как dhcp сервер выдает адреса
Записки IT специалиста
Технический блог специалистов ООО»Интерфейс»
Как устроен и работает протокол DHCP
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.
Получение адреса
Рассмотрим процесс получения IP-адреса, он достаточно прост и состоит из четырех этапов, которые в упрощенном виде показаны на следующей схеме:
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.
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:
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
В зависимости от срока прошедшего с момента получения адреса клиент может находится в одном из нескольких состояний.
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.
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.
Помогла статья? Поддержи автора и новые статьи будут выходить чаще:
Или подпишись на наш Телеграм-канал: 
Основы DHCP (протокол динамического конфигурирования узлов)
Протокол DHCP — это стандартный протокол, определяемый RFC 1541 (который заменяется RFC 2131), позволяющий серверу динамически распределять IP-адреса и сведения о конфигурации клиентам. Как правило, DHCP-сервер предоставляет клиенту по крайней мере следующие основные сведения:
также могут быть предоставлены сведения о гатевайосер по умолчанию, такие как адреса серверов службы доменных имен (DNS) и адреса серверов службы имен Windows интернета (WINS). Системный администратор настраивает DHCP-сервер с параметрами, которые анализируются на клиенте.
Дополнительные сведения
Функции DHCP-клиента предоставляются в следующих продуктах Майкрософт:
Windows NT Серверные версии 3,5, 3,51 и 4,0
Windows NT Версии 3,5, 3,51 и 4,0 для рабочих станций
Microsoft Network Client версии 3,0 для MS-DOS
Клиент Microsoft LAN Manager версии 2.2 c для MS-DOS
Microsoft TCP/IP-32 для Windows для рабочих групп версии 3,11, 3.11 a и 3.11 b
Разные DHCP-клиенты поддерживают различные параметры, которые они могут получить от DHCP-сервера.
Следующие операционные системы Microsoft Server предоставляют функции DHCP-сервера:
Windows NT Серверная версия 3,5
Windows NT Серверная версия 3,51
Windows NT Серверная версия 4,0
Когда клиент инициализируется в первый раз после настройки на получение данных DHCP, он инициирует диалог с сервером.
Ниже приведена сводная таблица диалога между клиентом и сервером, за которой следует описание процесса на уровне пакета:
Ниже приведен подробный диалог между клиентом DHCP и DHCP-сервером.
DHCPDISCOVER
Клиент отправляет пакет DHCPDISCOVER. Ниже приведен фрагмент записи сетевого монитора, в которой показаны IP-и DHCP-части пакета DHCPDISCOVER. В разделе IP-адреса можно увидеть адрес назначения 255.255.255.255, а исходный адрес — 0.0.0.0. Раздел DHCP идентифицирует пакет как пакет обнаружения и идентифицирует клиент в двух местах, используя физический адрес сетевой карты. Обратите внимание, что значения в полях ЧАДДР и DHCP: Client identifier идентичны.
дхкпоффер
DHCP-сервер отвечает, отправляя пакет ДХКПОФФЕР. В разделе IP фрагмента записи ниже исходный адрес теперь является IP-адресом сервера DHCP, а адресом назначения является широковещательный адрес 255.255.255.255. Раздел DHCP определяет пакет как предложение. Поле ИАДДР заполняется IP-адресом, который сервер предлагает клиенту. Обратите внимание, что поле ЧАДДР по-прежнему содержит физический адрес запрашивающего клиента. Кроме того, в разделе поля параметров DHCP можно найти различные параметры, отправляемые сервером вместе с IP-адресом. В этом случае сервер отправляет маску подсети, шлюз по умолчанию (маршрутизатор), время аренды, адрес WINS-сервера (служба имен NetBIOS) и тип узла NetBIOS.
DHCPREQUEST
Клиент отвечает на ДХКПОФФЕР, отправляя DHCPREQUEST. В разделе IP-адресов записи ниже исходный адрес клиента по-прежнему равен 0.0.0.0, а место назначения пакета по-прежнему 255.255.255.255. Клиент оставляет 0.0.0.0, так как клиент не получал проверку с сервера, что его можно использовать в предложенном адресе. Назначением по-прежнему выполняется вещание, так как может быть получен ответ от нескольких DHCP-серверов и может храниться резервирование для предложения, сделанного клиентом. Это позволяет другим DHCP-серверам понять, что они могут освободить свои предложенные адреса и вернуть их в доступные пулы. Раздел DHCP идентифицирует пакет как запрос и проверяет предложенный адрес с помощью поля DHCP: запрошенный адрес. В поле Идентификатор сервера DHCP: отображается IP-адрес DHCP-сервера, предоставляющего аренду.
ТРАНСЛИРУЕТ
DHCP-сервер отвечает на DHCPREQUEST с помощью DHCPACK, тем самым завершая цикл инициализации. Исходный адрес — это IP-адрес сервера DHCP, а адрес назначения по-прежнему — 255.255.255.255. Поле ИАДДР содержит адрес клиента, а поля ЧАДДР и DHCP: Client identifier являются физическим адресом сетевой карты в запрашивающем клиенте. Раздел параметров DHCP определяет пакет как подтверждение.
