Протокол DHCP
Область применения: Windows Server 2022, Windows Server 2019, Windows Server 2016
Этот раздел можно использовать для краткого обзора DHCP в Windows Server 2016.
Помимо этого раздела, доступна следующая документация по DHCP.
Протокол DHCP — это протокол клиента или сервера, который автоматически предоставляет узел протокола IP с его IP-адресом и другие связанные сведения о конфигурации, такие как маска подсети и шлюз по умолчанию. RFC 2131 и 2132 определяют протокол DHCP в качестве стандарта Internet Engineering Task Force (IETF), основанного на протоколе начальной загрузки (BOOTP), протокола, с помощью которого DHCP предоставляет много сведений о реализации. DHCP позволяет узлам получать необходимые сведения о конфигурации TCP/IP от DHCP-сервера.
Windows Server 2016 включает DHCP-сервер, который является необязательной ролью сервера сети, которую можно развернуть в сети для аренды IP-адресов и других сведений клиентам DHCP. все клиентские операционные системы на основе Windows включают dhcp-клиент как часть TCP/IP, а dhcp-клиент включен по умолчанию.
Зачем использовать DHCP?
Каждое устройство в сети на основе TCP/IP должно иметь уникальный IP-адрес одноадресной рассылки для доступа к сети и ее ресурсам. Без DHCP IP-адреса новых компьютеров или компьютеров, перемещаемых из одной подсети в другую, необходимо настроить вручную. IP-адреса для компьютеров, удаленных из сети, необходимо вручную освободить.
При использовании DHCP весь процесс автоматизирован и управляется централизованно. DHCP-сервер поддерживает пул IP-адресов и арендованный адрес любому клиенту с поддержкой DHCP при запуске в сети. Так как IP-адреса являются динамическими (арендованными), а не статическими (без постоянного назначения), адреса, которые больше не используются, автоматически возвращаются в пул для перераспределения.
Сетевой администратор устанавливает DHCP-серверы, которые сохраняют информацию о конфигурации TCP/IP и предоставляют клиентам с поддержкой DHCP в виде предложения аренды. DHCP-сервер хранит сведения о конфигурации в базе данных, которая включает в себя:
Допустимые параметры конфигурации TCP/IP для всех клиентов в сети.
Допустимые IP-адреса, поддерживаемые в пуле для назначения клиентам, а также исключенные адреса.
Зарезервированный IP-адрес адреса, связанные с конкретными клиентами DHCP. Это обеспечивает единообразное назначение одного IP-адреса одному клиенту DHCP.
Срок действия аренды или период времени, в течение которого IP-адрес может быть использован до продления срока аренды.
Клиент с поддержкой DHCP при принятии предложения аренды получает:
Допустимый IP-адрес для подсети, к которой подключается.
Запрошенные параметры DHCP, которые являются дополнительными параметрами, настроенными DHCP-сервером для назначения клиентам. Некоторые примеры параметров DHCP: маршрутизатор (шлюз по умолчанию), DNS-серверы и доменное имя DNS.
Преимущества DHCP
DHCP предоставляет следующие преимущества.
Конфигурация надежных IP-адресов. DHCP свертывает ошибки конфигурации, вызванные ручной конфигурацией IP-адресов, например типографскими ошибками, или конфликты адресов, вызванные назначением IP-адреса более чем одному компьютеру одновременно.
Сокращенное администрирование сети. Служба DHCP включает следующие функции для сокращения сетевого администрирования:
Централизованная и автоматизированная конфигурация TCP/IP.
Возможность определять конфигурации TCP/IP из центрального расположения.
Возможность назначать полный диапазон дополнительных значений конфигурации TCP/IP с помощью параметров DHCP.
Эффективная обработка изменений IP-адресов для клиентов, которые должны обновляться часто, например для портативных устройств, которые перемещаются в разные места в беспроводной сети.
Пересылка начальных сообщений DHCP с помощью агента ретранслятора DHCP, что устраняет необходимость в DHCP-сервере для каждой подсети.
