3、DHCP 網路服務-有解無憂

3.1 DHCP 簡介

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol：動態主機配置協議）是一個作業在應用層的局域網網路協議，資料傳輸時使用 UDP 不可靠傳輸協議作業，通常被應用在大型的局域網路環境中，主要作用是集中的管理、分配網路資源，使網路環境中的主機能動態的獲得 IP 地址、Gateway地址、DNS 服務器地址等資訊，并能夠提升地址的使用率，

3.2 DHCP 作業原理（租約四部曲+續租）

在這里插入圖片描述

3.2.1 DHCP 客戶端進行 IP 請求

當一個 DHCP 客戶機啟動時，會自動將自己的 IP 地址配置成 0.0.0.0，由于使用 0.0.0.0 不能進行正常通信，所以客戶機就必須通過 DHCP 服務器來獲取一個合法的地址，由于客戶機不知道 DHCP 服務器的 IP 地址，所以**它使用 0.0.0.0 的地址作為源地址，使用 255.255.255.255 作為目標地址，使用 UDP 67 埠作為目的埠來廣播請求 IP 地址資訊，**廣播資訊 DHCP Discover 中包含了 DHCP 客戶機的 MAC 地址和計算機名，以便使用 DHCP 服務器能確定是哪個客戶機發送的請求，

3.2.2 DHCP 服務器相應請求

當 DHCP 服務器接收到客戶機請求 IP 地址的資訊時，它就在自己的 IP 地址池中查找是否有合法的 IP 地址提供給客戶機，如果有，DHCP 服務器就將此 IP 地址做上標記，加入到 DHCP OFFER 的訊息中，然后 DHCP 服務器就廣播一則包括下列資訊的 DHCP OFFER 訊息，

DHCP 客戶機的 MAC 地址：DHCP 服務器提供的合法 IP 地址；子網掩碼；默認網關（路由）；租約的期限；DHCP 服務器的IP地址-MAC
因為DHCP 客戶機還沒有 IP 地址，所以 DHCP 服務器使用自己的 IP 地址作為源地址，使用 255.255.255.255 作為目標地址，使用 UDP 68 埠作為源埠來廣播 DHCP OFFER資訊，

3.2.3 DHCP 客戶機選擇 IP

DHCP 客戶機從接收到的第一個 DHCP OFFER 訊息中選擇 IP 地址，發出 IP 地址的 DHCP 服務器將該地址保留，這樣該地址就不能提供給另一個 DHCP 客戶機，當客戶機從第一個 DHCP 服務器接收 DHCP OFFER 并選擇IP地址后，DHCP 租約的第三個程序發生，客戶機將DHCP REQUEST 訊息光波導所有的 DHCP 服務器，表明它接收提供的內容，DHCP REQUEST 訊息包括為客戶機提供IP 配置的服務器的服務表示（IP地址），DHCP 服務器查看服務器識別符號欄位，以確定它自己是否被選擇為指定的客戶機提供IP地址，如果那些 DHCP OFFER 被拒絕，則 DHCP 服務器會取消提供并保留其 IP 地址以用于下一個 IP 租約請求，

在客戶機選擇 IP 的程序中，雖然客戶機選擇了 IP 地址，但是還沒有配置 IP 地址，而在一個網路中可能有幾個 DHCP 服務器，所以客戶機仍然使用 0.0.0.0 的地址作為源地址，使用 255.255.255.255 作為目標地址，使用 UDP 67 埠作為目標的埠來廣播 DHCP REQUEST 資訊，

3.2.4 DHCP 服務器確認租約

服務確認租約，也稱為 DHCPACK/DHCPNAK，

DHCP 服務器接收到 DHCPREQUEST 訊息后，以 DHCPACK 訊息的形式向客戶機廣播成功的確認，該訊息包含有IP地址的有效租約和其他可能配置的資訊，雖然服務器確認了客戶機的租約請求，但是客戶機還沒有收到服務器的 DHCPACK 訊息，所以服務器仍然使用自己的IP地址作為源地址，使用 UDP67 埠作為源埠，使用 255.255.255.255 作為目標地址，使用 UDP68 埠作為目的埠來廣播DHCPACK 資訊，當客戶機收到 DHCPACK 訊息時，它就配置了IP地址，完成了TCP/IP的初始化，

