论文部分内容阅读
[摘 要]静态分配IP地址的应用方式比较繁琐，随着局域网网络规模的日益扩大，更加给用户使用、管理局域网增加诸多不便。采用跨网段的DHCP能有效的解决校园网络中IP地址的分配和管理问题，而且可以大大减少网络管理员的工作量。针对思科设备，介绍了搭建DHCP服务器，结合三层交换机的DHCP中继代理技术，实现跨网段DHCP服务器在局域网中的应用。对其他类似的网络环境中，应用跨网段DHCP技术具有指导意义。
[关键词]DHCP；网段；中继代理；获取IP
中图分类号：TP393.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0315-02
1. 引言
随着信息技术发展，难计其数的企事业单位和个体网络用户，需要接入局域网。静态分配IP地址的应用方式比较繁琐，随着局域网网络规模的日益扩大，更加给用户使用、管理局域网增加诸多不便。有必要研究和应用客户端IP自动化的技术：DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，即动态地址配置）。
DHCP已常用，用以可以解决用户分配IP的问题。从技术层面上分析，DHCP是由两种情况去实现的，一种是同网段，即路由器和客户端在一个网段，还有一种是路由器和客户端不在一个网段的情况。特别是后者，值得探讨如何配置使用，这也是解决在实施工程实训中心网络设计实施中遇到的实际问题。对其他类似的网络环境中，应用跨网段DHCP技术，同样具有指导意义。
思科路由器在局域网中应用较为广泛，下述将以思科路由器为例，针对这两种不同情况，以具体的实验和具体的实施对这两种情况下，使用到的DHCP的原理进行分析和比较。
2. DHCP工作原理
网络结构上看，DHCP是由两块组成的，一个是服务器，一个是客户端，DHCP的工作模式是服务器/客户端架构的，即C/S架构。为了DHCP能正常工作，除了要开启DHCP服务器和客户端并配置之外，还需要开启相应网络端口。DHCP服务的端口是属于UDP协议的，其中服务器端口号是67，客户端端口是68。图1详细描述了DHCP具体的工作流程。
1. 用户请求阶段：
如图1（a）所示，此阶段用户通过发送255.255.255.255的DHCPdiscovery广播来寻找DHCP服务器以便请求地址，此过程中，所有安装TCP/IP协议的主机都能收到请求，只有DHCP服务器才会做出应答。
2. 服务器提供阶段：
如图1（b）所示，此阶段服务器接收到客户端发送的DHCPdiscovery请求，局域网范围内收到DHCPdiscovery的DHCP服务器，都会给发送DHCPdiscovery的客户端分配一个IP地址，此IP是在DHCP服务器中尚未分配出去的，发送的IP包含一些DHCPoffer中的其他信息。
3. 用户选择阶段：
如图1（c）所示，此阶段客户端接收DHCP服务器发来的地址，但是只会选择第一个向它提供地址的DHCP服务器提供的IP，广播DHCPrequest，把自己选择的DHCP服务器及其提供的IP信息告知局域网范围内的所有DHCP服务器。
4. 服务器确认阶段
如图1（d）所示，此阶段当提供给客户端IP的DHCP服务器收到客户端发来的DHCPrequest信息后，会给客户端一个DHCPack响应，告之客户端 可以正常使用其提供的IP，客户机将IP与网卡绑定，以便下次能够继续使用此IP，其他DHCP服务器也将收回自己分配给此客户端的IP。
3. 局域网DHCP实现方法与仿真
3.1 同网段DHCP的实现方法
在思科设备模拟系统中，完成实施Client和DHCP服务器网络拓扑仿真，如图2。Client由路由器关掉路由功能实现，DHCP服务器功能由思科设备配置完成。
如图3，客户端关闭路由功能，指定网关地址为同网段服务器IP，IP地址获取方式为DHCP。
如图4，服务器设定地址为客户端指定的网关的地址，同时也设定DHCP分配的一些参数：分配的地址段，DNS服务器IP，网关及约定的租期为10天，同时分配IP时将排除自己192.168.1.1的地址，从下一个地址顺序下发。
如图5，设置完成后，客户端以DHCP方式成功获取到地址，地址为192.168.1.2
3.2 不同网段DHCP的实现方法
同样，Client、DHCP中继及DHCP服务器在思科设备模拟系统中完成，如图6所示。Client由路由器关掉路由功能实现，DHCP中继及服务器功能由思科设备配置完成。
如图7，客户端关闭路由功能，指定网关地址为直连的中继设备的IP 12.1.1.2，同时将IP地址获取的方式指定为DHCP。
如图8，DHCP中继设定地址，与客户端直连的IP设定为客户所指网关IP，与服务器相连的IP设定与服务器同网段，同时与客户端相连的接口设置中继功能，中继指定的IP为服务器IP，意为告诉客户端真正的服务器地址为中继上所指定的，不是自己。