Что такое dhcp роль назначение
DHCP (англ. Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической настройки узла) — сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети.
Был предложен в 1993 г., и наиболее полное современное описание DHCP содержится в документе RFC 2131 (март 1997 г.).
DHCP является расширением протокола BOOTP, использовавшегося ранее для обеспечения бездисковых рабочих станций IP-адресами при их загрузке, и сохраняет с ним обратную совместимость.
Цель DHCP — устранить два основных ограничения, накладывающихся на другие анагологичные протоколы, а именно: отсутствие поддержки динамического назначения IP-адресов и возможность передавать от сервера на станцию-клиент лишь небольшое число параметров конфигурации.
Содержание
Архитектура [ править ]
Работа протокола DHCP базируется на классической схеме клиент-сервер.
Сервер поддерживает пул свободных адресов и, кроме того, ведет собственную регистрационную базу данных.
Сообщения [ править ]
Взаимодействие DHCP-серверов с клиентами осуществляется путем обмена сообщениями.
Структура сообщения показана на рисунке, где в скобках указан размер поля в байтах.
Опишем подробнее поля:
| Поле | Описание |
|---|---|
| op | Тип сообщения (1 = BOOTREQUEST, 2 = BOOTREPLY) |
| htype | Тип адреса оборудования |
| hlen | Длина адреса оборудования |
| hops | Используется ретранслирующим агентом |
| xid | Идентификатор транзакции между сервером и клиентом |
| secs | Время с момента выдачи DHCPREQUEST или начала обновления конфигурации |
| flags | Флаги (первый бит маркирует широковещательные сообщения) |
| ciaddr | IP-адрес клиента |
| yiaddr | (клиентский) IP-адрес |
| siaddr | IP-адрес следующего сервера, участвующего в загрузке |
| giaddr | IP-адрес ретранслирующего агента |
| chaddr | адрес клиента |
| sname | Хост-имя сервера (опция) |
| file | Имя загрузочного файла |
| options | Поле дополнительных параметров |
В роли транспортного протокола для обмена DHCP-сообщениями выступает UDP.
Эти номера портов, как и схожая структура сообщений, обеспечивают обратную совместимость DHCP с BOOTP. Конкретные процедуры взаимодействия клиентов и серверов BOOTP и DHCP регламентирует документ RFC 1542.
Алгоритм работы [ править ]
Получение IP адреса [ править ]
Выбор адреса DHCP-сервером [ править ]
Алгоритм работы DHCP-сервера при получении DHCPDISCOVER:
Следует отметить, что сервер не обязан отвечать на каждый поступивший запрос DHCPDISCOVER. Такой подход дает возможность управления использованием сети: например, можно разрешить серверу отвечать только тем клиентам, которые предварительно зарегистрировались с помощью специальной процедуры.
Истечение срока аренды адреса [ править ]
Когда срок аренды адреса подходит к концу клиент может:
Параметры конфигурации [ править ]
Для каждого клиента DHCP-сервер заводит в своей базе запись с параметрами конфигурации. Каждой записи соответствует уникальный ключ (например, ). Поддерживаемые параметры конфигурации определены в RFC 1122, RFC 1123, RFC 1196, RFC 1256.
Наиболее важные параметры:
Передача параметров конфигурации происходит в процессе получения IP-адреса. Если на клиенте адрес был задан вручную, то он отправляет сообщение DHCPINFORM, содержащее уже имеющийся адрес и запрос об отдельных параметрах конфигурации. DHCP-сервер проверяет правильность адреса клиента (но не наличие аренды) и отправляет DHCPACK с требуемыми параметрами конфигурации.
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 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.
📑 Основные понятия DHCP
Понятие DHCP
Служба DHCP ( Dynamic Host Configuration Protocol ) — это одна из служб поддержки протокола TCP/IP, разработанная для упрощения администрирования IP-сети за счет использования специально настроенного сервера для централизованного управления IP-адресами и другими параметрами протокола TCP/IP, необходимыми сетевым узлам.
