DHCPv4

Labb 13D2: STP, EtherChannel | DHCP lånetid

Dynamic Host Configuration Protocol version 4 (DHCPv4) används för att dynamiskt tilldela en uppsättning nätverkskonfigurationsuppgifter till klienter, inklusive en IPv4-adress. Detta inkluderar även andra viktiga parametrar, såsom subnetmask, default gateway och DNS-servrar. Eftersom majoriteten av nätverksenheterna, såsom bärbara datorer och stationära klienter, ofta behöver denna konfigurationsinformation automatiskt, är DHCPv4 ett effektivt och tidsbesparande verktyg för nätverksadministratörer.

En dedikerad DHCPv4-server är skalbar och enkel att hantera i större nätverk. Däremot kan en Cisco-router användas som DHCPv4-server i mindre nätverk eller SOHO-miljöer. Cisco IOS-programvara erbjuder en fullt utrustad, valfri DHCPv4-server som kan aktiveras och konfigureras vid behov.

Hur DHCPv4 server fungerar

DHCPv4-servern tilldelar en uppsättning nätverkskonfigurationsuppgifter till klienter. Informationen som tilldelas kan inkludera en IPv4-adress, subnetmask, standardgateway och DNS-servrar.
Denna konfigurationsuppsättning tilldelas för en begränsad tidsperiod som definieras av administratören och när leasingperioden löper ut måste klienten begära en förnyelse för att fortsätta använda samma information. Vanligtvis får klienten samma uppgifter igen, om inget annat krävs.

Låneperioden kan variera beroende på nätverkskraven, men varar vanligtvis mellan 24 timmar och en vecka. Administratören kan anpassa låneperioden för att optimera nätverksresurser och underhåll.

Klient-server modellen

DHCPv4 använder en klient-server-modell:

Klienten: Begär en uppsättning nätverkskonfigurationsuppgifter från servern för att kunna ansluta till nätverket.
Servern: Tilldelar och hanterar dessa uppgifter, inklusive IPv4-adresser, samt säkerställer att oanvända adresser och resurser återförs till poolen när låneperioden löper ut.

Den här mekanismen säkerställer effektiv resursanvändning, samtidigt som den gör det möjligt för nätverket att hantera dynamiska och mobila klienter.

DHCPv4-tilldelningsprocessen

När en klient vill erhålla nödvändig nätverkskonfiguration, följer DHCPv4 en fyra-stegs process:

DHCP Discover (DHCPDISCOVER):
Klienten skickar ett broadcast-meddelande för att hitta tillgängliga DHCP-servrar. Eftersom klienten saknar IP-adress används destination broadcast-adresser på både Layer 2 (FFFF.FFFF.FFFF) och Layer 3 (255.255.255.255) för att säkerställa att meddelandet når en DHCP-server. Klienten inkluderar i meddelandet sin egen MAC-adress.
DHCP Offer (DHCPOFFER):
DHCP-servern reserverar en tillgänglig IP-adress (t.ex. 192.168.1.100) och kopplar den till klientens MAC-adress. Servern skickar sedan ett broadcast-meddelande som innehåller den reserverade IP-adressen samt övrig konfigurationsinformation, såsom subnet mask och default gateway.
DHCP Request (DHCPREQUEST):
Klienten accepterar serverns erbjudande genom att skicka ett DHCPREQUEST-meddelande som broadcast. Detta meddelande fungerar som en signal till andra DHCP-servrar i nätverket att deras erbjudanden har avvisats.
DHCP Ack (DHCPACK):
Servern bekräftar att klienten har godkänt erbjudandet och skickar ett unicast-meddelande med den fullständiga konfigurations uppsättningen (IP-adress, subnetmask, default gateway och DNS-servrar). Klienten verifierar sedan att IP-adressen är ledig genom att skicka en ARP-fråga. Om ingen annan enhet svarar på frågan, börjar klienten använda IP-adressen och nätverks konfigurationen.

Bilden illustrerar processen i vilken deltar DHCP-klient och DHCP-server

Verifiering

Att tilldela eller låna en IP-adress behöver verifieras på båda parterna, servern och klienten:

När en DHCP-server erbjuder en IP-adress till en klient (t.ex. under DHCPOFFER eller före DHCPACK) kan servern utföra en ICMP-ping för att kontrollera om IP-adressen redan används av någon annan enhet i nätverket.

ICMP-ping: Servern skickar en ping till IP-adressen den vill tilldela (t.ex. 192.168.1.100). Om en annan enhet svarar på ping-förfrågan, markerar servern adressen som upptagen och väljer en annan IP-adress från poolen.
Varför detta är viktigt: Detta minskar risken för IP-konflikter, där två enheter använder samma IP-adress.

Efter att klienten har tagit emot och accepterat DHCP-serverns IP-konfigurationspaket via DHCPACK, måste klienten också utföra en kontroll för att säkerställa att den tilldelade IP-adressen inte redan används i nätverket. Detta görs med en gratuitous ARP.