Записки IT специалиста
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.
Научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания можно на углубленном курсе по администрированию MikroTik. Автор курса, сертифицированный тренер MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично проверяет лабораторные работы и контролирует прогресс каждого своего студента. В три раза больше информации, чем в вендорской программе MTCNA, более 20 часов практики и доступ навсегда.
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:
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.
Научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания можно на углубленном курсе по администрированию MikroTik. Автор курса, сертифицированный тренер MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично проверяет лабораторные работы и контролирует прогресс каждого своего студента. В три раза больше информации, чем в вендорской программе MTCNA, более 20 часов практики и доступ навсегда.
Помогла статья? Поддержи автора и новые статьи будут выходить чаще:
Или подпишись на наш Телеграм-канал: 
Принципы работы DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) — сетевой протокол, предназначенный для автоматической конфигурации параметров сети на сетевых узлах. DHCP является одной из ключевых служб сетевой инфраструктуры и каждый, кто имеет отношение к компьютерным сетям, должен хотя бы в общих чертах представлять принципы его работы.
Для начала давайте вспомним, что требуется компьютеру для работы в сети. К примеру, так выглядит консоль настроек сети в Windows.
Как видите, для начала работы компьютеру нужен IP-адрес, маска подсети и шлюз по умолчанию, а также хотя-бы один DNS-сервер. Сама процедура настройки несложная, при наличии опыта на один компьютер потребуется не больше минуты. Но если настроить надо не один, а несколько сотен устройств, да еще и территориально расположенных в разных местах? Вручную это сделать практически нереально, поэтому в корпоративных сетях для централизованного управления сетевыми настройками используются DHCP-сервера.
С помощью DHCP решаются две основные проблемы:
• Автоматизация. При наличии в сети DHCP-сервера не требуется производить настройки на каждом новом клиенте. Достаточно один раз настроить DHCP-сервер и дальнейшая настройка IP-адресов и прочих сетевых параметров производится автоматически;
• Централизованное управление. DHCP-сервер осуществляет контроль за выданными адресами, предотвращает их дублирование, а также своевременно освобождает неиспользуемые IP-адреса.
Подробно протокол DHCP описан в документе RFC 2131, мы же не будем вдаваться в детали, а рассмотрим только основные моменты. Начнем с процедуры получения настроек.
Получение настроек
DHCP работает по схеме клиент-сервер. Процесс получения настроек происходит в несколько этапов и описывается схемой DORA (Discover-Offer-Request-Acknowledge):
Discover (Обнаружение)
Клиент DHCP подключается к сети и приступает к инициализации (состояние INIT). Первым делом он ищет в сети подходящий DHCP-сервер, для чего отправляет запрос DHCPDISCOVER на широковещательный адрес 255.255.255.255. В качестве своего адреса клиент указывает 0.0.0.0, поскольку своего адреса у него еще нет. Также в запросе клиент указывает свой MAC-адрес. Запрос доставляется всем компьютерам, находящимся в данном сегменте сети, но отвечают на него только DHCP-сервера.
Offer (Предложение)
DHCP-сервер, получивший запрос DHCPDISCOVER, анализирует его содержимое, выбирает подходящую конфигурацию сети и отправляют ее в сообщении DHCPOFFER. Обычно DHCPOFFER отправляется на MAC-адрес клиента, указанный в DHCPDISCOVER, хотя иногда может использоваться широковещание. Если в сети находятся несколько DHCP-серверов, то клиент получает несколько ответов DHCPOFFER и выбирает из них один, как правило полученный первым.
Request (Запрос)
Получив ответ сервера, клиент отвечает сообщением DHCPREQUEST, в котором ″официально″ запрашивает у сервера предоставленные настройки. В сообщении DHCPREQUEST содержится та же информация, что и в DHCPDISCOVER, а также IP-адрес выбранного DHCP-сервера. DHCPREQUEST отправляется на широковещательный адрес и те DHCP-сервера, чей адрес отсутствует в сообщении, понимают что их предложение отвергнуто.