Если у клиента ранее был назначен IP-адрес DHCP и он перезапущен, клиент будет запрашивать ранее арендованный IP-адрес в специальном пакете DHCPREQUEST. Адрес источника — 0.0.0.0, а местом назначения — широковещательный адрес 255.255.255.255. Клиенты Майкрософт заполнят поле параметра DHCP DHCP: запрошенный адрес с ранее назначенным адресом. Строго совместимые с RFC клиенты заполняют поле ЦИАДДР с запрошенным адресом. Сервер Microsoft DHCP будет принимать либо.
На этом этапе сервер может не отвечать на запросы. поведение DHCP-сервера Windows NT зависит от используемой версии операционной системы, а также от других факторов, таких как ограничение области. Если сервер определяет, что клиент по-прежнему может использовать этот адрес, он будет либо в автоматическом режиме, либо на подтверждение DHCPREQUEST. Если сервер определяет, что у клиента не может быть адреса, он будет передавать НАКК.
После этого клиент начнет процесс обнаружения, но пакет DHCPDISCOVER по-прежнему будет пытаться арендовать тот же адрес. Во многих случаях клиент ТС получает один и тот же адрес, но не может.
Сведения о DHCP, получаемые клиентом с DHCP-сервера, будут связаны со временем аренды. Время аренды определяет, как долго клиент может использовать сведения, назначенные службой DHCP. Когда аренда достигает определенных вех, клиент попытается обновить свои данные DHCP.
чтобы просмотреть сведения об IP-адресе Windows или Windows для клиента рабочих групп, используйте служебную программу IPCONFIG. если клиент находится Windows 95, используйте WINIPCFG.
ИТ База знаний
Полезно
— Онлайн генератор устойчивых паролей
— Онлайн калькулятор подсетей
— Руководство администратора FreePBX на русском языке
— Руководство администратора Cisco UCM/CME на русском языке
— Руководство администратора по Linux/Unix
Навигация
Серверные решения
Телефония
FreePBX и Asterisk
Настройка программных телефонов
Корпоративные сети
Протоколы и стандарты
🔥 Популярное
RIPv1 и RIPv2: в чем разница?
Самое интересное про SPAN/RSPAN
Протокол BGP
👌 Похожее
Обзор протокола Border Gateway Protocol
Решения Interlayer Discovery
Методы аутентификации клиентов беспроводных сетей
Все, что вам нужно знать про DHCP
Про динамические адреса
Онлайн курс по Кибербезопасности
Изучи хакерский майндсет и научись защищать свою инфраструктуру! Самые важные и актуальные знания, которые помогут не только войти в ИБ, но и понять реальное положение дел в индустрии
DHCP за 200 секунд
Порассуждаем
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:
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:
Теперь рассмотрим, как происходит продление аренды адреса:
Полный курс по Сетевым Технологиям
В курсе тебя ждет концентрат ТОП 15 навыков, которые обязан знать ведущий инженер или senior Network Operation Engineer
Основная информация по протоколу динамической конфигурации хостов DHCP
DHCP расшифровывается, как Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической конфигурации хостов. Компьютеру, для того, чтобы он мог работать в сети нужно получить IP-адрес.
Есть два варианта назначения IP-адресов. Во-первых, IP-адреса можно назначать вручную, это удобно делать, когда в сети мало компьютеров, например, дома или в небольшой организации. Но если в вашей сети сотни или тысячи компьютеров назначить на каждый IP-адрес вручную практически невозможно. Для этого необходимы методы автоматического назначения IP-адресов. Как раз протокол DHCP предоставляет такую возможность. Это позволяет существенно снизить трудозатраты по настройке сетевых параметров в компьютерах в больших сетях.
С другой стороны, чтобы использовать протокол DHCP необходимо создать соответствующую инфраструктуру, создать в сети DHCP сервер и поддерживать его. Другой недостаток DHCP в том, что одному и тому же компьютеру в разное время DHCP сервер может назначать разные IP-адреса.
Работа протокола DHCP
DHCP работает по модели клиент-сервер. Клиент это компьютер, который получает IP-адрес автоматически. А сервер DHCP это компьютер, который раздает ip-адреса и следит за тем, чтобы один и тот же ip-адрес не был выдан двум клиентам, в противном случае они не смогут работать с сетью. Для того, чтобы получить ip-адрес, клиент и сервер обмениваются между собой сообщениями DHCP в режиме запрос-ответ.
Получение IP-адреса
Рассмотрим, как происходит получение IP-адреса по протоколу DHCP. Когда клиент включается, у него нет никакой информации о той сети в которой он находится. Его первая задача узнать, где находится DHCP сервер. Для этого он посылает сообщение DHCP DISCOVER.