如图9，DHCP服务器与DHCP中继相连的端口设定相同网段，同时去往客户端由于不是一个网段，将加一条静态路由到达，同时DHCP服务器指定下发的路由信息，下发网段，网关IP，DNS服务器IP，同时下发地址时会排除12.1.1.1及12.1.1.2，从下一个地址下发。
如图10，设置完成后，客户端以DHCP方式获取到地址，地址为12.1.1.3：
4. 总结
DHCP已常用，用以可以解决用户分配IP的问题，DHCP想要正常工作，需开放UDP 67 和 68 号端口，开放DHCP服务器和客户端接收和发送DHCP请求。
从技术层面上分析，DHCP是由两种情况去实现的，一种是同网段，即路由器和客户端在一个网段，还有一种是路由器和客户端不在一个网段的情况。特别是后者，值得探讨如何配置使用，这也是解决在实施工程实训中心网络设计实施中遇到的实际问题。对其他类似的网络环境中，应用跨网段DHCP技术，同样具有指导意义。
这两个DHCP的实现方式略有不同，主要是实现的环境不太一样，一个是客户端与DHCP服务器在一个网段中，在一个网段中，客户端只需要指定DHCP服务器为网关即可，DHCP服务器为客户端直接下发地址。另一个是客户端与DHCP服务器不在一个网段中，此时，DHCP服务器要依赖DHCP中继代为转发，DHCP中继上要开启中继功能，指定DHCP服务器的位置，告之客户端，客户端依据此地址去发送DHCP请求，同时DHCP服务器因为无法到达客户端网段，需要加一条静态路由来实现全网互通，从而实现跨网段的地址下发。
DHCP的中继功能想要实现，同时要将客户请求IP的报文添加进OPTION 82中，发给DHCP服务器，支持OPTION 82的服务器再根据OPTION 82中的信息去给客户端分配IP。
参考文献
[1] Richard Froom，Balaji Sivasubramanian，Erunm Frahim著，刘大伟，张芳译.CCN学习指南：组建Cisco多层交换网络（BCMSN）（第4版）[M].北京：人民邮电出版社，2010：351-352.
[2] David Hucaby，Steve McQuerry，Andrew Whitaker著，付强 张人元译.Cisco路由器配置手册（第2版）[M] 北京：人民邮电出版社，出版时间： 2012：166-171.
[3]谌玺，张洋.企业网络整体安全[M].北京：电子工业出版社，出版时间：2011：52-55.
[4]王达.深入理解计算机网络[M].北京：机械工业出版社，出版时间：2013：599-614.
[5] 汤红军.DHCP中继代理在校园网中的应用分析研究[J].计算机系统应用，2008（4）：100-102.
[关键词]DHCP；网段；中继代理；获取IP
中图分类号：TP393.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0315-02
1. 引言
随着信息技术发展，难计其数的企事业单位和个体网络用户，需要接入局域网。静态分配IP地址的应用方式比较繁琐，随着局域网网络规模的日益扩大，更加给用户使用、管理局域网增加诸多不便。有必要研究和应用客户端IP自动化的技术：DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，即动态地址配置）。
DHCP已常用，用以可以解决用户分配IP的问题。从技术层面上分析，DHCP是由两种情况去实现的，一种是同网段，即路由器和客户端在一个网段，还有一种是路由器和客户端不在一个网段的情况。特别是后者，值得探讨如何配置使用，这也是解决在实施工程实训中心网络设计实施中遇到的实际问题。对其他类似的网络环境中，应用跨网段DHCP技术，同样具有指导意义。
思科路由器在局域网中应用较为广泛，下述将以思科路由器为例，针对这两种不同情况，以具体的实验和具体的实施对这两种情况下，使用到的DHCP的原理进行分析和比较。
2. DHCP工作原理
网络结构上看，DHCP是由两块组成的，一个是服务器，一个是客户端，DHCP的工作模式是服务器/客户端架构的，即C/S架构。为了DHCP能正常工作，除了要开启DHCP服务器和客户端并配置之外，还需要开启相应网络端口。DHCP服务的端口是属于UDP协议的，其中服务器端口号是67，客户端端口是68。图1详细描述了DHCP具体的工作流程。
1. 用户请求阶段：
如图1（a）所示，此阶段用户通过发送255.255.255.255的DHCPdiscovery广播来寻找DHCP服务器以便请求地址，此过程中，所有安装TCP/IP协议的主机都能收到请求，只有DHCP服务器才会做出应答。
2. 服务器提供阶段：
如图1（b）所示，此阶段服务器接收到客户端发送的DHCPdiscovery请求，局域网范围内收到DHCPdiscovery的DHCP服务器，都会给发送DHCPdiscovery的客户端分配一个IP地址，此IP是在DHCP服务器中尚未分配出去的，发送的IP包含一些DHCPoffer中的其他信息。
