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别再手动输 IP 了！DHCP 协议让网络配置自动搞定

2025-08-19 09:09:46 RAIZ
一、DHCP 简介
目的：DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）的核心目的是简化网络中设备的 IP 地址配置过程，实现 IP 地址等网络参数的动态分配与管理。
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DHCP 协议基于 BOOTP（Bootstrap Protocol）发展而来，BOOTP 适用于静态网络环境（设备网络连接固定，管理员需为每台设备配置固定的 BOOTP 参数文件，且长期不变）。DHCP 对 BOOTP 的扩展主要体现在两方面：
  1. 支持动态分配 IP 地址：BOOTP 仅能静态分配 IP（地址与设备长期绑定），而 DHCP 可根据设备接入需求临时分配 IP，提高 IP 地址利用率（尤其适合设备频繁接入 / 离开的网络，如移动设备、临时终端）。

  2. 引入租约机制：DHCP 为分配的 IP 地址设定租约期限，租约到期后 IP 可回收并重新分配，避免 IP 地址长期闲置，同时支持租约更新，灵活适应设备在线时长变化。
二、DHCP 相关角色
DHCP 基本协议架构中，核心角色包括以下三种：
DHCP Client（DHCP 客户端）
指需要获取 IP 地址及网络参数的设备（如电脑、手机、服务器、IoT 设备等）。客户端接入网络时，会主动向 DHCP 服务器发送请求，以获取 IP 地址、子网掩码、网关、DNS 服务器地址等配置信息。
DHCP Relay（DHCP 中继）
作用：转发不同网段间的 DHCP 报文。由于 DHCP 客户端初始请求为广播报文（无法跨网段传播），当客户端与 DHCP 服务器不在同一网段时，中继会接收客户端的广播报文，以单播方式转发给服务器，同时将服务器的应答报文回传给客户端。
必要性：非必需角色，仅当客户端与服务器跨网段时需要。
DHCP Server（DHCP 服务器）
负责管理 IP 地址池并分配网络参数的服务器。其核心功能包括：
  1. 维护一个或多个 IP 地址池（包含可分配的 IP 地址范围）；

  2. 接收客户端请求后，从地址池中选择未分配的 IP 地址，结合子网掩码、网关、DNS 服务器地址、租约期限等参数，发送给客户端；

  3. 跟踪 IP 地址的分配状态（已分配、空闲、过期等），并处理客户端的租约更新请求。
三、DHCP 工作原理
DHCP 的工作流程根据客户端状态（首次登录、重新登录、租约更新）有所不同，核心是通过报文交互完成 IP 地址的分配与管理。
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1. 客户端首次登录网络（四阶段）
客户端首次接入网络时，无 IP 地址，需通过以下四阶段获取配置：
发现阶段（DHCP Discover）：
客户端发送广播报文（源 IP：0.0.0.0，目的 IP：255.255.255.255），报文中包含客户端 MAC 地址和主机名，用于寻找网络中的 DHCP 服务器。
提供阶段（DHCP Offer）：
服务器收到 Discover 报文后，从地址池中选择一个未分配的 IP 地址，连同子网掩码、网关、DNS 服务器地址、租约期限等信息，以广播或单播（首次通常为广播）方式发送 DHCP Offer 报文给客户端。若存在多个服务器，客户端可能收到多个 Offer。
请求阶段（DHCP Request）：
客户端通常选择第一个收到的 Offer，发送广播报文（DHCP Request），告知选中的服务器（包含该服务器 IP），同时通知其他服务器无需为其分配地址（避免地址浪费）。
确认阶段（DHCP ACK）：
被选中的服务器收到 Request 后，确认 IP 地址仍未分配，发送广播报文（DHCP ACK），包含最终的 IP 及配置参数。客户端收到 ACK 后，即可使用该 IP 接入网络。若服务器无法分配 IP（如已被占用），则发送 DHCP NAK，客户端需重新发起 Discover。
2. 客户端重新登录网络
客户端曾获取过 IP 地址（如重启后），重新登录时无需完整四阶段，流程简化为：
  1. 客户端尝试使用原 IP 地址，向原 DHCP 服务器发送单播或广播的 DHCP Request，请求继续使用该 IP。

  2. 若服务器同意，发送 DHCP ACK，客户端直接复用该 IP；

  3. 若服务器拒绝（如 IP 已分配给其他设备），发送 DHCP NAK，客户端需重新执行首次登录的四阶段。

3. 客户端更新租约
IP 地址租约有期限（如 24 小时），客户端需在租约到期前更新，避免 IP 被回收。更新过程涉及两个关键时间点：
T1（租约期限的 50%）：
客户端向原 DHCP 服务器发送单播 DHCP Request，请求更新租约。
若收到 DHCP ACK：租约更新成功，以新期限重新计算 T1 和 T2；
若未收到应答：客户端继续使用 IP，等待 T2。
T2（租约期限的 87.5%）：
若 T1 阶段未收到应答，客户端向所有 DHCP 服务器发送广播 DHCP Request，请求更新租约。
  1. 若收到 DHCP ACK：更新成功；

  2. 若收到 DHCP NAK：立即停止使用该 IP，重新发起首次登录流程；

  3. 若始终无应答：租约到期后，客户端释放 IP，重新发起首次登录流程。

通过以上机制，DHCP 实现了 IP 地址的动态、高效管理，减少了人工配置成本，适应了复杂多变的网络环境。

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