3.2.5 DHCP 客戶機續租

在這里插入圖片描述

DHCP 客戶機會在租期過去50%的時候，直接向其提供IP地址的DHCP 服務器發送DHCP REQUEST 訊息包，如果客戶機接收到該服務器回應的 DHCP ACK 訊息包，客戶機就根據包中所提供的新的租期以及其它已經更新的 TCP/IP 引數，更新自己的配置，IP 租用更新完成，如果沒有收到該服務器的恢復，則客戶機繼續使用現有的IP地址，因為當前租期還有50%，

如果在租期過去50%的時候還沒有更新，則DHCP客戶機將在租期過去87.5%的時候在此向其提供IP地址的DHCP服務器聯系，如果還不成功，到租約的100%時候，DHCP 客戶機必須放棄這個IP地址，重新申請，如果此時無DHCP 服務器可用，DHCP 客戶機會使用169.254.0.0/16中隨機的一個地址，并且每隔5分鐘再進行嘗試，

3.3 DHCP 服務搭建

3.3.1 環境準備

主機名	服務	IP
test1	dhcp 客戶端	？？
test2	dhcp 服務端	192.168.117.131

兩臺主機，網路為 nat 模式
關閉防火墻

	iptables -F
	setenforce 0

注：如果您用的是 VMware 虛擬機，還請關閉虛擬網路編輯器的 DHCP 功能

3.3.2 DHCP 相關資訊

軟體名

	dhcp：DHCP 服務軟體包
	dhcp-common：DHCP 命令軟體包

服務名

	dhcpd：DHCP 服務名
	dhcrelay：DHCP 中繼服務名

埠號

	udp 67：客戶端的目標埠，用來向服務端請求 DHCP
	udp	68：服務端的源埠，用來向客戶端回復資料包

組態檔

	/etc/dhcp/dhcpd.conf：默認為空檔案，需要匯入模板檔案
	/usr/share/doc/dhcp-4.*.*/dhcp.conf.sample：DHCP 的模板組態檔
	/etc/sysconfig/shcrelay：中繼組態檔

3.3.3 DHCP 組態檔詳解

subnet 10.5.5.0 netmask 255.255.255.224 {
#宣告要分配的網段和子網掩碼
  range 10.5.5.26 10.5.5.30;
#宣告可用的IP地址
  option domain-name-servers ns1.internal.example.org;
#設定DNS域
  option domain-name "internal.example.org";
#設定DNS服務器地址
  option routers 10.5.5.1;
#默認網關的地址
  option broadcast-address 10.5.5.31;
#廣播地址
  default-lease-time 600;
#默認租約（s）
  max-lease-time 7200;
#最大租約（s）
}
host fantasia {
  hardware ethernet 08:00:07:26:c0:a5;
  fixed-address fantasia.fugue.com;
}
#給某個主機設定固定的IP地址

3.4 DHCP 實驗部署

3.4.1 DHCP 基本功能

#查看 dhcp 和 dhcp-common rpm包有沒有安裝
	[root@test2 ~]# rpm -q dhcp
	未安裝軟體包 dhcp 
	[root@test2 ~]# rpm -q dhcp-common
	dhcp-common-4.2.5-68.el7.centos.1.x86_64

#安裝 DHCP
	[root@test2 ~]# yum install -y dhcp

#生成組態檔：將模板檔案粘貼到組態檔
	[root@test2 ~]# \cp -af /usr/share/doc/dhcp-4.2.5/dhcpd.conf.example /etc/dhcp/dhcpd.conf

#修改組態檔
#將組態檔的前幾個 subnet 宣告注釋掉，修改最后一個 subnet
	[root@test2 ~]# vim /etc/dhcp/dhcpd.conf 
	subnet 192.168.117.0 netmask 255.255.255.0 {
	#dhcp 服務器所在網段
	  range 192.168.117.200 192.168.117.210;
	#  option domain-name-servers ns1.internal.example.org;
	#  option domain-name "internal.example.org";
	#  option routers 10.5.5.1;
	#  option broadcast-address 10.5.5.31;
	  default-lease-time 600;
	  max-lease-time 7200;
	}