Acknowledge (Подтверждение)
DHCP-сервер, адрес которого указан в DHCPREQUEST, получает сообщение и понимает, что его выбрали. Он фиксирует привязку для клиента и отвечает сообщением DHCPACK, подтверждая выданные клиенту настройки. DHCPACK отправляется на MAC-адрес клиента, указанный в DHCPREQUEST. Клиент получает сообщение DHCPACK, проверяет настройки и применяет конфигурацию (состояние BOUND), которая была получена в сообщении DHCPOFFER.
Клиент может проверить полученный от DHCP-сервера адрес, например с помощью широковещательного ARP-запроса. Если обнаружится, что предложенный адрес уже используется в сети, то клиент отправляет серверу сообщение DHCPDECLINE и начинает процедуру инициализации заново. Сообщение DHCPDECLINE передается в широковещательном режиме, поскольку клиент отвергает предложенный ему IP-адрес. DHCP-сервер, получив сообщение DHCPDECLINE, должен пометить IP-адрес как недоступный, а также уведомить администратора о возможных проблемах в конфигурации.
Это стандартная схема получения настроек, но возможны еще несколько вариантов развития событий.
У клиента уже есть назначенный ранее адрес
Если у клиента имеется выданный ранее сетевой адрес и он хочет его использовать, то можно пропустить некоторые этапы. В этом случае клиент передает широковещательное сообщение DHCPREQUEST, указывая в сообщении имеющийся у него адрес. DHCP-cервер, получивший запрос, проверяет корректность сети и адреса и в случае успешной проверки посылает клиенту подтверждение DHCPACK. Клиент получает подтверждение и применяет настройки.
Если DHCP-сервер обнаруживает, что клиент находится в неподходящей сети, он отвечает отказом DHCPNACK. Если сеть корректна, то проверяется наличие записи для этого клиента и доступность запрошенного адреса. Если адрес по какой либо причине не подходит (например занят), то сервер отвечает отказом DHCPNACK. Получив отказ, клиент больше не может пользоваться сохраненным сетевым адресом и должен запросить новый адрес, начав полную процедуру инициализации.
Если же на сервере нет записи для этого клиента, то он считает, что адрес был выдан другим DHCP-сервером и просто оставляет запрос без ответа. Такое поведение позволяет находиться в одной сети нескольким независимым DHCP-серверам.
У клиента есть адрес, полученный другим способом
Если у клиента уже есть адрес, назначенный любым другим способом (например вручную), то он может запросить у DHCP-сервера только конкретные параметры конфигурации (например адреса DNS-серверов) с помощью сообщения DHCPINFORM. Сообщение передается на адрес сервера (если он известен) либо широковещанием на адрес 255.255.255.255. DHCP-сервер, получивший сообщение DHCPINFORM, отвечает сообщением DHCPACK с требуемыми параметрами конфигурации, но без проверки аренды и выделения сетевого адреса. Сообщение передается клиенту напрямую. Клиент принимает ответ и применяет полученные настройки.
Если клиент не получает от сервера сообщения DHCPACK в течение разумного срока ожидания, то он должен выдать пользователю сообщение о проблеме и приступить к работе в сети, используя параметры, рекомендованные в RFC 1122.
Примечание. Вообще процедура получения адреса может кардинально отличаться в зависимости от настроек DHCP-сервера. Например сервер может выдать клиенту адрес, отличающийся от запрошенного, предложить адрес из другой подсети и даже вообще отказать в предоставлении адреса. Более того, DHCP-сервер вовсе не должен отвечать на каждый поступивший к нему запрос. Это позволяет контролировать доступ к сети, например можно выдавать адреса только клиентам, прошедшим определенную проверку.
Обновление адреса
IP-адрес выдается клиенту на определенное время, которое называется временем аренды (lease time). Время аренды зависит от настроек сервера и может варьироваться от нескольких минут до недель и даже месяцев. По прошествии половины срока клиент пробует обновить аренду. Если сразу обновить аренду не удается, то клиент будет пытаться сделать это снова вплоть до окончания срока. В том случае, если все попытки окажутся неудачными, по окончании срока клиент будет искать другой DHCP-сервер.
