DHCP、DHCP Snooping及DHCP relay工作原理入门及实践

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1、DHCP基础

DHCP 全称动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol），用于给终端设备如PC、IPad、手机等自动分配IP地址。
工作过程简洁高效，易于掌握，首先借着一张图介绍DHCP基本的工作原理：

从图上可以清晰看出，客户端通过DHCP协议获取IP地址等信息的过程可以分为四个步骤：

1.1发现阶段，即DHCP客户端发现DHCP服务器的阶段。

DHCP客户端发送DHCP DISCOVER报文来发现DHCP服务器。由于DHCP客户端不知道DHCP服务器的IP地址，所以DHCP客户端以广播方式发送DHCP DISCOVER报文（目的IP地址为255.255.255.255，源IP地址为0.0.0.0），同一网段内所有DHCP服务器都能收到此报文。

1.2提供阶段，即DHCP服务器提供IP地址的阶段。

服务器接收到DHCP DISCOVER报文后，选择跟接收DHCP DISCOVER报文接口的IP地址处于同一网段的地址池，并且从中选择一个可用的IP地址，然后通过DHCP OFFER报文发送给DHCP客户端。DHCP OFFER报文里面携带了希望分配给指定MAC地址客户端的IP地址（DHCP报文中的yiaddr字段）及其租期等配置参数。

1.3选择阶段，即DHCP客户端选择IP地址的阶段。

因为DHCP DISCOVER报文是广播发送的，所以如果同一网段内存在多个DHCP服务器，接收到DHCP DISCOVER报文的服务器都会回应DHCP OFFER报文。如果有多个DHCP服务器向DHCP客户端回应DHCP OFFER报文，则DHCP客户端一般只接收第一个收到的DHCP OFFER报文。

以广播方式发送DHCP REQUEST报文，是为了通知所有的DHCP服务器，它将选择某个DHCP服务器提供的IP地址，其他DHCP服务器可以重新将曾经分配给客户端的IP地址分配给其他客户端。

1.4确认阶段，即DHCP服务器确认所分配IP地址的阶段。

当DHCP服务器收到DHCP客户端发送的DHCP REQUEST报文后，DHCP服务器回应DHCP ACK报文，表示DHCP REQUEST报文中请求的IP地址分配给客户端使用。

小结：DHCP工作过程四个步骤涉及四种数据包，分别是DISCOVER、OFFER、REQUEST、ACK。

2、DHCP Snooping

在企业实际网络环境中，经常会遇到电脑获取到错误IP地址等情况，导致无法正常上网，这是因为网络中非法接入了DHCP服务器（最常见的非法DHCP服务器就是TP-link家用路由器）。
这时候就需要在网络交换机上配置DHCP snooping功能来防止非法DHCP服务器给客户端分配IP地址。

DHCP Snooping不论从配置上还是工作原理上也都很简单，继续用一张图说明：

在二层网络接入设备（即交换机）启用DHCP Snooping场景中，一般将与合法DHCP服务器直接连接的接口设置为信任接口（如上图中的if1接口），其他接口设置为非信任接口（如上图中的if2接口），启用了DHCP Snooping功能的交换机会检测从每个接口收到的DHCP各类数据包，如果从非信任接口收到，则丢弃；使DHCP的四种数据包仅能从信任接口转发或者接受，从而保证DHCP客户端只能从合法的DHCP服务器获取IP地址，私自架设的DHCP Server仿冒者无法为DHCP客户端分配IP地址。

小结：DHCP Snooping在交换机上启用，并将连接合法服务器的接口设置为信任接口，其他接口默认都是非信任接口。

3、DHCP Relay（中继）
上面提到的DHCP客户端与服务器都在同一个网段，比较适用于家庭网络和小型企业网络。但在中到大型企业网络中，有很多网段，不推荐在每个网段都部署一个DHCP服务器，既不经济也不好管理。
实际情况是，在大型网络中，往往采用一台高性能的服务器当作DHCP服务器，它只存在于一个网段。由于DHCP的工作高度依赖于广播，而我们知道广播包是不能跨网段传输的，所以正常情况下其他网段的客户端是无法获取IP地址的。

DHCP Relay的出现就是为了解决这个问题，用一张图说明：

还是之前熟悉的四个步骤，不过这次在客户端与服务器中间多了一个DHCP中继设备，通常DHCP中继为网络中每个网段的网关设备（即启用了DHCP Relay功能的三层交换机）。

DHCP中继将从客户端接收到的广播报文转换成单播报文，这样报文就可以跨越网段进行传输。单播报文意味着明确且唯一的目的IP地址，所以开启DHCP中继的设备必须手工明确配置DHCP服务器的IP地址。
有了DHCP中继，不论企业网络中有多少个IP网段，我们只需要在一个网段部署DHCP服务器，其他网段则由网关设备开启中继功能，这样整个网络都能通过DHCP服务器获取IP地址。

小结：在三层交换机的各个网段开启DHCP Relay功能，并手动指定DHCP服务器的IP地址，可实现整网共享一台DHCP服务器。

4、一个关于DHCP Snooping与 DHCP Relay的小思考

在一个部署了DHCP Relay的网络中，DHCP Snooping应该启用哪些设备上？
如图所示：

其中有三个部门即三个网段，而DHCP服务器是一台路由器，不属于其中任意一个网段。
在这个网络中，每个包含DHCP客户端的二层网络中都应该启用DHCP Snooping，而仅包含服务器的二层网络是不需要启用DHCP Snooping的。

备注：客户端二层网络启用DHCP Snooping很好理解，而服务器二层网络无需启用DHCP Snooping的背后原因稍显复杂。具体原因是当部署了DHCP Relay后，DHCP服务器收到的DHCP各种报文一定是中继设备转换后的单播报文，单播报文有明确且唯一的目的IP，这时就不会存在仿冒DHCP服务器的问题。
而实际上如果真的在服务器二层网络中的交换机上启用了DHCP Snooping功能，它也是不会影响DHCP正常工作的，因为从中继设备发过来的单播DHCP报文里面UDP层的源端口号已经被中继设备修改成UDP 67（而原始报文里则为UDP 68），交换机一旦检测到这点变化，就会自动忽略，正常转发DHCP各类报文，不做DHCP Snooping额外处理。

DHCP、DHCP Snooping及DHCP relay工作原理入门及实践

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