Работа протокола DHCP базируется на классической схеме клиент-сервер. В роли клиентов выступают компьютеры сети, стремящиеся получить IP-адреса в так называемую аренду (lease), а DHCP-серверы выполняют функции диспетчеров, которые выдают адреса, контролируют их использование и сообщают клиентам требуемые параметры конфигурации. Параметры выделяются клиенту на определенный срок, после чего считается свободным и может быть выдан другому клиенту.
Сервер поддерживает пул свободных адресов и, кроме того, ведет собственную регистрационную базу данных. Взаимодействие DHCP-серверов со станциями-клиентами осуществляется путем обмена сообщениями.
Для взаимодействия DHCP-сервера и DHCP-клиента используется специальный протокол DHCP, который является расширением протокола BOOTP (Bootstrap Protocol). DHCP устраняет определенные ограничения, которые BOOTP имел в качестве службы настройки узла.
Сервер DHCP избавляет сетевого администратора от необходимости ручного выполнения таких операций, как:
Во взаимодействии по протоколу DHCP принимают участие две или три стороны:
Как правило, DHCP-сервер выделяет IP-адреса (и прочие параметры TCP/IP) одним из двух способов:
В роли DHCP сервера может выступать сервер под управлением серверной ОС семейства Linux или Windows, некоторые модели коммутаторов и даже обычные компьютеры с клиентскими операционными системами, в случае если на них установлено специализированное программное обеспечение.
Клиент DHCP и автоматическая настройка параметров сети
Протокол DHCP поддерживает три механизма выделения адресов: автоматический, динамический и ручной. В первом случае клиент получает постоянный IP-адрес, в последнем DHCP используется только для уведомления клиента об адресе, который администратор присвоил ему вручную.
Механизм получения динамического IP адреса клиентом DHCP клиентом достаточно прост, но требует более детального рассмотрения.
При включении компьютера, настроенного на автоматическое получение параметров сети, он выполняет широковещательный запрос на IP адрес 255.255.255.255, а в качестве своего IP адреса указывает 0.0.0.0 (так как у него еще нет IP адреса). В ходе данного широковещательного запроса рассылается сообщение DHCPDISCOVER, данное сообщение содержит в себе информацию позволяющую отличить его от других типов запросов/сообщений (то-есть указывает на то, что это сообщение предназначено для DHCP сервера, для получения IP адреса), MAC адрес устройства сформировавшего запрос, а также предыдущий IP адрес устройства (если он у него был).
Так как сообщение DHCPDISCOVER рассылается широковещательным способом, оно попадает не только на DHCP сервер, но и на другие устройства данного сегмента сети, но так как в сообщение DHCPDISCOVER указывается, что оно предназначено только для DHCP сервера, остальные устройства сети отвергают данное сообщение.
При получении сообщения DHCPDISCOVER DHCP сервером, он анализирует его содержание и в соответствии со своими настройками выбирает подходящую конфигурацию для запросившего компьютера и отправляет ее обратно в сообщении DHCPOFFER. Обычно сообщение DHCPOFFER отсылается только на MAC адрес компьютера, который был указан в сообщении DHCPDISCOVER, но иногда оно может рассылаться и методом широковещательной рассылки.
В случае если в сети существует несколько DHCP серверов компьютер может получить в ответ на сообщение DHCPDISCOVER несколько сообщений DHCPOFFER от разных DHCP серверов. Из них компьютер выбирает одно, обычно полученное первым. И отвечает на него сообщением DHCPREQUEST, которое содержит в себе всю туже информацию, что и сообщение DHCPDISCOVER + IP адрес выбранного DHCP сервера. Сообщение DHCPREQUEST рассылается широковещательным методом, для того чтобы его могли получить все DHCP сервера сети, если их несколько.
Все устройства сети, не являющиеся DHCP серверами игнорируют сообщение DHCPREQUEST. DHCP сервера, IP адрес которых не содержится в сообщении DHCPREQUEST понимают, что их не выбрали в качестве DHCP сервера. DHCP сервер IP адрес которого указан в сообщении DHCPREQUEST получает его и понимает, что именного его выбрали в качестве DHCP сервера для нового компьютера, на что он отвечает сообщением DHCPACK, которое как бы подтверждает данный выбор. Сообщение DHCPACK отправляется на MAC адрес компьютера указанного в сообщении DHCPREQUEST.