3. 用户选择阶段：
如图1（c）所示，此阶段客户端接收DHCP服务器发来的地址，但是只会选择第一个向它提供地址的DHCP服务器提供的IP，广播DHCPrequest，把自己选择的DHCP服务器及其提供的IP信息告知局域网范围内的所有DHCP服务器。
4. 服务器确认阶段
如图1（d）所示，此阶段当提供给客户端IP的DHCP服务器收到客户端发来的DHCPrequest信息后，会给客户端一个DHCPack响应，告之客户端 可以正常使用其提供的IP，客户机将IP与网卡绑定，以便下次能够继续使用此IP，其他DHCP服务器也将收回自己分配给此客户端的IP。
3. 局域网DHCP实现方法与仿真
3.1 同网段DHCP的实现方法
在思科设备模拟系统中，完成实施Client和DHCP服务器网络拓扑仿真，如图2。Client由路由器关掉路由功能实现，DHCP服务器功能由思科设备配置完成。
如图3，客户端关闭路由功能，指定网关地址为同网段服务器IP，IP地址获取方式为DHCP。
如图4，服务器设定地址为客户端指定的网关的地址，同时也设定DHCP分配的一些参数：分配的地址段，DNS服务器IP，网关及约定的租期为10天，同时分配IP时将排除自己192.168.1.1的地址，从下一个地址顺序下发。
如图5，设置完成后，客户端以DHCP方式成功获取到地址，地址为192.168.1.2
3.2 不同网段DHCP的实现方法
同样，Client、DHCP中继及DHCP服务器在思科设备模拟系统中完成，如图6所示。Client由路由器关掉路由功能实现，DHCP中继及服务器功能由思科设备配置完成。
如图7，客户端关闭路由功能，指定网关地址为直连的中继设备的IP 12.1.1.2，同时将IP地址获取的方式指定为DHCP。
如图8，DHCP中继设定地址，与客户端直连的IP设定为客户所指网关IP，与服务器相连的IP设定与服务器同网段，同时与客户端相连的接口设置中继功能，中继指定的IP为服务器IP，意为告诉客户端真正的服务器地址为中继上所指定的，不是自己。
如图9，DHCP服务器与DHCP中继相连的端口设定相同网段，同时去往客户端由于不是一个网段，将加一条静态路由到达，同时DHCP服务器指定下发的路由信息，下发网段，网关IP，DNS服务器IP，同时下发地址时会排除12.1.1.1及12.1.1.2，从下一个地址下发。
如图10，设置完成后，客户端以DHCP方式获取到地址，地址为12.1.1.3：
4. 总结
DHCP已常用，用以可以解决用户分配IP的问题，DHCP想要正常工作，需开放UDP 67 和 68 号端口，开放DHCP服务器和客户端接收和发送DHCP请求。
从技术层面上分析，DHCP是由两种情况去实现的，一种是同网段，即路由器和客户端在一个网段，还有一种是路由器和客户端不在一个网段的情况。特别是后者，值得探讨如何配置使用，这也是解决在实施工程实训中心网络设计实施中遇到的实际问题。对其他类似的网络环境中，应用跨网段DHCP技术，同样具有指导意义。
这两个DHCP的实现方式略有不同，主要是实现的环境不太一样，一个是客户端与DHCP服务器在一个网段中，在一个网段中，客户端只需要指定DHCP服务器为网关即可，DHCP服务器为客户端直接下发地址。另一个是客户端与DHCP服务器不在一个网段中，此时，DHCP服务器要依赖DHCP中继代为转发，DHCP中继上要开启中继功能，指定DHCP服务器的位置，告之客户端，客户端依据此地址去发送DHCP请求，同时DHCP服务器因为无法到达客户端网段，需要加一条静态路由来实现全网互通，从而实现跨网段的地址下发。
DHCP的中继功能想要实现，同时要将客户请求IP的报文添加进OPTION 82中，发给DHCP服务器，支持OPTION 82的服务器再根据OPTION 82中的信息去给客户端分配IP。
参考文献
[1] Richard Froom，Balaji Sivasubramanian，Erunm Frahim著，刘大伟，张芳译.CCN学习指南：组建Cisco多层交换网络（BCMSN）（第4版）[M].北京：人民邮电出版社，2010：351-352.
[2] David Hucaby，Steve McQuerry，Andrew Whitaker著，付强 张人元译.Cisco路由器配置手册（第2版）[M] 北京：人民邮电出版社，出版时间： 2012：166-171.
[3]谌玺，张洋.企业网络整体安全[M].北京：电子工业出版社，出版时间：2011：52-55.
[4]王达.深入理解计算机网络[M].北京：机械工业出版社，出版时间：2013：599-614.
[5] 汤红军.DHCP中继代理在校园网中的应用分析研究[J].计算机系统应用，2008（4）：100-102.