В процессе обновления клиент проходит два состояния — обновление адреса (RENEWING) и обновление конфигурации (REBINDING). Первое состояние наступает на примерно половине срока аренды адреса (T1), второе – по истечении 87.5% (или 7/8) полного срока аренды (T2). Для предотвращения синхронизации разных клиентов при расчете значений T1 и T2 к ним добавляется случайное отклонение.
Обновление адреса (RENEWING)
Это состояние означает, что клиент может начать процесс обновления аренды. Для обновления клиент посылает запрос DHCPREQUEST, но не широковещательный, а адресованный своему DHCP-серверу. Сервер получает запрос, после чего возможно два варианта:
• Сервер соглашается продлить аренду. Для подтверждения продления аренды он посылает клиенту сообщение DHCPACK с указанием нового срока аренды и тех параметров, которые могли измениться с момента создания или последнего продления аренды;
• Сервер отказывается продлевать аренду. В этом случае он шлет клиенту сообщение об отказе DHCPNACK.
В зависимости от полученого ответа клиент:
• В случае положительного ответа DHCPACK отмечает новый срок истечения аренды и все измененные параметры, полученные от сервера, сбрасывает таймеры T1 и T2 и переходит в нормальное (BOUND) состояние.
• Получив отрицательный ответ DHCPNACK немедленно переходит в состояние инициализации (INIT) и начинает процедуру получения аренды заново.
Обновление конфигурации (REBINDING)
Если клиент сразу не получает ответ от сервера на запрос обновления аренды, то он ожидает ответ в течение времени (T2 — t)/2 сек (но не меньше 60 сек), где t — время отправки последнего сообщения DHCPREQUEST, затем отправляет сообщение повторно. Пока сервер не ответит, клиент остается в состоянии RENEWING и регулярно шлет запрос DHCPREQUEST на сервер. В течение этого времени он сохраняет свой текущий адрес и продолжает нормально работать.
Если ответ от сервера не поступил к моменту T2, клиент переходит в состояние REBINDING и передает уже широковещательное сообщение DHCPREQUEST со своим текущим адресом. В этом случае срок повтора запросов DHCPREQUEST рассчитывается аналогично предыдущему случаю, только вместо T2 используется полное время окончания срока аренды.
В том случае, если срок аренды завершается до получения клиентом ответа от сервера, клиент должен прекратить все сетевые операции и перейти в состояние инициализации (INIT). Если DHCP-сервер все-таки ответит после завершения аренды, то клиент может возобновить работу с прежним адресом.
Освобождение адреса
Клиент может явно отказаться от аренды сетевого адреса, передав серверу сообщение DHCPRELEASE. При получении этого сообщения сервер помечает адрес как свободный, но сохраняет запись с параметрами клиента в базе на тот случай, если клиент захочет использовать адрес повторно. Стоит уточнить, что клиент не освобождает аренду при обычном выключении, все настройки сохраняются локально. Клиент передает DHCPRELEASE только при явной необходимости отказаться от аренды, например при перемещении в другую подсеть. Также освободить аренду можно вручную, например с помощью команды ipconfig /release.
Еще из важного
Для своей работы DHCP использует протокол UDP. Сообщения от клиента к серверу передаются по порту 67 UDP, а сообщения от сервера клиенту — на порт UDP 68.
Также надо знать, что по умолчанию сообщения DHCP ограничены текущей подсетью. Дело в том, что для своей работы DHCP использует широковещание (broadcast), а маршрутизаторы не пропускают широковещательный трафик за пределы широковещательного домена.
Примечание. Широковещательный домен ( broadcast domain ) — область сети, в которой все узлы могут общаться между собой с помощью широковещания, без участия маршрутизатора. Обычно широковещательному домену соответствует физическая или логическая подсеть.
Так вот, если DHCP-сервер и клиенты находятся в разных широковещательных доменах и не могут общаться напрямую, то для их взаимодействия требуется специальный DHCP ретранслятор (DHCP relay agent). Ретранслятор является как бы посредником между клиентом и сервером, он обрабатывает стандартный широковещательный DHCP-запрос и отправляет его на сервер в виде адресного (unicast) пакета, а полученный от сервера ответ переправляет DHCP-клиенту. В роли ретранслятора могут выступать как маршрутизаторы, так и специальные серверы. К примеру в Windows Server для этого есть специальная серверная роль.