#重啟 dhcp 服務
	[root@test2 ~]# systemctl restart dhcpd

DHCP 功能測驗

#另一臺主機開啟 IP 自動獲取功能
	[root@test1 ~]# nmtui

編輯連接 ---- 回車鍵
網卡名 ens33 ---- 回車鍵
游標移動到“手動” ---- 按回車鍵改為“自動”
游標下移到“確定” ---- 按回車鍵，完成配置

#重啟網卡并查看IP
	[root@test1 ~]# systemctl restart network
	[root@test1 ~]# ip a

客戶端成功獲取服務端地址池中的 IP

在這里插入圖片描述

DHCP 服務端查看 IP 租約日志

[root@test2 ~]# tail -10 /var/log/messages 
Oct 14 00:04:34 test2 dhcpd: ns2.example.org: host unknown.
Oct 14 00:04:34 test2 dhcpd: rtr-239-0-1.example.org: host unknown.
Oct 14 00:04:34 test2 dhcpd: rtr-239-0-2.example.org: host unknown.
Oct 14 00:04:34 test2 dhcpd: DHCPACK on 192.168.117.200 to 00:0c:29:80:3b:35 (test1) via ens33
Oct 14 00:08:29 test2 dhcpd: DHCPREQUEST for 192.168.117.200 from 00:0c:29:80:3b:35 (test1) via ens33
Oct 14 00:08:29 test2 dhcpd: ns1.example.org: host unknown.
Oct 14 00:08:29 test2 dhcpd: ns2.example.org: host unknown.
Oct 14 00:08:29 test2 dhcpd: rtr-239-0-1.example.org: host unknown.
Oct 14 00:08:29 test2 dhcpd: rtr-239-0-2.example.org: host unknown.
Oct 14 00:08:29 test2 dhcpd: DHCPACK on 192.168.117.200 to 00:0c:29:80:3b:35 (test1) via ens33

3.4.2 固定地址分配

#獲取客戶機的 mac 地址
	[root@test1 ~]# ip a | awk 'NR==8 {print $2}'
	00:0c:29:80:3b:35

#在實驗3.4.1 的基礎上，編輯 DHCP 服務器的組態檔并重啟服務
	[root@test2 ~]# vim /etc/dhcp/dhcpd.conf
	host fantasia {
	  hardware ethernet 00:0c:29:80:3b:35;
	  #客戶端網卡 mac 地址
	  fixed-address 192.168.117.205;
	  #指定客戶端 IP
	} 
	[root@test2 ~]# systemctl restart dhcpd

#重啟 DHCP 客戶機的網卡并查看IP
	[root@test1 ~]# systemctl restart network

客戶端成功獲取服務端地址池中的指定 IP：192.168.117.205

在這里插入圖片描述

DHCP 服務端查看 IP 租約日志

[root@test2 ~]# tail -10 /var/log/messages 
Oct 14 22:00:45 test2 dhcpd: ns2.example.org: host unknown.
Oct 14 22:00:45 test2 dhcpd: rtr-239-0-1.example.org: host unknown.
Oct 14 22:00:45 test2 dhcpd: rtr-239-0-2.example.org: host unknown.
Oct 14 22:00:45 test2 dhcpd: DHCPOFFER on 192.168.117.205 to 00:0c:29:80:3b:35 via ens33
Oct 14 22:00:45 test2 dhcpd: Dynamic and static leases present for 192.168.117.205.
Oct 14 22:00:45 test2 dhcpd: Remove host declaration fantasia or remove 192.168.117.205
Oct 14 22:00:45 test2 dhcpd: from the dynamic address pool for 192.168.117.0/24
Oct 14 22:00:45 test2 dhcpd: DHCPREQUEST for 192.168.117.205 (192.168.117.131) from 00:0c:29:80:3b:35 via ens33
Oct 14 22:00:45 test2 dhcpd: DHCPACK on 192.168.117.205 to 00:0c:29:80:3b:35 via ens33
Oct 14 22:01:01 test2 systemd: Started Session 2 of user root.