Компьютер, запрашивающий конфигурацию, получает сообщения DHCPACK. И применяет конфигурацию, которая была получена в сообщении DHCPOFFER. Вот так путем несложного обмена сообщениями функционирует протокол DHCP.
DHCP сервер может быть настроен по разному, и в зависимости от его конфигурации он будет выдавать IP адреса, запрашивающим компьютерам разными способами. Если на момент получения запроса DHCPDISCOVER сервер не располагает свободными IP-адресами, он может направить уведомление о возникшей проблеме администратору. В противном случае при выборе адреса обычно применяется следующий алгоритм. Клиенту выделяется адрес, записанный за ним в данный момент. Если это невозможно, сервер предложит адрес, которым пользовался клиент до окончания срока последней аренды (при условии, что данный адрес свободен), либо адрес, запрошенный самим клиентом при помощи соответствующей опции (опять же, если адрес не занят). Наконец, в том случае, когда все предыдущие варианты не проходят, новый адрес выбирается из пула доступных адресов с учетом подсети, из которой поступил клиентский запрос.
Исходя из определенной сетевым администратором политики и, соответственно, настроек сервер может выдать клиенту адрес, отличающийся от запрошенного (даже при доступности последнего), вообще отказать в предоставлении адреса или предложить адрес, относящийся к другой подсети. Более того, DHCP-сервер вообще не обязан реагировать на каждый поступивший запрос DHCPDISCOVER. Это предоставляет администратору возможность контролировать доступ к сети, например разрешив серверу отвечать только тем клиентам, которые предварительно зарегистрировались с помощью специальной процедуры.
Спустя примерно половину этого срока клиент пытается возобновить его. Если клиент не может обновить аренду, он будет пытаться сделать это снова до окончания срока аренды. Если эти попытки не принесут успеха, клиент будет пытаться обратиться к другому DHCP-серверу.
При обновлении аренды клиент проходит два состояния — обновления адреса (RENEWING) и обновления конфигурации (REBINDING). Первое наступает примерно на половине срока аренды адреса (так называемый момент T1), второе — по истечении приблизительно 7/8 полного времени аренды (момент T2); для рассинхронизации процессов реконфигурирования разных клиентов значения этих временных меток рандомизируются с помощью случайной добавки.
В момент T1 клиент оправляет DHCP-серверу, выдавшему адрес, сообщение DHCPREQUEST с просьбой продлить срок аренды. Получив положительный ответ (DHCPACK), клиент пересчитывает срок аренды и продолжает работу в обычном режиме. Клиент ожидает прихода ответа от сервера в течение (T2 — t)/2 с (при условии, что это значение не меньше 60 с), где t — время отсылки последнего сообщения DHCPREQUEST, после чего отправляет данное сообщение повторно.
Если ответ от сервера не поступил к моменту T2, клиент переходит в состояние REBINDING и передает уже широковещательное сообщение DHCPREQUEST со своим текущим сетевым адресом. В этом случае моменты повторных выдач запросов DHCPREQUEST рассчитываются аналогично предыдущему случаю, только вместо T2 фигурирует время окончания срока аренды.
Не исключено, однако, что ответ DHCPACK не придет до окончания срока аренды. Тогда клиент обязан немедленно прекратить выполнение любых сетевых операций и заново начать процесс инициализации. Если запоздавший ответ DHCPACK все-таки поступит, клиенту рекомендуется сразу же возобновить работу под прежним адресом.
Невозобновленный IP-адрес возвращается в пул адресов. Если клиент связался с сервером, но текущий IP-адрес не может быть возобновлен, DHCP-сервер присваивает клиенту новый IP-адрес.
DHCP-сервер обычно не влияет на процедуру загрузки или входа в есть. Загрузка клиентов и регистрация пользователей возможна даже при нефункционирующем сервере DHCP.
