам, в это время будет отправлен повторный запрос, при его отсутствии промежуток времени снова будет поделен пополам, потом снова пополам, при этом полученный промежуток времени не может быть меньше 60 сек. Таким образом, чем ближе окончание срока обновления, тем чаще будут делаться запросы.

После наступления момента времени T2, если клиенту не удалось обновить адрес, он переходит в состояние обновления Обновления конфигурации (REBINDING). В этом случае он посылает сообщение Обнаружения DHCP, теперь клиенту может ответить любой DHCP-сервер, а не только тот, который выдал IP-адрес. Если ответа от сервера не было, то оставшееся время также делится пополам и запрос повторяется. Все это время клиент может продолжать пользоваться уже полученной сетевой конфигурацией и нормально работать.

Если же до окончания срока аренды ответ так и не был получен, то клиент прекращает все сетевые операции и переходит в состояние Инициализации (INIT). В последствии, при получении предложений (Offer) от различных серверов клиент предпочтет выбрать предложение от сервера, который выдавал ему адрес прошлый раз и продолжит пользоваться старым адресом.

Также при обновлении могут быть иные сценарии развития событий. Скажем, клиент был включен в другую подсеть. В этом случае при получении запроса DHCP (клиент не знает, что он в другой подсети и пытается продлить аренду) сервер определяет неподходящий адрес в запросе и отвечает ему сообщением Отмены DHCP (DHCP NAK), после чего клиент должен начать процедуру получения адреса заново.

Если сеть клиента корректна, но запрашиваемый адрес занят, то сервер также ответит сообщением отмены (Nak) и клиент начнет получение адреса повторно.

Получение дополнительной информации

Если клиент имеет статически назначенный IP-адрес, но хочет получить дополнительные параметры, скажем адрес серверов имен или статические маршруты, то он отправляет специальное широковещательное сообщение Информации DHCP (DHCP INFORM), в ответ сервера отправляют сообщение подтверждения (Ask) без выделения IP-адреса.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector