计算机网络实验实验二 - 图文

实验二 DHCP服务的配置和管理

本实验使用2个学时 一、实验目的

1、理解DHCP的工作原理 2、了解DHCP分配IP地址的过程 3、掌握DHCP服务器的设置

二、实验设备与环境

装有Windows 2003 Advance Server主机和windows XP组成的虚拟机局域网

三、预备知识与课前准备

1、 DHCP的功能

任务DHCP的任务是集中管理IP地址并自动配置IP地址的相关参数（如子网掩码、默认网关、DNS等）。在使用TCP/IP协议栈的网络通信中，每一台计算机都必须有一个唯一的IP地址，通过这个IP地址与其他的计算机进行通信，每台计算机在设置IP地址时可以使用静态IP地址和动态IP地址。使用静态IP地址必须通过手工输入，在配置是容易出错，网络用户较多（多于254台）时不建议使用。可以使用动态IP地址，有DHCP服务器来提供并自动完成设置操作。

当DHCP客户端启动时，它会自动与DHCP服务器建立联系，并要求DHCP服务器给它提供IP地址。当DHCP服务器收到客户端请求后，会根据服务器中现有的IP地址情况，采取一定的方式给客户端分配一个IP地址。服务器给客户端提供IP地址的方式有两种： 1）永久租用

当客户端向服务器租用到IP地址后，这个IP地址就永远给这个客户端使用。这种方式主要用于网络中IP地址足够充裕的情况。 2）限定租期

当客户端从DHCP服务器租用到IP地址后，客户端对该IP地址的使用只是暂时的。如果客户端在租期到期前并没有更新租期，DHCP服务器将收回该IP地址，并提供给其他的DHCP客户端使用。当该客户端再次向DHCP服务器申请IP地址时，由DHCP服务器重新提供其他的IP地址使用。限定租期的方式可以解决IP地址不够时的困扰。

2、DHCP的工作原理

当作为DHCP客户端的计算机第一次启动时，它经过一系列的步骤以获得其TCP/IP配置信息，并得到IP地址的租期。租期是指客户端从服务器获得完整的TCP/CP配置后对该TCP/IP配置的使用时间。客户端从服务器获得完整的TCP/IP配置需要经过以下几个过程。

DHCP客户端 1）DHCP的发现

DHCP发现 DHCP提供 DHCP请求 DHCP应答 DHCP服务器 该过程是DHCP工作的第一步，也称为IP发现。以下几种情况需要进行DHCP发现

? 当客户端第一次以DHCP客户端使用TCP/IP协议栈时，即第一次向DHCP

服务器请求TCP/IP配置时。

? 客户端从使用固定IP地址转向使用DHCP时。

? 该DHCP客户端所租用的IP地址已被DHCP服务器收回，并已提供给其他

的DHCP客户端使用时。 当DHCP客户端发出TCP/IP配置请求时，DHCP客户端既不知道自己的IP地址，也不知道服务器的IP地址。DHCP客户端使用0.0.0.0作为自己的IP地址，255.255.255.255作为服务器的地址。然后在UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）的67或68端口广播发送一个DHCP发现信息。该发现信息含有DHCP客户端的网卡的MAC地址和计算机NetBIOS名称。

当第一个DHCP发现信息发送出去后，DHCP客户端将等待1秒钟的时间。在此期间，如果没有DHCP服务器响应，DHCP客户端将分别在第9秒、第13秒和第16秒时重复发送一次DHCP发现信息。如果还没有得到DHCP服务器的应答，DHCP客户端将每隔5分钟广播一次发现信息，直到得到一个应答为止。如果这个网络中没有可用的DHCP服务器时，基于TCP/IP协议栈的通信将无法实现。这时，DHCP客户端如果是Windows2000客户，就自动选一个自认为没有被使用的IP地址（该IP地址可从169.254.x..y地址段中选取）使用，尽管此时客户端已分配了一个静态IP地址（但还没有重新启动计算机），DHCP客户端还要每持续5分钟发送一次DHCP发现信息，如果这时有DHCP服务器响应时，DHCP将从DHCP服务器获得IP地址及其配置，并以DHCP方式工作。

注意：DHCP发现信息无法被客户端所在的本地子网以外的主机接收到，除非该网络的路由支持自举前向转发能力。所以，当同一网络中存在多个网段时，一般需要给每一个网段至少设置一台DHCP服务器。 2）DHCP提供

DHCP工作的第二个过程是DHCP提供（DHCP Offer），是指当网络中的任何一个DHCP服务器（同一网络中存在多个DHCP服务器时）在收到DHCP客户端的DHCP发现信息后，该DHCP服务器若能够提供IP地址，就从该DHCP服务器的IP地址池中选取一个没有出租的IP地址，然后利用广播方式提供给DHCP客户端（因为此时

DHCP客户端还没有IP地址）。在还没有将该IP地址正式租用给DHCP客户端之前，这个IP地址会暂时保留起来，以免再分配给其他的DHCP客户端。

如果网络中有多台DHCP服务器，且这些DHCP服务器都收到了DHCP客户端的DHCP发现信息，同时这些DHCP服务器都广播了一个应答信息给该DHCP客户端时，则DHCP客户端将从收到应答信息的第一台DHCP服务器中获得IP地址及其配置。提供应答信息是DHCP服务器发给DHCP客户端的第一个响应，它包含了IP地址、子网掩码、租用期（以小时为单位）和提供响应的DHCP服务器的IP地址。 3）DHCP请求

DHCP工作的第三个过程是DHCP请求（DHCP Request），一旦DHCP客户端收到第一个由DHCP服务器提供的应答信息后，就进入此过程。当DHCP客户端收到第一个DHCP服务器的应答信息后，就以广播的方式发送一个DHCP请求信息给网络中所有的服务器（因为DHCP客户端不但是要通知它已选择的DHCP服务器，也必须通知其他的没有被选中的保留的IP地址进行释放，供其他DHCP客户端使用）。在DHCP请求信息中包含有所选择的DHCP服务器的IP地址。 4）DHCP应答

DHCP工作的最后一个过程便是DHCP应答（DHCPACK）。一旦被选择的DHCP服务器接收到DHCP客户端的DHCP请求信息后，就将已保留的这个IP地址标识为已租用，然后也以广播方式发送一个DHCP应答信息给DHCP客户端（因为在此时DHCP客户端还没有真正获得IP地址）。该DHCP客户端在接收DHCP应答信息后，就完成了获得IP地址的过程，便开始利用这个已租到的IP地址与网络中的其他计算机进行通信。

以上的这4个过程看起来比较复杂，但每一步都是非常重要的。这些过程共同的结果是一个DHCP服务器向一个DHCP客户端提供了一个IP地址及其配置。 5）网络中IP地址的租用和续租

当一台DHCP客户端租到一个IP地址后，该IP地址一般不长期被它占用，它会有一个使用期，即租用期。当一个租期已到时需要续租，当DHCP客户端的IP地址使用时间达到租期的一半时，它就向DHCP服务器发送一个新的DHCP请求（相当于新租用一个IP地址时的第三个过程），若服务器在接收到该信息后并没有理由拒绝该请求时，便回送一个DHCP应答信息（相当于新租用一个IP地址时的最后一个过程），当DHCP客户端收到该应答信息后，就重新开始一个租用周期，其过程如图2.5.1 所示。此过程就像对一个合同的续约，只是续约时间必须要在合同期的一半时签订。

DHCP服务器 DHCP请求 DHCP客户端 DHCP应答 图2.5.1

* DHCP客户端重新启动时的情况

不管IP地址的租期有没有到期，当每一次DHCP启动时，都会自动利用广播的方式，给网络中所有的DHCP服务器发送一个DHCP请求信息，以便请求该DHCP客户端继续使用原来的IP地址及其配置。如果此时没有DHCP服务器对此请求应答，原来的DHCP客户端的租期还没有到期时，客户端将继续使用该IP地址。

* IP地址的租期超过一半时的情况

当IP地址租期达到租期一半的时候，DHCP客户端会向服务器发送（非广播方式）一个DHCP请求信息，以便续租该IP地址。当续租成功后，客户端将开始一个新的租用周期。

当续租失败后，客户端仍然可以继续使用原来的IP地址及配置，但是该客户端将在租期到达87.5%的时候再次利用广播方式发送一个DHCP请求信息，以便找到一台可以继续提供租期的DHCP服务器。如果仍然续租失败，则该客户端会立即放弃其正在使用的IP地址，以便重新从DHCP服务器获得一个新的IP地址。

四、实验步骤

1、 打开虚拟机