Сервер, после того, как получил сообщение DHCP DISCOVER в ответ посылает сообщение DHCP OFFER. В сообщение DHCP сервер включает ip-адрес, который предлагает использовать клиенту.
Клиент в ответ посылает сообщение DHCP REQUEST с тем же самым ip-адресом.
На следующем шаге сервер посылает подтверждающее сообщение DHCP ACK, куда еще раз включается ip-адрес. После этого клиент может использовать ip-адрес для работы в сети. Проще всего запомнить процесс получения ip-адреса по протоколу DHCP по первым буквам DHCP сообщений DORA (Discover, Offer, Request, Ack).
Кроме тех сообщений, которые мы рассмотрели, есть и другие сообщения.
Зачем нужно четыре шага?
Зачем нужно 4 шага? Ведь на первый взгляд достаточно трёх шагов. Ответ на этот вопрос Вы узнаете из видео на 3:40 минуте.
Назначение адресов в DHCP
DHCP сервер может использовать 2 способа назначения адресов компьютерам.
Время аренды в DHCP
DHCP сервер выделяет IP-адрес компьютера на некоторое ограниченное время, которое называется временем аренды (lease time). Время аренды может быть разное от нескольких минут, до нескольких часов и даже суток в зависимость от потребности конкретной сети и конкретной организации.
Обновление аренды IP-адреса
После того, как время арены закончилось, ip-адрес освобождается и DHCP сервер может отдать его другому клиенту. Но что делать, если текущий клиент хочет использовать этот IP-адрес дальше? Для этого клиенту необходимо продлить аренду, обычно клиенты начинают это делать после того, как пройдет половина времени аренды, для продления аренды используется специальная сокращенная процедура получения IP-адреса. Так как клиент уже знает свой IP-адрес он сразу пересылает серверу сообщение DHCP request в котором указывает этот ip-адрес и если все нормально, то сервер в ответ высылает сообщение DHCP ACK, которое подтверждает, что клиент может использовать этот ip-адрес дальше.
Прекращение использования адреса
После того, как компьютер перестал работать с сетью, например при выключении, ему необходимо сказать об этом DHCP серверу, для этого используется сообщение DHCP Release. После получения такого сообщения DHCP сервер может отдать этот ip-адрес какому-нибудь другому компьютеру в сети.
Все современные операционные системы автоматически отправляют сообщения DHCP Release при выключении, никаких дополнительных действий от пользователя не требуется.
Если сообщение DHCP Release не будет отправлено, например в случае, когда компьютер выключен некорректно или произошел сбой в операционной системе, то DHCP сервер будет считать, что этот адрес занят пока не закончится время аренды и только после окончания времени аренды он может отдать этот ip-адрес другому компьютеру.
Конфигурационная информация
Компьютеру, для корректной работы в сети, обычно, нужен не только ip-адрес. Нужно знать маску подсетей и маршрутизатор по умолчанию. Также, хорошо узнать адреса серверов имен. DHCP позволяет передать эти и другие сведения о конфигурации сети с помощью опций. Опции включаются в пакет DHCP и передаются вместе с ip-адресом. Кроме маски подсети и маршрутизатора по умолчанию, обычно передается адрес DNS серверов, которые используются для разрешения имен, адреса серверов времени, какие-либо полезные локальные маршруты, а также другая конфигурационная информация.
Поиск DHCP сервера в сети
Если Вы используете DHCP для назначения ip-адресов своей сети, то при планировании сети необходимо обращать внимание на то, где расположен DHCP сервер. Он должен располагаться в той же самой подсети, что и клиенты, которые будут получать ip-адреса по протоколу DHCP.
Почему так происходит? Клиент DHCP при включении не знает, где находится DHCP сервер и отправляет запрос DHCP Discover на широковещательный адрес.
Его получают все компьютеры, которые находятся в данной подсети в том числе и DHCP сервер.
Чтобы решить эту проблему, используется DHCP Relay. Это специальная конфигурация маршрутизаторов или маршрутизирующих коммутаторов, которые позволяют им передавать широковещательный трафик, но не весь, а только тот, который относится к протоколу DHCP. Если наш маршрутизатор способен работать в режиме DHCP Relay, то он передаст сообщение DHCP Discover от клиента к DHCP серверу, который находится в другой сети.
И только в этом случае DHCP сервер может выдать ip-адрес клиенту, который находится за маршрутизатором.
Заключение
Протокол DHCP используется для автоматического назначения IP-адресов и другой конфигурационной информации. Протокол DHCP использует архитектуру клиент-сервер и работает в режиме запрос ответ. Чтобы получить IP-адрес используются 4 DHCP сообщения, сокращенно DORA. DHCP сервер выдает адреса на ограниченный срок (срок аренды). Чтобы DHCP сервер мог выдавать ip-адреса клиентам, он должен находиться с ними в одной подсети или необходимо использовать DHCP Relay на маршрутизаторах и коммутаторах.