DHCP协议原理与应用

企业开发 2023-09-08 17:17:42 阅读次数: 0

DHCP协议原理与应用

  • DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。

一、DHCP协议概述

1.1、场景描述

1.1.1、场景描述1

  • 笔记本、台式电脑、手机、智能家电、智能穿戴等设备和我们的生活息息相关。但是，这一切连接互联网的基础就是IP地址。
  • 如何在用户无感知的体验情况下高效且安全的获得IP地址？

在这里插入图片描述

1.1.2、场景描述2

在这里插入图片描述

1.1.3、场景描述3

  • 手动配置IP地址存在什么问题？

在这里插入图片描述

二、DHCP协议工作原理

2.1、DHCP简介

  • DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol），动态主机配置协议。
  • 定义在RFC2131中， C/S架构，为终端设备提供TCP/IP参数（IP地址、掩码、网关、DNS等）的自动配置。
  • DHCP报文格式和BootP（RFC951、RFC1542）报文兼容，保证了互操作。

在这里插入图片描述

2.2、DHCP协议名词解释

  • DHCP Client：
    • DHCP客户机，即用户终端设备，可以是手机、电脑、打印机等需要接入网络的终端设备。
  • DHCP Server：
    • DHCP服务器，为终端分配网络参数，管理地址池。

在这里插入图片描述

2.3、DHCP服务器配置

在这里插入图片描述

#Step 1：开启DHCP服务
service dhcp

#Step 2：配置DHCP服务器
ip dhcp pool Ruijie
network 172.16.10.0 255.255.255.0
dns-server 8.8.8.8 
default-router 172.16.10.254

2.4、PC的DHCP设置

在这里插入图片描述

  • 释放通过DHCP方式获取到的IP地址。

在这里插入图片描述

  • 重新通过DHCP方式获取IP地址。
    在这里插入图片描述

2.5、DHCP协议工作过程

在这里插入图片描述

2.6、DHCP协议报文及用途

在这里插入图片描述

2.7、DHCP报文介绍

2.7.1、DHCP Discover

  • DHCP Discover
    • 该报文为PC发出的第一个请求报文，为广播报文，主要作用是用来发现DHCP服务器，但PC并不知道DHCP的IP地址，因此目的MAC和目的IP地址都为广播。

在这里插入图片描述

2.7.2、DHCP Offer

  • DHCP Offer
    • 该报文为DHCP服务器返回的第一个报文，当网络中存在多台DHCP服务器时，PC只会保留先收到的DHCP Offer。DHCP Offer中包含DHCP服务器可以为PC分配的IP地址、网关IP、DNS参数等配置信息。

在这里插入图片描述

2.7.3、DHCP Request

  • DHCP Request
    • PC发出的第二条请求报文，PC根据服务器返回的Offer中的信息，发起正式申请。

在这里插入图片描述

2.7.4、DHCP Ack

  • DHCP ACK
    • 服务器收到PC的请求报文后，从地址池中分配相应的IP地址返回给PC。

在这里插入图片描述

2.8、DHCP协议的租约

  • 租约50%时刻
    • 客户端主动向服务器发送DHCP request报文，请求更新租约时间；
      • 若服务器可用，回复DHCP ack，更新租约；
      • 若服务器不可用，回复DHCP nak，不更新租约；
  • 租约87.5%时刻
    • 客户端主动向服务器发送DHCP request报文，请求更新租约时间；
      • 若服务器可用，回复DHCP ack，更新租约；
      • 若服务器不可用，回复DHCP nak，不更新租约；
  • 待到租约时间过去，客户端会重新发送DHCP discover报文。

三、DHCP常见部署方式

3.1、校园网中常见的DHCP服务部署方式

在这里插入图片描述

  • 方式一：网关交换机作为DHCP服务器
    • 优势：节省一台服务器资源。
    • 劣势：地址池配置分散在网络中多台汇聚网关交换机上，无法集中管理。
  • 方式二：网关交换机作为DHCP中继，在服务器区部署一台专用的DHCP服务器
    • 优势：集中管理，不需要每一个网段都配置一个DHCP服务器，节约资源。
    • 劣势：需要占用一台服务器资源。

