DHCP基礎知識彙總
主要是關於DHCP報文類型、報文結構、同網段通信原理以及幀中繼的基礎內容
DHCP報文種類
DHCP有八種報文種類，其中常見的是前7種報文，比較重要的是前4種報文，如下：
- DHCP DISCAVER報文：DHCP客戶端在本地網絡以廣播的形式發送discover請求報文（源IP：0.0.0.0 目的IP：255.255.255.255），用於發現網絡中的DHCP服務器；
- DHCP OFFER報文：DHCP服務器收到discover請求報文後，會查找地址池裏可用IP地址，並將租期、子網掩碼、網關、DNS等信息一同封裝在offer請求報文（源IP：DHCP服務器 目的IP：255.255.255.255）以廣播的方式發送出去並且在服務器上添加租約記錄；
- DHCP REQUEST報文：客戶端用於請求收到offer報文裏的IP地址所發送的request請求報文（源IP：0.0.0.0 目的IP：255.255.255.255）；在租期時間只剩1/2時，也會發送該報文用於請求延長租期，如果DHCP沒有回覆ACK應答報文，就會在租期時間只剩7/8時，也會再次發送該報文用於請求延長租期；
- DHCP ACK報文：服務器收到客戶端的request報文，請求的IP地址及參數無誤就會發送ACK應答報文（源IP：DHCP服務器 目的IP：255.255.255.255）同意客戶端的請求；根據該報文的用戶Mac地址查找是否有相應的租約記錄，如果有就發送ACK報文同意續租（收到續租時發送request報文）；
- DHCP NAK報文：如果服務器收到的request報文中請求的IP地址及參數有誤或沒有相應的租約記錄就會發送NAT應答報文，通知客戶端無法分配IP地址或者續約；
- DHCP RELEASE報文：客戶端主動釋放IP地址時就會發送該報文，用於告知服務器不再使用該IP地址，服務器就能快速收回地址；
- DHCP DELINE報文：客戶端獲得IP地址後，發送免費ARP發現服務器分配的IP地址已經被使用或者由於某種原因使得該IP不能正常使用，就會發送該報文通告DHCP服務器地址不可用，希望獲取新的IP地址；
- DHCP INFORM報文：客戶端有IP地址但沒有其他參數就會向DHCP發送inform報文請求獲取其他參數（很少見）；
注：在客戶端獲取IP地址過程中，所有報文都是採用廣播形式發送（同網段）；如果有DHCP中繼器，那麼中繼器與客戶端發送的報文都是廣播形式，中繼器與DHCP服務器之間發送的報文都爲單播形式；
報文結構分析
| 報文字段 | 說明 |
|---|---|
| OP | 指定DHCP報文的類型，請求報文置爲1，應答報文置爲2（請求報文包含：discover報文，request報文，decline報文，release報文，inform報文；應答報文包括：offer報文，ack報文，nak報文） |
| Hype | 指定客戶端MAC地址類型，該字段置爲1表示最常見的以太網類型 |
| Hlen | 指定客戶端MAC地址的長度 |
| Hops | 指定DHCP經過DHCP中繼器的數量，請求報文經過一個DHCP中繼器該字段就會增加1，沒有經過置爲0 |
| Xid | 在客戶端發送discover報文時隨機產生的標識符，用於標識IP地址請求過程，整個IP地址的請求過程使用的都是一樣的，簡單來說，整個IP地址請求的過程都使用discover報文產生的XID值，便於區分不同客戶端的IP地址請求過程（一個DHCP服務器有多個客戶端，便於區分不同客戶端的IP地址請求過程） |
| Secs | 指客戶端獲取到IP地址後已使用的時間或者續約成功後IP地址已使用時間（定時器，確定IP地址租期是否過期）單位爲秒，沒有獲取IP地址之前置爲0 |
| Flags | 標識應答報文是採用單播還是廣播發送，置爲0是單播發送，置爲1是廣播發送（只使用第一位，其餘位未使用） |
| Ciaddr | DHCP客戶端的IP地址；在沒有獲取到IP地址之前該字段都置爲0.0.0.0 |
| Yiaddr | DHCP服務器分配給客戶端的IP地址，除offer和ACK報文，其他報文該字段爲0.0.0.0（只有應答報文才有該字段） |
| Siaddr | DHCP服務器的IP地址，除offer和ACK報文，其他報文該字段爲0.0.0.0（只有應答報文才有該字段） |
