DHCP 服务器

摘要：本文全面介绍了 DHCP（动态主机配置协议）服务器的原理、部署与配置。首先阐述了 DHCP 服务在大型网络中自动分配 IP 地址等网络参数的重要性，详细解析了 DHCPv4 的四步通信过程（DISCOVER、OFFER、REQUEST、ACK）。接着，通过具体示例演示了在 Linux 系统上部署 DHCP 服务器的完整流程，包括软件安装、配置文件详解、服务启动与日志监控。最后，讲解了 DHCP 客户端的配置方法以及如何基于 MAC 地址为特定设备预留固定 IP 地址，实现网络管理的精细化控制。

一、DHCP 服务介绍

在大型网络中，系统静态分配IP地址面临问题：

1. 确保不要同时在多个系统上使用同一个地址。
2. 部署新系统通常需要手动分配其IP地址。在云环境中，实例的网络是自动化配置的。
   动态主机配置协议（DHCP-Dynamic Host Configuration Protocol）提供了一种自动配置网络参数的方法，例如IP地址，默认网关，DNS服务器和域或NTP服务器。在网络中部署DHCP服务器，您可以集中控制这些参数。
   DHCP有两种协议：
   • 用于IPv4网络的 DHCPv4。
   • 用于IPv6网络的 DHCPv6。
   本课程只介绍DHCPv4。

二、DHCP 通信过程

1.客户端使用DHCPv4配置网络接口时，网卡将 DHCPDISCOVER 数据包发送到 255.255.255.255 广播目标。因为路由器通常不转发该广播地址，所以必须将DHCP服务器与客户端安装在同一物理网络上，以便它可以接收DHCPDISCOVER数据包。您也可以将路由器配置为DHCP中继代理，转发DHCP消息到其他网络。

2.DHCP服务器收到 DHCPDISCOVER 数据包后，响应 DHCPOFFER 数据包，该数据包包含其自己的IP地址和客户端应使用的IP地址。该数据包还包括一个租用期限，以指示所提供的IP地址有效的时间，以及其他网络参数，例如默认网关和DNS服务器。

3.客户端收到DHCP服务器 DHCPOFFER 数据包后，发送 DHCPREQUEST 广播数据包，请求DHCP服务器提供的IP地址。这似乎很多余，但是网络上可能有多个DHCP服务器，或者路由器可能会将DHCPOFFER转发到多个网络。因此，客户端可能会从不同的DHCP服务器收到响应。客户端的DHCPREQUEST数据包包括接受请求的DHCP服务器的IP地址。

4.DHCP服务器收到DHCPREQUEST数据包后，会发送 DHCPACK 数据包，确认客户端对客户端IP地址具有独占权限，直到租约到期为止。

1.租约到期后，重新向DHCP服务器续约。

2.DHCP服务器，同意客户端续约。
在DHCP服务器上，可以使用journalctl --unit= dhcpd.service命令来访问客户端与服务端通信消息。 以下摘录显示了客户端通过DHCP请求IP地址。

DHCPDISCOVER from 00:0c:29:26:13:b5 via eth0
DHCPOFFER on 10.1.8.101 to 00:0c:29:26:13:b5 (hosta) via eth0
DHCPREQUEST for 10.1.8.101 (10.1.8.2) from 00:0c:29:26:13:b5 (hosta) via
eth0
DHCPACK on 10.1.8.101 to 00:0c:29:26:13:b5 (hosta) via eth0

在租约到期之前，客户端会定期向服务器发送 DHCPREQUEST 数据包，以确保服务器不会收回IP地址。
多个 DHCP 服务器
尽管DHCP支持在物理网络上运行多个DHCP服务器，但不建议这么做。正常情况下，同一个物理网络中只需要一台DHCP服务器应回答客户端的请求即可。
在同一网络上运行多个服务器的情况下，当新客户端发送 DHCPDISCOVER 数据包以获取地址时，它可能会收到多个 DHCPOFFER 数据包。客户端仅接受其中一台服务器提供的配置，并广播包含该服务器IP地址的 DHCPREQUEST 数据包。其他DHCP服务器释放它们为客户端准备的IP地址。
但是，当客户端使用 DHCPREQUEST 数据包更新其IP地址时，服务器行为取决于服务器是否具有权威性。 ==非权威的DHCP服务器会忽略DHCPREQUEST数据包中不知道的地址。==当客户端发送的IP地址在权威DHCP服务器管理的地址范围内，但服务器以前不知道该IP地址时，它将拒绝该请求并发回DHCPNAK数据包。这可能意味着客户端最初是从网络上的另一台非权威的DHCP服务器获得其地址的。任何收到DHCPNAK数据包的客户端都不能再使用该地址，而必须请求一个新的地址。
使用默认配置启动DHCP服务器时，服务器不是权威服务器， 这样可以防止非权威DHCP服务器接管权威服务器提供的地址。

三、部署 DHCP 服务器

要配置DHCPv4服务器，请首先使用ip addr命令确认您的网络接口配置是否指定了BROADCAST地址。

[root@server ~ 16:54:01]# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:bb:c6:bc brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.1.8.10/24 brd 10.1.8.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::a552:389:2e84:bb76/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

服务器必须具有静态IP地址

1.安装 DHCP 软件

# 安装软件包
[root@server ~ 16:54:19]# yum install -y dhcp

# 配置防火墙，放行dhcp服务
[root@server ~ 16:55:45]# firewall-cmd --add-service=dhcp
[root@server ~ 16:56:53]# firewall-cmd --add-service=dhcp --permanent