3.1.1、方式一：网关交换机作为DHCP服务器

  • 每台汇聚网关交换机上都为其下联用户PC网段配置DHCP地址池。
#Step 1. 开启DHCP服务
service dhcp

#Step 2. VLAN 内用户的DHCP地址池信息
ip dhcp pool VLAN10_POOL
network 172.16.10.0 255.255.255.0
default-router 172.16.10.1 
dns-server 202.106.0.20 211.0.23.32 

#Step 3. 配置VLAN 内用户的网关
interface vlan 20 
ip address 172.16.20.1 255.255.255.0

在这里插入图片描述

3.1.2、方式二：部署专用DHCP服务器

  • 网关交换机作为DHCP中继，在服务器区部署一台专用的DHCP服务器。
  • 要保证作为DHCP中继的网关设备与DHCP服务器之间IP/路由可达。
#Step1：网关设备的DHCP中继配置：
service dhcp
int vlan 10 //需要配置中继的VLAN
ip helper-address 192.168.1.1 //服务器地址

#Step2：服务器配置DHCP服务
Windows Server/Linux/专用设备

在这里插入图片描述

四、DHCP相关安全设计

4.1、DHCP应用服务在校园网运营过程中可能存在的问题

  • 用户使用静态IP地址接入
    • 部分用户手动配置IP地址，但DHCP服务器是不知道的，因此在为DHCP用户分配IP地址的时候，用户通过DHCP获取到的IP地址，在网络中是已经使用的，导致了IP地址冲突。
  • 用户架设非法DHCP服务器
    • 在同一VLAN中，如果存在恶意用户私自架设了一台DHCP服务器，那么将会使该VLAN内的用户获取到错误的IP地址，导致无法接入进校园网。

4.2、使用IP source guard解决用户手动配置IP地址问题

  • 使用DHCP Snooping相关功能，可以实现防止下联用户使用静态IP地址接入网络（ip source guard功能）。

在这里插入图片描述

#接入交换机上配置：
ip dhcp snooping
interface f0/1
ip verify source port-security 
interface f0/2
ip verify source port-security

#备注：接入交换机会窥探DHCP报文交互的过程，并从DHCP ACK报文中提取相关IP和MAC信息，将其绑定在硬件表项中，这样只有经过DHCP方式获取IP地址的主机，其IP和MAC才会被交换机所允许转发，而非DHCP方式设置IP地址，这样的报文会被交换机丢弃

4.3、使用DHCP Snooping实现防非法DHCP服务器问题（1）

  • 在接入交换机上使用DHCP Snooping相关功能，可以实现防止下联用户架设非法DHCP服务器。
    在这里插入图片描述

4.4、使用DHCP Snooping实现防非法DHCP服务器问题（2）

  • 在接入交换机上使用DHCP Snooping相关功能，可以实现防止下联用户架设非法DHCP服务器。
  • 以下为DHCP Snooping配置步骤：
#Step1：接入交换机上开启DHCP Snooping
ip dhcp snooping

#Step2：指向合法DHCP服务器的接口设置为信任接口
interface f0/24
ip dhcp snooping trust

#备注：其他接口默认都为非信任接口

在这里插入图片描述

五、简单的DHCP实验

1、拓扑：

在这里插入图片描述

2、R1的配置：

  • 基础配置：
Ruijie>enable 
Enable password isn't set up, please set the password.

Please Set the password:****

The input password is weak password, default min-size(8) and should contain three different characters, and could not be similar to username!

Please check the password:****

Set the password success!


Ruijie#configure terminal 
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
*Aug 21 13:34:18: %ZAM-6-EVENT: zam status changes to IDLE for entering config mode

Ruijie(config)#hostname R1			#更改设备名称

R1(config)#show interfaces status 	#查看物理接口信息
Interface                                Status    Vlan   Duplex   Speed     Type  
---------------------------------------- --------  ----   -------  --------- ------
GigabitEthernet 0/0                      up        1      Full     1000M     copper
GigabitEthernet 0/1                      down      1      Unknown  Unknown   copper
GigabitEthernet 0/2                      down      1      Unknown  Unknown   copper
GigabitEthernet 0/3                      down      1      Unknown  Unknown   copper
GigabitEthernet 0/4                      down      1      Unknown  Unknown   copper
GigabitEthernet 0/5                      down      1      Unknown  Unknown   copper
GigabitEthernet 0/6                      down      1      Unknown  Unknown   copper
GigabitEthernet 0/7                      down      1      Unknown  Unknown   copper
GigabitEthernet 0/8                      down      1      Unknown  Unknown   copper
GigabitEthernet 0/9                      down             Unknown  Unknown   copper