Возможности сервера DHCP
Но самый главный плюс DHCP вовсе не в том, что с его помощью можно автоматически раздавать IP-адреса. На этом функционал протокола не заканчивается. Основная его ценность в другом: с его помощью вы можете назначать хостам и другие, не менее важные настройки. Например:
Если у вас сеть разбита на несколько подсетей, разделенных маршрутизаторами, то одним DHCP-сервером вам ограничиться не получится. DHCP-запросы и ответы не маршрутизируются между подсетями и распространяются в пределах лишь одного сегмента. Это связано в первую очередь с тем, что протокол DHCP не использует для передачи данных IP- адресацию, а работают на более низком уровне. Следовательно, в каждом из сегментов сети, имеющем свой диапазон IP-адресов вам потребуется отдельная DHCP- служба.
Принципы работы протокола DHCP
DHCP — протокол автоматизации назначения IP-адреса клиенту. Он широко используется в современных сетях. В статье рассмотрим принципы работы, процесс DORA, основные опции и другие аспекты протокола.
Для чего нужен протокол DHCP
DHCP — протокол прикладного уровня модели TCP/IP, служит для назначения IP-адреса клиенту. Это следует из его названия — Dynamic Host Configuration Protocol. IP-адрес можно назначать вручную каждому клиенту, то есть компьютеру в локальной сети. Но в больших сетях это очень трудозатратно, к тому же, чем больше локальная сеть, тем выше возрастает вероятность ошибки при настройке. Поэтому для автоматизации назначения IP был создан протокол DHCP.
Впервые протокол был описан в 1993 году в документе RFC 1531, но с тех пор в описание вносились правки. На сегодняшний день основным документом, регламентирующим протокол, является RFC 2131. Помимо автоматизации процесса настройки IP, DHCP позволяет упростить диагностику подключения и переход из одной подсети в другую, оставляя уведомления для системного администратора в логах.
Принцип работы DHCP
Из вступления ясно, какие функции предоставляет DHCP, но по какому принципу он работает? Получение адреса проходит в четыре шага. Этот процесс называют DORA по первым буквам каждого шага: Discovery, Offer, Request, Acknowledgement.
Давайте подробнее рассмотрим DORA — принцип работы DHCP.
Протокол DHCP, получение адреса IP — DORA
Discovery, или поиск
Изначально клиент находится в состоянии инициализации (INIT) и не имеет своего IP-адреса. Поэтому он отправляет широковещательное (broadcast) сообщение DHCPDISCOVER на все устройства в локальной сети. В той же локальной сети находится DHCP-сервер. DHCP-сервер — это, например, маршрутизатор или коммутатор, существуют также выделенные DHCP-серверы.
Не всегда одну сеть обслуживает один DHCP-сервер, нередко организации устанавливают сразу несколько. Какие порты использует DHCP? Сервер всегда слушает 67 порт, ожидает широковещательное сообщение от клиента, а после его получения отправляет ответное предложение — DHCPOFFER. Клиент принимает сообщение на 68 порту.
Offer, или предложение
DHCP-сервер отвечает на поиск предложением, он сообщает IP, который может подойти клиенту. IP выделяются из области (SCOPE) доступных адресов, которая задается администратором.
Если имеются адреса, которые не должны быть назначены DHCP-сервером, область можно ограничить, указав только разрешенные адреса. Например, администратор может задать диапазон используемых IP-адресов от 192.0.0.10 до 192.0.0.255.
Бывает и так, что не все доступные адреса должны быть назначены клиентам. Например, администратор может исключить (exclude) диапазон 192.0.0.100 — 192.0.0.200 из используемой области. Такое ограничение называется исключением.
DHCP выделяет доступные IP-адреса из области только временно (об этом позже), поэтому нет гарантии, что при следующем подключении у данного клиента останется прежний IP. Но есть возможность назначить какому-либо клиенту определенный IP навсегда. К примеру, забронировать 192.0.0.10 за компьютером системного администратора. Такое сохранение IP для отдельных клиентов называют резервацией (reservation).