Для корректной работы DHCP необходимо проверить, что брандмауэр не блокирует нужные порты, а если DHCP-сервер и клиенты находятся в различных подсетях, то убедиться в наличии DHCP relay.
На этом пожалуй закончим теоретическую часть. В следующей статье речь пойдет о настройке DHCP-сервера на базе Windows Server 2016.
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.
p, blockquote 1,0,0,0,0 —>
p, blockquote 2,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 3,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 4,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 5,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 6,0,0,0,0 —>
p, blockquote 7,0,0,0,0 —>
Для того, чтобы найти DHCP сервер, сообщение DHCP DISCOVER посылается на широковещательный МАК-адрес. Это сообщение принимают все компьютеры в сети.
p, blockquote 8,0,0,0,0 —>
p, blockquote 9,0,1,0,0 —>
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.
p, blockquote 10,0,0,0,0 —>
p, blockquote 11,0,0,0,0 —>
Клиент в ответ посылает сообщение DHCP REQUEST с тем же самым ip-адресом.
p, blockquote 12,0,0,0,0 —>
p, blockquote 13,0,0,0,0 —>
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).
p, blockquote 14,0,0,0,0 —>
Кроме тех сообщений, которые мы рассмотрели, есть и другие сообщения.
p, blockquote 15,0,0,0,0 —>
- Сообщение NACK запрещает использование клиентом ip-адреса, который он запросил в сообщении DHCP request.
- Сообщение RELEASE используется для освобождения ip-адреса, который уже не нужен клиенту.
- Сообщение INFORM используется для получения информации о сети, если клиент уже знает свой IP-адрес и ему не надо получать его с помощью протокола DHCP. Например, адрес может быть сконфигурирован вручную.
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.
p, blockquote 17,0,0,0,0 —>
p, blockquote 18,0,0,0,0 —>
Назначение адресов в DHCP
DHCP сервер может использовать 2 способа назначения адресов компьютерам.
- Первый способ — фиксированный. В этом случае в конфигурационных серверах DHCP сервера для каждого МАК-адреса прописывается соответствующий ему IP-адрес, который DHCP сервер должен выдавать клиенту. Это удобно делать в небольшой сети, где Вы знаете MAC-адреса всех компьютеров. Но в крупной сети или если Вы не знаете мак-адреса всех компьютеров это сделать невозможно. Например, если вы делаете сеть в кафе, куда люди приходят со своими ноутбуками, смартфонами, планшетами, вы не можете знать заранее их мак-адреса.
- Другой подход — динамический. В этом случае у DHCP сервера есть пул адресов, это диапазон адресов из которого DHCP сервер может взять любой IP-адрес и назначить компьютеру. При этом DHCP сервер следит за тем, чтобы один и тот же IP-адрес из пула не был назначен двум компьютерам одновременно.
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.
p, blockquote 20,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 21,0,0,0,0 —>
p, blockquote 22,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 23,0,0,0,0 —>
Все современные операционные системы автоматически отправляют сообщения DHCP Release при выключении, никаких дополнительных действий от пользователя не требуется.
p, blockquote 24,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 25,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 26,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 27,0,0,0,0 —>
p, blockquote 28,0,0,0,0 —>
Почему так происходит? Клиент DHCP при включении не знает, где находится DHCP сервер и отправляет запрос DHCP Discover на широковещательный адрес.
p, blockquote 29,0,0,1,0 —>
p, blockquote 30,0,0,0,0 —>
Его получают все компьютеры, которые находятся в данной подсети в том числе и DHCP сервер.
p, blockquote 31,0,0,0,0 —>
p, blockquote 32,0,0,0,0 —>
Рассмотрим, что происходит, если DHCP сервер находится в другой подсети, то есть отделен от клиента одним или несколькими маршрутизаторами. Клиент DHCP отправляет сообщение DHCP Discover на широковещательный мак-адрес, но маршрутизатор не передает широковещательный трафик, поэтому сообщение DHCP discover не доходит до сервера DHCP, соответственно он не может выдать клиенту ip-адрес.
p, blockquote 33,0,0,0,0 —>
p, blockquote 34,0,0,0,0 —>
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.
p, blockquote 35,0,0,0,0 —>
p, blockquote 36,0,0,0,0 —>
И только в этом случае DHCP сервер может выдать ip-адрес клиенту, который находится за маршрутизатором.
p, blockquote 37,0,0,0,0 —>
p, blockquote 38,0,0,0,0 —>
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.