| Giaddr | DHCP客戶端發送的報文經過的第一個DHCP中繼器的IP地址，沒有經過中繼器就置爲0.0.0.0 |
| Chaddr | 記錄DHCP客戶端的MAC地址，每個報文中都有 |
| Sname | 記錄爲DHCP客戶端分配IP地址的DHCP服務器名稱（DNS域名格式），除了offer和ACK報文（應答報文），其餘報文均爲空 |
| File | 記錄DHCP服務器爲DHCP客戶端啓動的配置文件以及文件路徑信息；僅在offer報文中存在，其餘報文爲空 |
| Options | 可選字段，長度可變，最多爲312字節；該字段包含了報文類型、有效租約時間、網關、子網掩碼、DNS服務器、域名稱、續約時間等 |
Options字段可以包含的內容(僅供瞭解)，如下
| Options代碼號 | 長度/字節 | 說明 |
|---|---|---|
| 1 | 4 | 子網掩碼 |
| 3 | 長度可變，必須是4字節的倍數 | 默認網關(可以是路由器IP地址列表) |
| 6 | 長度可變，必須是4字節的倍數 | DNS服務器地址(可以是DHS服務器地址列表) |
| 15 | 長度可變 | 域名稱(注DNS服務器名稱) |
| 44 | 長度可變，必須是4字節的倍數 | WINS服務器(可以是WINS服務器地址列表) |
| 51 | 4 | 有效租約時間，單位秒 |
| 53 | 1 | 報文類型，數值從1-8依次表示的報文爲：Discover報文、Offer報文、Request報文、Decline報文、ACK報文、NAK報文、Release報文和Inform報文 |
| 58 | 4 | 續約時間，單位秒 |
DHCP同網段的通信原理
客戶端在請求獲取IP的過程中，以廣播的形式發送DHCP Discover請求報文（OP置爲1，Ciaddr置爲0.0.0.0；Yiaddr置爲0.0.0.0；Siaddr置爲0.0.0.0；Chaddr置爲客戶端的MAC地址；Options字段爲基礎信息）用於發現本地網絡的DHCP服務器；
當DHCP服務器收到discover報文後，會以廣播的形式回覆DHCP Offer應答報文（OP置爲2；Ciaddr置爲0.0.0.0；Yiaddr置爲DHCP可分配的IP地址；Siaddr置爲DHCP服務器IP；Chaddr置爲客戶端的MAC地址；Sname置爲DHCP服務器的名稱；Options字段裏含有相應的子網掩碼、默認網關、DNS服務器IP、有效租約期、服務器IP地址）用於通告客戶端，DHCP服務器可以分配的一個IP地址以及相應相應的參數；
客戶端只會接收第一個收到的Offer報文，後續的Offer報文（其他DHCP服務器）丟棄，收到discover報文之後，客戶端會以廣播的形式發送DHCP Request請求報文（OP置爲1；Ciaddr置爲0.0.0.0；Yiaddr置爲0.0.0.0；Siaddr置爲0.0.0.0；Sname置爲空；Options字段包含服務器主機名、請求的IP地址、服務器的IP地址等）用於告訴服務器，客戶端需要申請的IP地址；
服務器收到Request報文，如果請求的IP地址以及參數無誤並同意分配，就會以廣播的形式發送DHCP ACK應答報文（OP置爲2；Ciaddr置爲0.0.0.0；Yiaddr置爲被分配的IP；Siaadr置爲服務器的IP地址；Sname置爲服務器的名稱；Options字段包含子網掩碼、默認網關、DNS服務器IP地址、有效租約期等）用於通知客戶端，服務器同意該IP地址後的申請；如果服務器不同意IP地址的申請，會以廣播形式發送NAK應答報文（OP置爲2；Ciaddr置爲0.0.0.0；Yiaddr置爲被請求的IP地址；Siaddr置爲服務器IP地址；Options字段包含相應參數）
客戶端收到ACK報文，就會使用該IP地址，在使用之前會以廣播形式發送免費ARP（源MAC：客戶端的Mac、目的Mac：廣播Mac；源IP：請求的IP地址、目的IP：請求的IP地址）[源/目IP的IP地址是相同的]用於探測本地網絡中該IP地址是否被使用，如果有設備回覆，就會發送DHCP Decline請求報文（OP置爲1；Ciaddr置爲0.0.0.0；Yiaddr置爲0.0.0.0；Siaddr置爲0.0.0.0；Options字段包含服務器IP、服務器名稱、請求的IP地址等），請求服務器重新分配IP地址；如果在規定時間裏沒有收到回覆，客戶端使用該IP地址；
