DHCP

DHCP ( — протокол динамической настройки узла) — сетевой протокол, позволяющий сетевым устройствам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Данный протокол работает по модели «клиент-сервер». Для автоматической конфигурации компьютер-клиент на этапе конфигурации сетевого устройства обращается к так называемому серверу DHCP и получает от него нужные параметры. Сетевой администратор может задать диапазон адресов, распределяемых сервером среди компьютеров. Это позволяет избежать ручной настройки компьютеров сети и уменьшает количество ошибок. Протокол DHCP используется в большинстве сетей TCP/IP.

DHCP является расширением протокола BOOTP, использовавшегося ранее для обеспечения бездисковых рабочих станций IP-адресами при их загрузке. DHCP сохраняет обратную совместимость с BOOTP.

История 
Стандарт протокола DHCP был принят в октябре 1993 года. Действующая версия протокола (март 1997 года) описана в RFC 2131. Новая версия DHCP, предназначенная для использования в среде IPv6, носит название DHCPv6 и определена в RFC 3315 (июль 2003 года).

Распределение IP-адресов 
Протокол DHCP предоставляет три способа распределения IP-адресов:
 Ручное распределение. При этом способе сетевой администратор сопоставляет аппаратному адресу (для Ethernet-сетей это MAC-адрес) каждого клиентского компьютера определённый IP-адрес. Фактически данный способ распределения адресов отличается от ручной настройки каждого компьютера лишь тем, что сведения об адресах хранятся централизованно (на сервере DHCP), и потому их проще изменять при необходимости.
 Автоматическое распределение. При данном способе каждому компьютеру на постоянное использование выделяется произвольный свободный IP-адрес из определённого администратором диапазона.
 Динамическое распределение. Этот способ аналогичен автоматическому распределению за исключением того, что адрес выдаётся компьютеру не на постоянное пользование, а на определённый срок. Это называется арендой адреса. По истечении срока аренды IP-адрес вновь считается свободным, и клиент обязан запросить новый (он, впрочем, может оказаться тем же самым). Кроме того, клиент сам может отказаться от полученного адреса.

Некоторые реализации службы DHCP способны автоматически обновлять записи DNS, соответствующие клиентским компьютерам, при выделении им новых адресов. Это производится при помощи протокола обновления DNS, описанного в RFC 2136.

Опции DHCP 
Помимо IP-адреса, DHCP также может сообщать клиенту дополнительные параметры, необходимые для нормальной работы в сети. Эти параметры называются опциями DHCP. Список стандартных опций можно найти в RFC 2132.

Поле опций имеет переменную длину, однако DHCP-клиент должен быть готов принять DHCP-сообщение длиной в 576 байт (в этом сообщении поле options имеет длину 340 байт).

Поле опций начинается с «волшебного числа» — четырёх байт со значениями 99, 130, 83, 99 (0x63, 0x82, 0x53, 0x63 в шестнадцатиричной системе), позволяющие серверу определить наличие этого поля.

Каждая опция кодируется последовательностью «код» (один байт), «длина» (один байт), «значение» — поле переменной длины, размер которого равен значению поля «длина», в том числе может быть нулевым.

Исключения сделаны для двух кодов: 

 код 0 — используются для выравнивания. После него отсутствует поле «длина»

 код 255 (0xFF) — означает конец списка опций. Этот код обязательно должен присутствовать последним. За ним также не следует поле «длина»

Некоторыми из наиболее часто используемых опций являются:
 IP-адрес маршрутизатора по умолчанию;
 маска подсети;
 адреса серверов DNS;
 имя домена DNS.

Некоторые поставщики программного обеспечения могут определять собственные, дополнительные опции DHCP.

Устройство протокола 
Протокол DHCP является клиент-серверным, то есть в его работе участвуют клиент DHCP и сервер DHCP. Передача данных производится при помощи протокола UDP. По умолчанию запросы от клиента делаются к серверу на порт 67, сервер в свою очередь отвечает клиенту на порт 68, выдавая адрес IP и другую необходимую информацию, такую, как сетевую маску, маршрутизатор и серверы DNS.

Структура сообщений DHCP 
Все сообщения протокола DHCP разбиваются на поля, каждое из которых содержит определённую информацию. Все поля, кроме последнего (поля опций DHCP), имеют фиксированную длину.

Пример процесса получения адреса 
Рассмотрим пример процесса получения IP-адреса клиентом от сервера DHCP. Предположим, клиент ещё не имеет собственного IP-адреса, но ему известен свой предыдущий адрес — 192.168.1.100. Процесс состоит из четырёх этапов. Эти этапы часто сокращаются как DORA (Discovery, Offer, Request, и Acknowledgement)

Обнаружение DHCP 
Вначале клиент выполняет широковещательный запрос по всей физической сети с целью обнаружить доступные DHCP-серверы. Он отправляет сообщение типа DHCPDISCOVER (значение опции «Тип сообщения» — 1), при этом в качестве IP-адреса источника указывается 0.0.0.0 (если компьютер ещё не имеет собственного IP-адреса), а в качестве адреса назначения —широковещательный адрес 255.255.255.255.