R1(config)#int g0/0			#进入接口
R1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#no switchport 		#模拟器中默认是二层接口，需要切换成三层口

R1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#show ip int b			#查看三层接口信息
Interface                                IP-Address(Pri)      IP-Address(Sec)      Status                 Protocol 
GigabitEthernet 0/0                      no address           no address           up                     down     
VLAN 1                                   no address           no address           down                   down     

R1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#ip add 192.168.1.1 24	#配置IP地址
R1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#show ip int b
Interface                                IP-Address(Pri)      IP-Address(Sec)      Status                 Protocol 
GigabitEthernet 0/0                      192.168.1.1/24       no address           up                     up       
VLAN 1                                   no address           no address           down                   down
  • DHCP服务器配置：
R1(config)#service dhcp 			#开启dhcp服务，华为是dhcp enable，思科默认开启
R1(config)#ip dhcp pool dhcp		#配置dhcp的地址池，地址池的名字是dhcp
R1(dhcp-config)#network 192.168.1.0 255.255.255.0	#配置地址空间
R1(dhcp-config)#default-router 192.168.1.1			#配置默认网关
R1(dhcp-config)#dns-server 114.114.114.114 223.5.5.5	#配置dns，可以同时配置多个dns服务器，也可以只配置一个

3、PC1的配置：（由于模拟器的PC机有bug，这里用路由器代替PC机）

  • PC机的bug：
VPCS> ip dhcp	#获取不到IP地址
DDORRR
Can't get ip address from dhcp server
  • 路由器配置：
Ruijie>enable 
Enable password isn't set up, please set the password.

Please Set the password:****

The input password is weak password, default min-size(8) and should contain three different characters, and could not be similar to username!

Please check the password:****

Set the password success!

Ruijie#conf*Aug 21 14:05:54: %HTTPD-5-USER_CHANGE: The password of web management account "admin" is changed.
 t
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
*Aug 21 14:05:55: %ZAM-6-EVENT: zam status changes to IDLE for entering config mode
Ruijie(config)#hostname PC1
PC1(config)#int g0/0
PC1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#no switchport 

PC1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#ip address dhcp 		#日志提醒分配的IP地址是192.168.3 掩码是255.255.255.0
PC1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#*Aug 21 14:08:01: %DHCP_CLIENT-4-ADDRESS_CONFLICT: DHCP address 192.168.1.3 mask 255.255.255.0 conflicted with the address on interface VLAN 1.	

PC1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#show ip int b		#这里查看会发现错误，是由于模拟器的原因，需要将vlan 1关闭
Interface                                IP-Address(Pri)      IP-Address(Sec)      Status                 Protocol 
GigabitEthernet 0/0                      no address           no address           up                     down     
VLAN 1                                   192.168.1.2/24       no address           down                   down     


#真正的流程
Ruijie(config)#hostname PC1
PC1(config)#int vlan 1
PC1(config-if-VLAN 1)#no ip address 		#把vlan 1 禁用
%notice: all IPv4 addresses on this interface are removed.

PC1(config-if-VLAN 1)#exit
PC1(config)#int g0/0
PC1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#no switchport 
PC1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#ip address dhcp

PC1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#*Aug 21 14:34:00: %DHCP_CLIENT-6-ADDRESS_ASSIGN: Interface GigabitEthernet 0/0 assigned DHCP address 192.168.1.5, mask 255.255.255.0.

PC1(config-if-GigabitEthernet 0/0)#show ip int b		#成功
Interface                                IP-Address(Pri)      IP-Address(Sec)      Status                 Protocol 
GigabitEthernet 0/0                      192.168.1.5/24       no address           up                     up       
VLAN 1                                   no address           no address           down                   down

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