Протокол DHCP (FAQ для системного администратора)
09.08.2012
itpro
DHCP
комментария 4
Эта статья поможет вам узнать все, что должен знать системный администратор об этом протоколе.
Что такое DHCP? И почему рекомендуется использовать его? Представьте, что вы работаете администратором в крупной компании с 500 настольными компьютерами, и вам на каждом необходимо установить IP адрес, маску подсети, шлюз по умолчанию, DNS сервера и другие сетевые настройки. Как можно это выполнить?
Если вы попытаетесь выполнить эту задачу вручную, вы потратите немало времени, проведя за каждым ПК по 5-10 минут, кроме того, вы можете, например, случайно ввести неправильный IP адрес на нескольких ПК, или же вообще одинаковый адрес на разных ПК.
Для того, чтобы решить эти проблемы, вы можете задействовать в вашей сети протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP).
DHCP позволяет управлять сетями IP-адресов и другими настройками TCP / IP, такими как DNS, шлюз по умолчанию и т.д. из одного места, это центральное место и называется DHCP-сервер. Помимо управления, если есть какие-либо проблемы, вам не нужно бежать по ПК Ваших клиентов, нужно просто подключить к серверу и проверить настройки DHCP, скорее всего, если наблюдается некая проблема, она может быть локализована на DHCP сервере, покопавшись в его настройках и логах.
DHCP сервер может легко и полностью автоматически предоставлять IP-адреса клиентам, поэтому вам не нужно настраивать и устанавливать какие-либо параметры на стороне клиента, все, что вам нужно, это настроить сервер DHCP, настроить параметры области (scope) и некоторые другие параметры протокола TCP / IP. Вы можете предоставить своим клиентам IP-адреса из выбранного вами диапазона IP-адресов.
Примечание: DHCP, по моему, можно назвать следующим поколением протокола BOOTP, потому что BOOTP начал применятся ранее, чем DHCP, и сегодня мы используем BOOTP для загрузки по сети при развертывания операционных систем. Кроме этого, DHCP был разработан для работы в крупных сетях — то, чем BOOTP явно не может похвастаться.
Как работает DHCP?
Не вдаваясь в техническую информацию (процесс DORA), скажу, клиент DHCP запрашивает у сервера DHCP на некоторое время IP адрес, время, на которое клиент DHCP получил динамический IP адрес, называется временем аренды (lease): аренда означает, что клиент арендовал IP-адрес у сервера DHCP на определенное время, и если клиент хочет продолжить использовать конкретного IP-адреса, ему необходимо продлить (renew) аренду.
Разберем этот процесс более подробно. Служба DHCP работает с использованием процесса DORA (Discover, Offer, Request and Acknowledgment — его можно отследить с помощью утилиты Network Monitor):
1) DHCPDISCOVER — клиент шлет широковещательный пакет DHCPDISCOVER, пытаясь найти сервер DHCP в сети, в случаях, когда сервер DHCP не нашелся в той же подсети, что и клиент, нужно настраивать на сетевых устройствах (маршрутизаторах) DHCP Relay Agent, в целях передачи пакета DHCPDISCOVER на сервер DHCP.
2) DHCPOFFER — сервер DHCP шлет широковещательный пакет DHCPOFFER для клиента, который включает предложение использовать уникальный IP адрес.
3) DHCPREQUEST — клиент шлет широковещательный пакет DHCPREQUEST на сервер DHCP с ответом, и «просит» у сервера выдать в аренду предложенный уникальный адрес.
4) DHCPACK — сервер DHCP шлет клиенту широковещательный пакет DHCPACK, в этот пакете сервером утверждается запрос клиента на использование IP-адреса, а также сообщаются и другие детали, такие, как сервера DNS, шлюз по умолчанию, и т.д. Если сервер не может предоставить запрашиваемый адрес или по каким-то причинам адрес недействителен, сервер посылает пакет DHCPNACK.