Клиент заполняет несколько полей сообщения начальными значениями:
 В поле xid помещается уникальный идентификатор транзакции, который позволяет отличать данный процесс получения IP-адреса от других, протекающих в то же время.
 В поле chaddr помещается аппаратный адрес (MAC-адрес) клиента.
 В поле опций указывается последний известный клиенту IP-адрес. В данном примере это 192.168.1.100. Это необязательно и может быть проигнорировано сервером.

Сообщение DHCPDISCOVER может быть распространено за пределы локальной физической сети при помощи специально настроенных агентов ретрансляции DHCP, перенаправляющих поступающие от клиентов сообщения DHCP серверам в других подсетях.

Не всегда процесс получения IP-адреса начинается с DHCPDISCOVER. В случае, если клиент ранее уже получал IP-адрес и срок его аренды ещё не прошёл — клиент может пропустить стадию DHCPDISCOVER, начав с запроса DHCPREQUEST, отправляемого с идентификатором сервера, который выдал адрес в прошлый раз. В случае же отсутствия ответа от DHCP-сервера, выдавшего настройки в прошлый раз, клиент отправляет DHCPDISCOVER. Тем самым клиент начинает процесс получения с начала, обращаясь уже ко всем DHCP-серверам в сегменте сети.

Предложение DHCP 
Получив сообщение от клиента, сервер определяет требуемую конфигурацию клиента в соответствии с указанными сетевым администратором настройками. В данном случае DHCP-сервер согласен с запрошенным клиентом адресом 192.168.1.100. Сервер отправляет ему ответ DHCPOFFER (значение опции «Тип сообщения» — 2), в котором предлагает конфигурацию. Предлагаемый клиенту IP-адрес указывается в поле yiaddr. Прочие параметры (такие, как адреса маршрутизаторов и DNS-серверов) указываются в виде опций в соответствующем поле.

Это сообщение DHCP-сервер отправляет хосту, пославшему DHCPDISCOVER, на его MAC, при определенных обстоятельствах сообщение может распространяться как широковещательная рассылка. Клиент может получить несколько различных предложений DHCP от разных серверов; из них он должен выбрать то, которое его «устраивает».

Запрос DHCP 
Выбрав одну из конфигураций, предложенных DHCP-серверами, клиент отправляет запрос DHCPREQUEST (значение опции «Тип сообщения» — 3). Он рассылается широковещательно; при этом к опциям, указанным клиентом в сообщении DHCPDISCOVER, добавляется специальная опция — идентификатор сервера — указывающая адрес DHCP-сервера, выбранного клиентом (в данном случае — 192.168.1.1).

Этот же запрос используется, когда время аренды адреса подходит к концу, для продления времени (renewing) или процедуры перепривязки (rebinding). В этих случаях опции «идентификатор сервера» и «запрошенный IP-адрес» не указываются, а поле ciaddr заполняется ранее назначенным адресом клиента. В случае продления времени запрос отправляется не широковещательно, а адресно на выдавший сервер. Только если сервер не отвечает в течение отведённого времени, инициируется процедура перепривязки с широковещательными запросами.

Также запрос используется для инициализации после перезагрузки клиента (init-reboot), когда ему уже известен ранее назначенный адрес. В таком случае DHCPDISCOVER не выполняется, а сразу отсылается широковещательный DHCPREQUEST без указания опции «идентификатор сервера», но с известным адресом в опции «запрошенный IP-адрес». Поле ciaddr остаётся пустым.

Подтверждение DHCP 
Наконец, сервер подтверждает запрос и направляет подтверждение DHCPACK (значение опции «Тип сообщения» — 5) клиенту. После этого клиент должен настроить свой сетевой интерфейс, используя предоставленные опции.

Вид сообщений 
Ниже приведены примеры значений каждого поля для каждого из отправляемых в процессе сообщений DHCP. В примере устройство с MAC-адресом 00:1D:60:57:ED:80 запрашивает у DHCP сервера IP-адрес. Клиент высылает свой последний известный IP-адрес 192.168.1.100 в качестве предлагаемого

Прочие сообщения DHCP 
Помимо сообщений, необходимых для первоначального получения IP-адреса клиентом, DHCP предусматривает несколько дополнительных сообщений для выполнения иных задач.

Отказ DHCP 
Если после получения подтверждения (DHCPACK) от сервера клиент обнаруживает, что указанный сервером адрес уже используется в сети, он рассылает широковещательное сообщение отказа DHCPDECLINE (значение опции «Тип сообщения» — 4), после чего процедура получения IP-адреса повторяется. Использование IP-адреса другим клиентом можно обнаружить, выполнив запрос ARP.