3.4.3 超級作用域（同一局域網）

超級作用域介紹

DHCP 服務器可為單個網路上的客戶端提供多個作用域租約地址，
在這里插入圖片描述

實驗環境準備

準備三臺服務器并處于同一網路模式，一個 DHCP 服務器，兩個客戶端

主機名	服務	IP
dhcp-client1	DHCP 客戶端	？？
dhcp-client2	DHCP 客戶端	？？
dhcp-server	DHCP 服務端	192.168.117.2

實驗步驟

#設定 DHCP 服務器的單臂路由所需子網卡
	[root@dhcp-server ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
	[root@dhcp-server network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:1
#編輯這個檔案修改網卡名和 IP 地址
	[root@dhcp-server network-scripts]# vim ifcfg-ens33:1
	NAME=ens33
	DEVICE=ens33:1
	ONBOOT=yes
	BOOTPROTO=none
	IPADDR="192.168.100.132"
	NETMASK=255.255.255.0
	GATEWAY=192.168.117.2
	DNS1=192.168.117.2

#重啟網卡并查看IP
	[root@dhcp-server network-scripts]# systemctl restart network
	[root@dhcp-server network-scripts]# ip a
	1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
	2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:05:c5:49 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.117.132/24 brd 192.168.117.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 192.168.100.132/24 brd 192.168.100.255 scope global noprefixroute ens33:1
    #子 IP 配置成功
       valid_lft forever preferred_lft forever

#開啟內核路由轉發功能
	[root@dhcp-server ~]# echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf 
#重繪內核引數
	[root@dhcp-server ~]# sysctl -p
	net.ipv4.ip_forward = 1

#安裝 DHCP 服務
	[root@dhcp-server ~]# yum install -y dhcp
#生成組態檔
	[root@dhcp-server ~]# \cp -af /usr/share/doc/dhcp-4.2.5/dhcpd.conf.example /etc/dhcp/dhcpd.conf 
#修改組態檔
	[root@dhcp-server ~]# vim /etc/dhcp/dhcpd.conf 
	shared-network 100-117 {
	  subnet 192.168.117.0 netmask 255.255.255.0 {
	    option routers 192.168.117.132;
	    range 192.168.117.10;
	  }
	  subnet 192.168.100.0 netmask 255.255.255.0 {
	    option routers 192.168.100.132;
	    range 192.168.100.10 192.168.100.20;
	  }
	}
#重啟 DHCP 服務
	[root@dhcp-server ~]# systemctl restart dhcpd

#dhcp 客戶端開啟 IP 自動獲取功能（詳見：3.4.1）

#dhcp-client1 重啟網卡，并查看IP
	[root@dhcp-client1 ~]# ifdown ens33;ifup ens33
	成功斷開設備 'ens33'，
	連接已成功激活（D-Bus 活動路徑：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/9）

在這里插入圖片描述

#dhcp-client2 重啟網卡，并查看IP
	[root@dhcp-client2 ~]# ifdown ens33;ifup ens33
	成功斷開設備 'ens33'，
	連接已成功激活（D-Bus 活動路徑：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/9）

在這里插入圖片描述

#測驗兩個客戶端能否通信
[root@dhcp-client1 ~]# ping 192.168.117.10
PING 192.168.117.10 (192.168.117.10) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.117.10: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.645 ms
64 bytes from 192.168.117.10: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.330 ms
64 bytes from 192.168.117.10: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.393 ms
64 bytes from 192.168.117.10: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.366 ms

3.4.4 DHCP 中繼

DHCP 中繼介紹

DHCP Relay（DHCPR）中繼是一個小程式，可以實作在不同子網和物理網段之間處理和轉發 dhcp 資訊的功能，
在這里插入圖片描述

環境準備(VMware 虛擬機)

主機名	服務	網路連接模式	IP
dhcp-server	DHCP 服務端	VMnet8	192.168.117.130
router	DHCP 中繼	VMnet8 + VMnet9	192.168.117.131 + 192.168.200.100
dhcp-client	外網客戶端	VMnet8 + VMnet9	？？

關閉防火墻（……略……）

VMware 虛擬網路配置

打開虛擬網路編輯器，添加虛擬網段 VMnet8 和 VMnet9，關閉 DHCP 功能

DHCP 服務器網路配置

在這里插入圖片描述

DHCP 中繼網路配置

DHCP 中繼端在添加一塊網路配接器，網路分別處于 VMnet8 和 VMnet9

外網客戶端網路配置

dhcp-client 端在添加一塊網路配接器，網路分別處于 VMnet8 和 VMnet9

配置 DHCP 服務端

#將DHCP服務器的網關地址改為為DHCP中繼的 IP：192.168.117.131（VMnet8 的IP地址）
	[root@dhcp-server ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
	GATEWAY=192.168.117.131

#安裝 DHCP 服務
	[root@dhcp-server ~]# yum install -y dhcp
#修改組態檔
	[root@dhcp-server ~]# \cp -af /usr/share/doc/dhcp-4.2.5/dhcpd.conf.example /etc/dhcp/dhcpd.conf 
	[root@dhcp-server ~]# vim /etc/dhcp/dhcpd.conf 
	#生明兩個 subnet，其他配置可以不做操作或洗掉
	subnet 192.168.117.0 netmask 255.255.255.0 {
	  range 192.168.117.200 192.168.117.250;
	  option routers 192.168.117.131;
	  #路由IP為 DHCP 中繼服務器 VMnet8 IP
	}
	subnet 192.168.200.0 netmask 255.255.255.0 {
	  range 192.168.200.200 192.168.200.250;
	  option routers 192.168.200.100 ;
	  #路由IP為 DHCP 中繼服務器 VMnet9 IP
	}

#重啟 DHCP 服務和網卡
	[root@dhcp-server ~]# systemctl restart dhcpd network

配置 DHCP 中繼

#配置網路（在原有網路基礎上配置 192.168.200 段的 IP）
	[root@router network-scripts]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
	[root@router network-scripts]# \cp -af ifcfg-ens33 ifcfg-ens37
	[root@router network-scripts]# vim ifcfg-ens37
	#只保留以下組態檔即可
	DEVICE=ens37
	NAME=ens37
	ONBOOT=yes
	BOOTPROTO=none
	IPADDR="192.168.200.100"
#重啟網路網卡
	[root@router network-scripts]# systemctl restart network
#查看 IP 如下

在這里插入圖片描述

#安裝 DHCP 服務
	[root@router network-scripts]# yum install -y dhcp
#開啟 DHCP 中繼功能，指定 DHCP 服務器的地址
	[root@router ~]# dhcrelay -i ens33 -i ens37 192.168.117.130
	Dropped all unnecessary capabilities.
	Internet Systems Consortium DHCP Relay Agent 4.2.5
	Copyright 2004-2013 Internet Systems Consortium.
	All rights reserved.
	For info, please visit https://www.isc.org/software/dhcp/
	Listening on LPF/ens33:1/00:0c:29:b4:a8:04
	Sending on   LPF/ens33:1/00:0c:29:b4:a8:04
	Listening on LPF/ens37/00:0c:29:b4:a8:0e
	Sending on   LPF/ens37/00:0c:29:b4:a8:0e
	Listening on LPF/ens33/00:0c:29:b4:a8:04
	Sending on   LPF/ens33/00:0c:29:b4:a8:04
	Sending on   Socket/fallback

#開啟內核路由轉發功能
	[root@router network-scripts]# vim /etc/sysctl.conf 
	net.ipv4.ip_forward=1
#重繪內核引數
	[root@router network-scripts]# sysctl -p
	net.ipv4.ip_forward = 1

配置外網客戶端

IP 改為自動獲取（詳：3.4.1）

[root@dhcp-client ~]# nmtui

查看主機 IP

[root@dhcp-client ~]# ip a

IP 地址獲取成功

IP 地址獲取失敗可能原因

請檢查您的網路配接器設定，
請檢查防火墻是否關閉，
檢查 dhcp-sever 和 router 主機的網路連通性，注意 dhcp-server 網關地址指向，
檢查 dhcp-server 中 DHCP 服務組態檔，

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