如果客戶端不再使用該IP地址，就會以單播形式發送DHCP Release請求報文（OP置爲1；Ciaddr置爲0.0.0.0；Yiaddr置爲0.0.0.0；Siaddr置爲0.0.0.0；Options字段包含服務器IP、服務器名稱、請求的IP地址等）用於客戶端釋放被請求的IP地址；服務器收到Release報文，會以廣播形式發送ACK應答報文；
當客戶端IP地址的租期期限只剩1/2時，就會以單播形式發送Request請求報文通告服務器自己想重新續約，如果服務器不同意續約，就會以單播形式發送NAK應答報文，告訴客戶端不同意續約，如果同意就以單播形式發送ACK應答報文；當客戶端IP地址的租期期限到了7/8時，會再次發送Request請求報文，與上述相同
上述過程，如下圖所示：
服務器IP地址分配順序
- 服務器的數據庫與客戶端綁定的IP地址
- 客戶端以前使用過的IP地址
- 在DHCP地址池裏按照順序查找，最先找到的IP地址
- 如果在地址池中未找到可分配的IP地址，則依次查找查過租期、發生地址衝突的IP地址，仍沒找到可用IP地址就報錯
DHCP中繼器的介紹和注意點
Option82是DHCP報文中的中繼代理信息選項，該選項記錄了客戶端的物理位置信息；該選項最多支持255個子選項，目前設備主要支持的是sub-option1（Ciruit ID，電路ID子選項）、sub-option2（Remote ID，遠端ID子選項）
Sub-option1的內容用於接收DHCP客戶端請求報文的端口所屬的VLAN編號（對應“VLAN ID”字段）以及端口索引（取值爲端口的物理編號減一，對應“Port Index”字段）
Sub-option2的內容用於接收客戶端請求報文的DHCP中繼器的MAC地址（對應“MAC”字段）
跨網段和同網段的DHCP獲取IP地址過程基本相同，只是多了DHCP中繼器，報文的Options字段裏會添加一個Option82字段；
當DHCP中繼器收到客戶端發送的請求報文後，會檢測該報文是否含有Option82字段，如果含有該字段，DHCP中繼器會根據預先配置的策略對報文進行處理（丟棄或保持原有Option82或使用DHCP中繼器自身的Option82代替），同時根據Sub-option1的VLAN ID和Port Index字段，找到爲對應網段分配地址的服務器，將報文中的Giaddr字段置爲DHCP中繼器的IP地址；
如果不含有Option82字段，就會將DHCP中繼器自身的Option82填充進報文，以單播形式發送給DHCP服務器；
DHCP中繼收到服務器發送的應答報文就會剝離Option82字段，以廣播形式轉發出去。
跨網段通信，如下圖所示：
DHCP Snooping介紹
DHCP Snooping是一種DHCP安全技術，能夠有效防止網絡中仿冒DHCP服務器的攻擊，保證客戶端從合法的服務器獲取IP地址，而且能夠記錄DHCP客戶端IP地址與MAC地址等參數的對應關係而生成綁定表，同時還可以防範各種基於DHCP服務器攻擊。
信任功能：信任端口(正常轉發DHCP應答報文)、非信任端口(丟棄接收的DHCP應答報文，offer報文、ACK報文、NAK報文)；
基本監聽功能：通過監聽DHCP的請求和應答報文，生成DHCP Snooping綁定表，綁定表項包括，客戶端的MAC地址、IP地址、端口號以及端口所屬的VLAN號等
注：DHCP Snooping綁定表根據IP地址的DHCP租用期進行老化，或根據用戶釋放IP地址所發送的release報文自動刪除對應項；DHCP Snooping一般在接入網絡的二層設備上或中繼設備上開啓
DHCP Snooping的應用場景
- 防止DHCP服務器仿冒攻擊：開啓DHCP Snooping信任端口功能。對於真實的DHCP服務端口方向開啓信任端口，其他開啓非信任端口；
- 防止DHCP報文泛洪攻擊(通過改變CHADDR字段發送大量的Request報文)：在開啓DHCP Snooping功能的同時，開啓對DHCP報文上送DHCP報文處理單元的速率進行檢測的功能，超過速率範圍的報文就丟棄（設置設備或者接口允許的最大接入用戶數，超過該用戶數就不允許申請IP地址）；
- 通過支持的option82實現對客戶端的控制：根據option82的兩個子項獲取客戶端的詳細地理信息，根據客戶端精確物理詳細信息上已配置的分配IP策略或安全策略爲用戶分配合適的IP地址和其他配置信息