Отмена DHCP 
В ситуациях, когда сервер не может назначить клиенту запрошенный адрес, например, если при выполнении DHCPREQUEST в опции «запрошенный IP-адрес» от клиента передано неверное значение, сервер отправляет широковещательное сообщение отмены DHCPNAK (значение опции «Тип сообщения» — 6). При получении такого сообщения соответствующий клиент должен повторить процедуру получения адреса.

Освобождение DHCP 
Клиент может явным образом прекратить аренду IP-адреса. Для этого он отправляет сообщение освобождения DHCPRELEASE (значение опции «Тип сообщения» — 7) тому серверу, который предоставил ему адрес в аренду. В отличие от других сообщений DHCP, DHCPRELEASE не рассылается широковещательно.

Информация DHCP 
Сообщение информации DHCPINFORM (значение опции «Тип сообщения» — 8) предназначено для определения дополнительных параметров TCP/IP (например, адреса маршрутизатора по умолчанию, DNS-серверов и т. п.) теми клиентами, которым не нужен динамический IP-адрес (то есть адрес которых настроен вручную). Серверы отвечают на такой запрос сообщением подтверждения (DHCPACK) без выделения IP-адреса.

Продление времени аренды и перепривязка 
При отправке сообщений DHCPOFFER и DHCPACK в ответ на DHCPREQUEST сервер заполняет значение опции 51 «Время аренды», 32-битное значение, выражающее относительное время в секундах, на которое IP-адрес предоставляется клиенту.

Опционально сервер сообщает значения двух дополнительных интервалов времени T1 и T2 в опциях 58 и 59, соответственно. 
Если эти опции не указаны, то клиент вычисляет T1, равное 1/2 от времени аренды, и T2, равное 7/8 от времени аренды. 

По истечении времени T1 клиент переходит в состояние обновления времени аренды (renewing) и предпринимает попытку продлить аренду IP-адреса, посылая адресный (unicast) запрос DHCPREQUEST серверу, указывая свой адрес в поле ciaddr, не передавая при этом опции  «идентификатор сервера» и «запрошенный IP-адрес». На этот запрос сервер отвечает DHCPACK, указывая новый интервал аренды относительно текущего времени.

Если сервер не отвечает, то повторные попытки отправки запроса предпринимаются по истечении половины времени, оставшегося до T2, но не менее чем через 60 секунд.

Клиент может запросить продление аренды и до истечения интервала T1.

Если по истечении времени T2 ответ от сервера так и не был получен, то клиент переходит в состояние перепривязки (rebinding). В этом случае клиент начинает отправлять широковещательно аналогичные  запросы DHCPREQUEST, также при необходимости повторяя попытки отправки после истечения половины оставшегося до завершения аренды времени, но не быстрее, чем через 60 секунд.

До истечения времени аренды, даже при истечении T1 и T2, клиент продолжает пользоваться назначенным IP-адресом как и прежде. Но при истечении времени аренды клиент должен прекратить сетевую активность и пытаться получить новый адрес, начиная с запроса DHCPDISCOVER.

Реализации 
Компания Microsoft впервые включила сервер DHCP в поставку серверной версии Windows NT 3.5, выпущенной в 1994 году. Начиная с Windows 2000 Server реализация DHCP-сервера от Microsoft позволяет динамически обновлять записи DNS, что используется в Active Directory.

Internet Systems Consortium выпустил первую версию ISC DHCP Server (для Unix-подобных систем) 6 декабря 1997 года. 22 июня 1999 года вышла версия 2.0, более точно соответствующая стандарту.

Компания Cisco включила сервер DHCP в Cisco IOS 12.0 в феврале 1999 года. Sun добавила DHCP-сервер в Solaris 8 в июле 2001 года.

В настоящее время существуют реализации сервера DHCP для ОС Windows в виде отдельных программ, в том числе открытых, позволяющих выполнять роль сервера DHCP компьютерам под управлением несерверных версий данной ОС.

См. также 
 RARP
 BOOTP
 Zeroconf
 WINS
 DHCP relay

Примечания

Ссылки 
 RFC 2131 — стандарт DHCP.
 RFC 2132 — список стандартных опций DHCP.
 RFC 2136 — DNS UPDATE.
 RFC 3315 — стандарт DHCPv6.
 Перечень общепринятых опций протокола DHCP с указанием RFC, описывающих эти опции
 Реализация DHCP-сервера от Internet Systems Consortium (для Unix-подобных систем)
 Руководство по dhcpd перевод man-ов dhcpd (Лаптев Андрей)
 Опция 82 DHCP

Интернет-протоколы
Протоколы прикладного уровня