DHCPOFFER содержит IP из доступной области, который предлагается клиенту отправкой широковещательного (broadcast, «если вы тот, кто запрашивал IP-адрес, то доступен вот такой») или прямого (unicast, «вы запрашивали IP, предлагаю вот такой») сообщения. При этом, поскольку нужный клиент пока не имеет IP, для отправки прямого сообщения он идентифицируется по MAC-адресу.
Request, или запрос
Клиент получает DHCPOFFER, а затем отправляет на сервер сообщение DHCPREQUEST. Этим сообщением он принимает предлагаемый адрес и уведомляет DHCP-сервер об этом. Широковещательное сообщение почти полностью дублирует DHCPDISCOVER, но содержит в себе уникальный IP, выделенный сервером. Таким образом, клиент сообщает всем доступным DHCP-серверам «да, я беру этот адрес», а сервера помечают IP как занятый.
Acknowledgement, или подтверждение
Сервер получает от клиента DHCPREQUEST и окончательно подтверждает передачу IP-адреса клиенту сообщением DHCPACK. Это широковещательное или прямое сообщение утверждает не только владельца IP, но и срок, в течение которого клиент может использовать этот адрес.
Со схемой отправки сообщений разобрались, но, если в сети несколько DHCP-серверов, пославших предложение, какое из них выберет клиент? Хороший вопрос. В состоянии INIT, если клиент получает адрес впервые, он будет принимать только первое предложение IP. Однако, если клиент уже общался ранее с определенным DHCP-сервером, он отдаст предпочтение этому серверу и, наоборот, сервер выберет знакомого клиента.
Срок аренды
Когда DHCP-сервер выделяет IP из области, он оставляет запись о том, что этот адрес зарезервирован за клиентом с указанием срока действия IP. Этот срок действия называется срок аренды (lease time). Срок аренды может составлять от 24 часов до нескольких дней, недель или даже месяцев, он задается в настройках самого сервера.
Предоставление адреса в аренду, а не на постоянной основе необходимо по нескольким причинам. Во-первых, это разумное использование IP-адресов — отключенные или вышедшие из строя клиенты не резервируют за собой адрес. Во-вторых, это гарантия того, что новые клиенты при необходимости смогут получить уникальный адрес.
После получения адреса из области, клиент берет его в аренду на время, называемое T. Клиент переходит в связанное (BOUND) состояние и продолжает нормальную работу, пока не наступит время половины срока аренды — T1.
По наступлении T1 клиент инициализирует процедуру получения нового IP или обновления адреса — состояние RENEWING. Процесс повторного получения происходит по упрощенной схеме: клиент прямым сообщением запрашивает (DHCPREQUEST), а сервер подтверждает (DHCPACK) запрос. Время аренды начинает отсчитываться заново.
Если подтверждение (DHCPACK) от сервера не поступает, клиент снова запрашивает адрес, но только когда истекает половина T1. Если запрос адреса остается без ответа второй раз, клиент отправляет еще одно сообщение, когда истекает половина от T1/2 (25% от полного срока аренды). Следующий запрос будет отправлен после истечения еще половины оставшегося времени, потом еще половины. И так далее, пока не наступит T2, которое равняется 87,5%, или 7/8 от всего времени аренды. После T2 все попытки продлить аренду IP будут широковещательными. Это значит, что, если первый сервер по какой-то причине недоступен, на запрос адреса сможет ответить любой другой, и работа не будет прервана.
Три подхода к распределению адресов
Сервер назначает IP одним из трех основных способов.
Статическое распределение (static allocation). Почти как ввод адреса на каждом компьютере вручную. Отличие в том, что системный администратор задает нужные соответствия IP для MAC-адресов клиентов на самом DHCP-сервере. IP останется за клиентом, даже если тот выйдет из сети, отключится, перейдет в новую сеть и т.п.
Автоматическое распределение (automatic allocation). Сервер закрепляет IP из области за каждым клиентом навсегда. Срок аренды не ограничен.
Динамическое распределение (dynamic allocation). DHCP-сервер назначает адрес из области на определенное время, называемое сроком аренды. Такой подход полезен, если число доступных IP ограничено. IP назначается каждому клиенту при подключении к сети и возвращается в область, как только клиент его освобождает. В таком случае IP может отличаться при каждом подключении, но обычно назначается прежний.
Особые DHCP сообщения
Кроме DORA — четырех сообщений для получения адреса — DHCP использует и другие. Давайте рассмотрим каждое.
DHCPNAK. Нередко в источниках можно встретить написание DHCPNACK, что является неправильным, так как RFC 2131 регламентирует именно NAK. DHCPNAK отправляется сервером вместо окончательного подтверждения. Такой отказ может быть отправлен клиенту, если аренда запрашиваемого IP истекла или клиент перешел в новую подсеть.
DHCPRELEASE. Клиент отправляет это сообщение, чтобы уведомить сервер об освобождении занимаемого IP. Иными словами, это досрочное окончание аренды.
DHCPINFORM. Этим сообщением клиент запрашивает у сервера локальные настройки. Отправляется, когда клиент уже получил IP, но для правильной работы ему требуется конфигурация сети. Сервер информирует клиента ответным сообщением с указанием всех запрошенных опций.
Опции DHCP
Для работы в сети клиенту требуется не только IP, но и другие параметры DHCP — например, маска подсети, шлюз по умолчанию и адрес сервера. Опции представляют собой пронумерованные пункты, строки данных, которые содержат необходимые клиенту сервера параметры конфигурации. Дадим описания некоторым опциям:
Option 82 — ретрансляция DHCP-сервера
Option 82 — информация об агенте ретрансляции (relay agent information). Благодаря ретранслятору клиент и сервер могут общаться, находясь в разных подсетях. По умолчанию широковещательные сообщения не могут выходить за пределы текущего широковещательного домена (подсети). Внимательный читатель скажет, что выше мы писали, как клиент отправляет широковещательное сообщение DHCPDISCOVER всем доступным DHCP-серверам. А что если в сети нет DHCP?
Предположим, широковещательные сообщения не выходят за пределы подсети компании, которая не установила DHCP-сервер. В таком случае сообщение DHCPDISCOVER должно будет пропасть, и ни один компьютер компании не сможет выйти в интернет. Однако в реальности отсутствие DHCP-сервера не мешает выходу в сеть.
Значит ли это, что широковещательные сообщения каким-то образом выходят за пределы подсети? Не совсем. За пределы подсети выходят только широковещательные DHCP-сообщения. Это становится возможным благодаря агенту ретрансляции. Обычно в его роли выступает маршрутизатор или сервер. Ретранслятор получает сообщения от клиента в своей подсети, направляют его на DHCP-сервер, который тем же образом — через ретранслятор — отправляет ответ. Так ретранслятор выступает в качестве посредника между подсетями.
Опции DHCP для загрузки PXE
Протокол DHCP позволяет загрузку компьютера без использования носителя данных. Такая загрузка происходит с сетевой карты и называется PXE (Preboot eXecution Environment). Для конфигурации сетевой загрузки LEGACY BIOS PXE используются DHCP-опции 43, 60, 66 и 67.
Взаимодействие DHCP и DNS
Как мы упоминали выше, Option 6 — это сервер DNS. Давайте рассмотрим подробнее взаимодействие двух протоколов.
DNS (система доменных имен) отвечает за соответствие доменных имен и IP-адресов. Доменное имя — это не только адрес в интернете, например, selectel.ru, но также имя компьютера в локальной сети, например, Director PC. DNS проводит соединительную линию между IP и буквенно-числовым доменным именем компьютера или веб-сайта. DHCP занимается выделением и назначением IP из области. Очевидно, что два протокола должны тесно взаимодействовать между собой.
В статье мы уже говорили, что DHCP-сервер имеет область IP-адресов, которые допускается распределять между клиентами в сети. DNS-сервер занимается тем, что сопоставляет IP-адреса и доменные имена. Это не только имена сайтов, но и имена компьютеров в сети, (например, NetworkServer PC).