2.配置 DHCP 服务器

dhcpd服务使用/etc/dhcp/dhcpd.conf配置文件。 dhcp软件包提供/usr/share/doc/dhcp-*/dhcpd.conf.example 配置文件示例。

[root@server ~ 17:03:12]# vim /etc/dhcp/dhcpd.conf 
subnet 10.1.8.0 netmask 255.255.255.0 {
  range 10.1.8.101 10.1.8.130;
  option domain-name-servers 223.5.5.5;
  option domain-name "lz.cloud";
  option routers 10.1.8.2;
  option broadcast-address 10.1.8.255;
  default-lease-time 600;
  max-lease-time 7200;
}

配置说明：
• authoritative，指示服务器对其所管理的子网具有权威性。
• subnet，提供的子网详。
• range，指定服务器在该范围内分配IP地址。
• option routers，指定服务器提供默认网关地址。
• option domain-name-servers，指定服务器提供DNS名称服务器。
• option domain-search，指定服务器提供DNS域搜索列表。
• default-lease-time，提供网络信息默认租期，如果客户端不要求任何特定的租期。单位秒。
• max-lease-time，指示服务器可以从客户端请求接受的最大租期。单位秒。
客户端系统上的NetworkManager使用domain-name-servers和domain-search更新resolv.conf文件中的nameserver和search参数。

3.验证 DHCP 配置

# 验证配置文件语法
[root@server ~ 17:04:36]# dhcpd -t
Internet Systems Consortium DHCP Server 4.2.5
Copyright 2004-2013 Internet Systems Consortium.
All rights reserved.
For info, please visit https://www.isc.org/software/dhcp/
Not searching LDAP since ldap-server, ldap-port and ldap-base-dn were not specified in the config file

4.启用并启动服务

# 启用并启动服务
[root@server ~ 17:05:28]# systemctl enable dhcpd --now

# 查看服务状态
[root@server ~ 17:06:20]# systemctl status dhcpd

5.查看日志和租约记录

# 实时查看DHCP分配、报错、地址冲突、授权问题
[root@server ~ 17:06:35]# tail -f /var/log/messages

# 查看已分配IP、租期、客户端MAC
[root@server ~ 17:08:11]# cat /var/lib/dhcpd/dhcpd.leases

四、配置 DHCP 客户端

1.配置网卡自动获取

# 添加一个自动获取ip连接，假设网卡设备名为ens36
[root@client ~ 17:13:04]# nmcli connection add con-name dynamic type ethernet ifname ens36
连接 "dynamic" (102ce469-8c2d-4d4b-8eb1-dd014cb010bb) 已成功添加。

#验证
[root@client ~ 17:13:41]# nmcli connection up dynamic 
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/14）
[root@client ~ 17:14:06]# ip addr show ens36
3: ens36: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:b0:ec:bb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.1.8.101/24 brd 10.1.8.255 scope global noprefixroute dynamic ens36
       valid_lft 579sec preferred_lft 579sec
    inet6 fe80::a300:423e:2352:7ebc/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

2.dhclient 工具

(1)命令帮助

[root@client ~ 17:14:28]# dhclient --help
Internet Systems Consortium DHCP Client 4.2.5
Copyright 2004-2013 Internet Systems Consortium.
All rights reserved.
For info, please visit https://www.isc.org/software/dhcp/
Usage: dhclient [-4|-6] [-SNTPI1dvrxc] [-nw] [-p <port>] [-D LL|LLT] 
                [-s server-addr] [-cf config-file] [-lf lease-file]
                [-pf pid-file] [--no-pid] [-e VAR=val]
                [-I <dhcp-client-identifier>] [-B]
                [-H <host-name> | -F <fqdn.fqdn>] [-timeout <timeout>]
                [-V <vendor-class-identifier>]
                [-R <request option list>]
                [-sf script-file] [interface]

This version of ISC DHCP is based on the release available
on ftp.isc.org.  Features have been added and other changes
have been made to the base software release in order to make
it work better with this distribution.

Please report for this software via the CentOS Bugs Database:
    http://bugs.centos.org/

exiting.

(2)使用示例

# 释放当前DHCP获取的IP
[root@client ~ 17:15:47]# dhclient -r ens36

# 重新向DHCP服务器申请IP
[root@client ~ 17:16:47]# dhclient -v ens36

五、基于 MAC 地址预留IP地址

在配置文件中，host声明可以将MAC地址绑定到IP地址。 此配置对于始终为特定系统的网络接口提供相同的IP地址特别有用，尤其是Web或数据库系统之类的服务器。
客户端MAC地址查看

[root@client ~ 17:16:56]# ip link show ens36
3: ens36: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:b0:ec:bb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

在以下示例中，服务器始终为MAC地址是00:0c:29:b0:ec:bb的系统分配10.1.8.20地址。
在/etc/dhcp/dhcpd.conf最后添加如下内容：

host client.lz.cloud {
  hardware ethernet 00:0c:29:b0:ec:bb;
  fixed-address 10.1.8.130;
}

重启服务

[root@server ~ 17:21:47]# systemctl restart dhcpd

客户端验证

# 激活连接
[root@client ~ 17:18:00]# nmcli connection up dynamic 
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/15）

# 验证
[root@client ~ 17:23:01]# ip addr show ens36
3: ens36: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:b0:ec:bb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.1.8.130/24 brd 10.1.8.255 scope global noprefixroute dynamic ens36
       valid_lft 583sec preferred_lft 583sec
    inet6 fe80::a300:423e:2352:7ebc/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever