详解DHCP服务安装与管理

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一、DHCP是什么

    名称：DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol 动态主机配置协议
    功能：DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议)是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作， 主要有两个用途：
    1、 给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址，主机名，DNS服务器，域名
    2、 配和其它服务，实现集成化管理功能。如：无人执守安装服务器

DHCP是一个C/S架构的协议，DHCP服务器端使用UDP的67号端口； DHCP 客户端使用UDP的68号端口。
为什么使用DHCP

    ①DHCP服务器用于为客户机动态分配IP地址，避免了TCP/IP网络中地址的冲突，便于对网络的IP地址进行管理；
    ②在使用TCP/IP协议通信的网络中，每台计算机都必须至少有一个IP地址，这样才能与其他计算机通信。对于一个较大规模的网络来说，逐个地为每台计算机分配和设置IP地址，将是一件很麻烦的事情，也不便于管理和维护；
    ③对于像笔记本这样的移动用户，经常从一个子网移动到另一个子网，需要不断地手动更换IP地址，很不方便；
    ④DHCP服务器通过动态的IP地址分配还能解决IP地址资源不足的情况，因此DHCP产生了。

二、DHCP工作原理（C/S）

我们看下面的图，客户端从DHCP服务器获取IP地址的过程我们称为DHCP租约过程，分为四个步骤：

1、客户发出的IP租用请求报文

    DHCP客户机初始化TCP/IP，通过UDP端口67向网络中发送一个DHCP DISCOVER广播包，请求租用IP地址。该 广播包中的源IP地址为0.0.0.0，目标IP地址为255.255.255.255；包中还包含客户机的MAC地址和计算机名。

2、DHCP Server回应的IP租用提供报文

    任何接收到DHCP DISCOVER广播包并且能够提供IP地址的DHCP服务器，都会通过UDP端口68给客户机回应一个DHCP OFFER广播包，提供一个IP地址。该广播包的源IP地址为DHCP服务器IP，目标IP地址为255.255.255.255；包中还包含提供的IP地址、子网掩码及租期等信息。

3、客户选择IP租用报文

    客户机从不止一台DHCP服务器接收到提供之后，会选择第一个收到的DHCP OFFER包，并向网络中广播一个 DHCP REQUEST消息包，表明自己已经接受了一个DHCP服务器提供的IP地址。该广播包中包含所接受的IP地址和服务器的IP地址。 所有其他的DHCP服务器撤消它们的提供以便将IP地址提供给下一次IP租用请求。

4、DHCP服务器发出IP租用确认报文

    被客户机选择的DHCP服务器在收到DHCP REQUEST广播后，会广播返回给客户机一个DHCP ACK消息包，表明已经接受客户机的选择，并将这一IP地址的合法租用以及其他的配置信息都放入该广播包发给客户机。

5、客户配置成功后发出的公告报文

    客户机在收到DHCP ACK包，会使用该广播包中的信息来配置自己的TCP/IP，则租用过程完成，客户机可以在网络中通信。至此一个客户获取IP的DHCP服务过程基本结束，不过客户获取的IP一般是用租期，到期前需要更新租期，这个过程是通过租用更新数据包来完成的。

注意：客户端执行DHCP DISCOVER 后，如果没有DHCP 服务器响应客户端的请求，客户端会随机使用169.254.0.0/16 网段中的一个IP 地址，配置本机地址。

169.254.0.0/16是windows的自动专有IP寻址范围，也就是在无法通过DHCP获取IP地址时，由系统自动分配的IP地址段。
客户IP租用更新报文，由于IP是“租”来的，所以是有租期的：

    （1）在当前租期已过去50%时，DHCP客户机直接向为其提供IP地址的DHCP服务器发送DHCP REQUEST消息包。如果客户机接收到该服务器回应的DHCP ACK消息包，客户机就根据包中所提供的新的租期以及其它已经更新的TCP/IP参数，更新自己的配置，IP租用更新完成。如果没收到该服务器的回复，则客户机继续使用现有的IP地址，因为当前租期还有50%。
    （2）如果在租期过去50%时未能成功更新，则客户机将在当前租期过去87.5%时再次向为其提供IP地址的DHCP联系。如果联系不成功，则重新开始IP租用过程。
    （3）如果DHCP客户机重新启动时，它将尝试更新上次关机时拥有的IP租用。如果更新未能成功，客户机将尝试联系现有IP租用中列出的缺省网关。如果联系成功且租用尚未到期，客户机则认为自己仍然位于与它获得现有IP租用时相同的子网上（没有被移走）继续使用现有IP地址。 如果未能与缺省网关联系成功，客户机则认为自己已经被移到不同的子网上，将会开始新一轮的IP租用过程。

    总结
    50%:续约。(续不上继续用)
    87.5%:再次续约。(续不上找别人)
    DHCP工作站除了在开机的时候发出 DHCPrequest 请求之外，在租约期限一半的时候也会发出 DHCPrequest ，如果此时得不到 DHCP服务器的确认的话，工作站还可以继续使用该IP；当租约期过了87.5%时，如果客户机仍然无法与当初的DHCP服务器联系上，它将与其它 DHCP服务器通信。如果网络上再没有任何DHCP协议服务器在运行时，该客户机必须停止使用该IP地址，并从发送一个Dhcpdiscover数据包开 始，再一次重复整个过程。要是您想退租，可以随时送出 DHCPRELEASE 命令解约，就算您的租约在前一秒钟才获得的。

什么是中继(建议不要用)

    设想一个场景：一个公司有A和B两个网络，但是不想给每个网络都分配一个DHCP服务器，只想用一个DHCP服务器完成地址的分配，该怎么办呢？此时就可以用到中继了，将DHCP服务器放到A网络中，配置一个地址池，用于给A网络分配地址，然后配置一个中继地址池，用于给B网络分配地址。之后在路由器(直连A-B)上，配置一个中继，当B网络的客户机发起DHCP的请求时，路由器就将请求发给A网络的DHCP服务，DHCP服务器将请求响应给路由器，路由器再响应给B网络。（注意：此过程路由器和DHCP服务器间是单播通信，路由器和B网络的主机为广播通信）。

三、DHCP配置
1、安装 dhcp

[iyunv@localhost ~]# yum -y install dhcp

2、dhcp主文件列表

[iyunv@localhost ~]# rpm -ql dhcp
/etc/dhcp/dhcpd.conf                # dhcp 配置文件
/etc/rc.d/init.d/dhcpd              # dhcp 服务启动脚本
/etc/rc.d/init.d/dhcrelay           # dhcp中继 服务启动脚本
/etc/sysconfig/dhcpd                # 服务脚本配置文件
/usr/sbin/dhcpd                     # dhcp 程序，可执行文件
/usr/sbin/dhcrelay                  # dhcp中继程序，可执行文件

3、配置文件详解

[iyunv@localhost ~]# cat /etc/dhcp/dhcpd.conf
#
# DHCP Server Configuration file.
#   see /usr/share/doc/dhcp*/dhcpd.conf.sample
#   see 'man 5 dhcpd.conf'
#

    提示说配置文件在 /usr/share/doc/dhcp*/dhcpd.conf.sample， 那么我们把它复制到/etc/dhcp目录，并改名为 dhcpd.conf ：

[iyunv@localhost ~]# cp /usr/share/doc/dhcp-4.1.1/dhcpd.conf.sample /etc/dhcp/dhcpd.conf
cp: overwrite `/etc/dhcp/dhcpd.conf'? y

配置文件主要分为四个部分：

option               #定义全局参数

subnet Netaddress netmask NETMask{  #定义子网
}

host NAME {          #主机配置，分配固定IP
}

log-facility         #定义dhcp 日志信息

    1、每一行必须以分号 ； 结尾。只能通过/var/log/messages文件查看是否有错误
    2、全局参数对全局生效，当全局配置与局部配置冲突时，局部参数将覆盖全局参数。
    3、局部配置必须包含在 花括号 中，其他都是全局配置

常用指令介绍：

指令                    说明
domain-name             指定域名
domain-name-servers     DNS服务器地址
routers                 默认网关
default-lease-time      默认租约期限
max-lease-time          最大租约期限
log-facility            日志
subnet                  定义子网
range                   定义地址池
host                    保留主机地址
filename                指定PXE文件
server-name             服务器名称
fixed-address           固定IP地址

配置文件：
全局配置

#option domain-name "mageedu.com";          #定义域名为test.org，这个没用，一般都注释掉
option domain-name-servers 192.168.211.128;   #定义DNS服务器为172.16.0.1，多个以逗号分隔
default-lease-time 600;    #定义默认租约期限，这里为600秒
max-lease-time 7200;       #定义最大租约期限，这里为7200秒

### 日志信息
log-facility local7;       #日志为faility local7；可以看/etc/rsyslog.conf，这里不解释

### 子网选项
subnet 192.168.211.0 netmask 255.255.255.0 {    # 子网声明
#定义了一个子网192.168.211.0/24，注意，这个地址池一定要和你服务器的IP在同一网段，即使是中继，也要至少有一个本地子网段！
  192.168.211.240 192.168.211.245;    #地址池从192.168.211.240到192.168.211.245;以空格分割
  option domain-name-servers 114.114.114.114,192.168.211.128;  #定义DNS服务器
  option routers 192.168.211.128;         #定义网关为192.168.211.128
  option broadcast-address 192.168.211.255;   #定义广播地址为192.168.211.255
  default-lease-time 86400;     #定义默认IP 租约时间，以秒为单位的租约时间。
  max-lease-time 86400;         #定义客户端IP租约时间的最大值，当客户端超过租约时间，却尚未更新IP 时，最长可以使用该IP 的时间；
}

### 主机选项，保留地址（有时我们需要为某些主机配置固定IP地址，host选项满足这一需求）
host server1 {                        #定义一个名为server1的主机
    option routers 192.168.211.128;     #定义网关
    option domain-name-servers 192.168.211.128;  #定义域名服务器
    option broadcast-address 192.168.211.255;   #定义广播地址
    filename "vmunix.passacaglia";     #指向一个文件，用于PXE
    server-name "cobbler.mageedu.com";   #通知客户端dhcp服务器名字
    hardware ethernet 0:0:c0:5d:bd:95;   #声明了server1这个主机的MAC地址
    fixed-address 192.168.211.133;   #定义这个主机的固定ip地址为192.168.211.133
}

## 绑定pc1主机ip地址配置
host pc1 {
     hardware ethernet 00:a0:cc:cf:9C:14;   #客户端MAC地址
     fixed-address 192.168.1.20;            #客户端要获取的地址
}

没有写在subnet或host中的选项是全局选项，也就是默认值，当host或者subnet中没有定义的时候生效。当内部定义后，则匹配最精确的，也就是自身定义的。

如果DHCP服务器是多网卡，还需要配置dhcpd监听网卡：

[iyunv@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/dhcpd
# Command line options here
DHCPDARGS=eth0   #绑定网卡名称

4、启动 dhcp 服务

[iyunv@localhost ~]# service dhcpd start

5、查看监听端口

[iyunv@localhost ~]# ss -tulpn | grep dhcp
udp    UNCONN     0      0                      *:67                    *:*      users:(("dhcpd",27249,7)

6、查看租约信息

    作为服务器端的租约文件：/var/lib/dhcpd/dhcpd.leases
    作为客户端的租约文件： /var/lib/dhclient/dhclient-eth0.leases

租期数据库

    在 DHCP 服务器上，/var/lib/dhcp/dhcpd.leases 文件中存放着 DHCP 的客户租期数据库。该文件不应该被手工修改。每个新近分配的 IP 地址的 DHCP 租期信息都会自动储存在租期数据库中。该信息包括租期的长度；IP 地址被分配的对象；租期的开始和终止日期；以及用来检索租期的网卡的 MAC 地址。
    租期数据库中所用的时间是格林威治标准时间（GMT），不是本地时间。
    租期数据库不时被重建，因此它不算太大。首先，所有已知的租期会被储存到一个临时的租期数据库中，dhcpd.leases 文件被重命名为 dhcpd.leases~，然后，临时租期数据库被写入 dhcpd.leases 文件。
    在租期数据库被重命名为备份文件，新文件被写入之前，DHCP 守护进程有可能被杀死，系统也有可能会崩溃。如果发生了这种情况，启动服务所需的dhcpd.leases 文件就不会存在。这时，请不要创建新租期文件。因为这样做会丢失所有原有的旧租期文件，从而导致更多问题。正确的办法是把dhcpd.leases~ 备份文件重命名为 dhcpd.leases，然后再启动守护进程。

配置dhcp中继

1）在dhcp服务器上的主配置文件/etc/dhcp/dhcpd.conf中添加需要中继的subnet并重启dhcp服务
2）在中继服务器上开启包转发功能

[iyunv@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
[iyunv@localhost ~]# sysctl -p    ＃更新配置文件

3）在中继服务器上的配置文件/etc/sysconfig/dhcrelay中添加参数

[iyunv@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/dhcrelay
INTERFACES="eth0 eth1"            #声明你要使用哪几块网卡中继
DHCPSERVERS="192.168.211.128"        #指定dhcp服务器

4）在中继服务器上启动中继服务

[iyunv@localhost ~]# service dhcprelay start

配置DHCP客户端

    通常网管员使用选择手工配置 DHCP 客户，需要修改/etc/sysconfig/network 文件来启用联网；并修改/etc/sysconfig/network-scripts 目录中每个网络设备的配置文件。在该目录中，每个设备都有一个叫做ifcfg-eth？的配置文件，eth？是网络设备的名称。如eth0等。如果你想在引导时启动联网，NETWORKING变量必须设为 yes。除了此处之外/etc/sysconfig/network 文件应该包含以下行：

NETWORKING=yes
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=dhcp
ONBOOT=yes

测试：

    在 dhcp 服务器上， tail -f /var/log/messages ， 可以看到dhcp分配的详细信息。
    cat /var/lib/dhcpd/dhcpd.leases 也可以看到分配的租期数据库。