Примечание: Служба DHCP использует порт 67/UDP на сервере DHCP, и 68/UDP на клиентах DHCP.
Рекомендуется проверить, что ваш брандмауэр не блокирует эти порты, а также убедитесь, что ваши сетевые устройства поддерживают DHCP Relay, в случаях, если некоторые из ваших клиентов находятся в различных физических подсетях.
В некоторых случаях можно обнаружить еще некоторые типы DHCP-сообщений:
1) DHCPDECLINE — Если клиент определяет, что IP-адрес, который предлагает ему сервер DHCP, уже используется, клиент сгенерирует новый запрос на другой адрес (в шаге DHCPREQUEST).
2) DHCPRELEASE — Это сообщение обычно используется, когда клиент освобождает IP- адрес.
3) DHCPRENEW — Это пакет с просьба обновить и продолжить аренду выданного адреса.
4) DHCPINFORM — DHCPINFORM это пакет, который клиент посылает на сервер DHCP для того, чтобы получить более подробную информацию с сервера, например DHCPINFORM можно отправить в целях установления местонахождения другого DHCP сервера в сети.
DHCPNACK
DHCPNACK или пакет отрицательного ответа, его посылает сервер, если IP-адрес уже используется другим клиентом, или адреса больше не действует.
В случае получения DHCPNACK, клиенту необходимо перезапустить процесс получения в аренду адреса.
Области DHCP, исключения и резервации
Область (scope) DHCP – это целый диапазон IP адресов, которые вы настроили на сервере DHCP, в качестве диапазона адресов, предназначены для выдачи среди клиентов.
Например, если вы создадите область с диапазоном выдаваемых адресов 10.0.0.100-10.0.0.200, Вы можете легко обеспечить выдачу только этих адресов на Ваши рабочие станции.
Вы также можете создавать более одной области на одном DHCP-сервере, но в этом случае рекомендуется проверить, что ваши области не пересекаются и не дублируют друг друга. В процессе создания таких областей вы можете индивидуально настроить на клиентах параметры TCP / IP, такие как маска подсети, времени аренды, маршрутизатор (шлюз по умолчанию), DNS-сервера и т.д, поэтому получая свой адрес из той или иной области, клиенты получают также и другие параметры области.
В некоторых случаях, Вам будет необходимо предотвратить получение клиентами некоторых адресов, например, если ваша область DHCP имеет диапазон от 10.0.0.1 до 10.0.0.100, а IP-адреса Ваших серверов находятся в диапазоне 10.0.0.1-10.0.0.10, Вам понадобится возможность исключить эти IP адреса из области, которая выдается DHC-сервером. Такая возможность называется исключением (exclude).
Резервация(reservation) – используется в случаях, когда Вы планируете представить конкретный динамический IP-адрес определенному клиенту DHCP. Например, в своей области DHCP, вы хотите выделить для конкретного клиента уникальный адрес, который будет закреплен за ним, для этого Вы можете легко создать для него резервацию, используя уникальный идентификатор — MAC-адрес (Media Access Control — представляет собой уникальный шестнадцатеричный физический адрес сетевого адаптера).
Active Directory и сервер DHCP
Для корректной работы вашего Microsoft Windows DHCP – сервера в среде Active Directory, Вам необходимо сначала авторизовать свой DHCP – сервер в AD.
В том случае, если неавторизованный сервер попытается запустить службу DHCP для выдачи IP-адресов, этот запуск завершится неудачей и служба DHCP на локальном компьютере будет остановлена.
DHCP Relay Agent
DHCP Relay Agent – это тип хоста (обычно маршрутизатор или сервер), которые принимает широковещательные трансляции DHCP / BOOTP от клиентов в подсетях, не имеющих локальных серверов DHCP.
DHCP Relay Agent пересылает пакеты от клиентов и серверов DHCP, которые находятся в различных физических подсетях, позволяя им работать по протоколу DHCP, т.е. выполняет функции посредника
В заключение
DHCP является одной из основополагающих служб в сети, т.к. помогает Вам, как системному администратору, централизованно управлять Вашими клиентами, выдавая, отслеживая и повторно присваивая им IP-адреса.