Если вы хотите создать свою локальную сеть на базе Linux, потому что это бесплатно и вы не хотите связываться Windows, то вы можете столкнуться с проблемой взаимодействия DNS и DHCP. Linux не имеет Active Directory, как в Windows, позволяющей тесно связать DHCP и DNS, избегая необходимости обращаться к клиенту каждый раз по IP. Однако способы организовать такую связь существуют и для свободной системы.
Первый вариант — настроить DHCP-сервер так, чтобы фиксировал адрес за клиентом. Второй вариант — настроить взаимодействие DHCP- и DNS- серверов. Первый вариант подходит, если область IP-адресов широкая и вы можете позволить себе фиксировать IP за каждым клиентом. Если же для вас такой метод будет расточительным, то необходимо дать двум серверам работать вместе.
Взаимодействие DHCP и DNS необходимо для того, чтобы DNS-сервер вовремя получал информацию о новом IP клиента и мог сопоставить его с именем клиента в сети. Если сервера не будет взаимодействовать, это чревато ошибками и недоступностью клиентов.
Настроить данное взаимодействие можно в четыре шага при помощи пакета dnsmasq, доступного в стандартных репозиториях Ubuntu и Debian. Мы не будем давать детальную инструкцию по осуществлению, а лишь кратко опишем каждый шаг.
Шаг 1 — конфигурация сети
В первую очередь необходимо определиться с компьютером, который будет выполнять роль сервера. Важно выбрать тот компьютер (Ubuntu Server или Ubuntu Desktop), который вы не планируете выключать слишком часто. Если после полной настройки вы решите выключить компьютер, то вся сеть тоже выключится.
Выбранному компьютеру необходимо назначить статический IP. Делается это редактированием конфигурационного файла в директории /etc/network/interfaces.
Шаг 2 — установка dnsmasq
Установите пакет dnsmasq командой из терминала:
А затем откройте файл конфигурации /etc/dnsmasq.conf. Файл конфигурации dnsmasq очень большой, но он содержит комментарии с объяснениями того, за что отвечает каждая настройка. Чтобы добавить требуемые настройки, откройте файл и удалите решетку (#), означающую комментарий, в начале нужных строк.
Шаг 3 — настройка фаервола
Для изменения настроек фаервола можно использовать Ubuntu Uncomplicated Firewall. Используйте следующие команды:
Шаг 4 — изменение настроек роутера
Зайдите в настройки вашего роутера из браузера, отключите DHCP для локальной сети, измените все настройки DNS так, чтобы они указывали на ваш только что настроенный сервер. Последнее действие — перезапуск сети на сервере. Для этого вы можете просто перезагрузить компьютер или использовать команды:
Недостатки протокола DHCP
DHCP имеет свои уязвимости. Основная заключается в четырех шагах, необходимых для получения IP. Процесс DORA подразумевает рассылку сообщений широковещательного типа, когда первый откликнувшийся DHCP-сервер получает возможность предложить IP из своей области. Если злоумышленник сможет использовать свой сервер, который даст самый быстрый ответ клиенту, то у него откроется возможность получить контроль над действиями пользователя в сети и нанести существенный ущерб.
Еще одна брешь в безопасности — в том, что DHCP использует UDP-протокол. UDP — протокол обмена датаграммами без установления соединения, а значит, и без шифрования. Передаваемая по UDP информация не защищена и может быть «подслушана», что также может быть использовано злоумышленниками.
Третий недостаток — вновь ненадежность UDP, но другого рода. UDP не обеспечивает гарантию доставки информации. Этот протокол допускает потери и ошибки, которые могут сказаться и на работе DHCP, в частности при PXE-загрузке.
Заключение
Мы рассмотрели основные принципы работы DHCP-серверов. Несмотря на недостатки и частые доработки, протокол DHCP широко используется в современных сетях. Также изучили процесс DORA, основные опции и другие аспекты протокола. Надеемся, эта статья оказалась вам полезна.
