動態主機配置協議（dynamic host configuration protocol, dhcp）是一種流行的客戶機/伺服器（c/s）協議。幾乎所有常用的客戶端作業系統和大量的嵌入式裝置（例如網路印表機和voip**）都支援dhcp。這些裝置通常使用dhcp獲得ip位址、子網掩碼、路由器的ip位址、dns伺服器的ip位址。其他服務的相關資訊（例如使用voip的sip伺服器）也可通過dhcp傳輸。實際上dhcp的更準確說法應該是dhcpv4，因為dhcp的最初設想是供ipv4使用，而ipv6使用的dhcp版本是dhcpv6。
dhcp的設計基於一種早期協議——internet引導程式協議（bootstrap protocol, bootp）。bootp為客戶提供有限的配置資訊，並且沒有提供一種機制來支援改變已提供的資訊。dhcp使用租用的概念來擴充套件bootp模型，並且可提供主機操作所需的所有資訊。租用允許客戶機使用乙個商定的時間來配置資訊。客戶機可向dhcp伺服器請求續訂租約，並繼續操作。在這個意義上，bootp和dhcp是向後相容的，純bootp客戶端可使用dhcp伺服器，dhcp客戶端也可使用純bootp伺服器。因此兩者都使用udp/ip，客戶機使用埠68，伺服器使用埠67。
dhcp主要由兩個主要部分組成：位址管理和配置資料交付。位址管理用於ip位址的動態分配，並為客戶機提供位址租用。配置資料交付包括dhcp協議的訊息格式和狀態機。
dhcp伺服器可配置為提供三種位址分配：自動分配、動態分配和手動分配。三者之間的差異是位址分配是否基於客戶機身份，以及該位址是否可撤銷或變更。在動態分配中，客戶機從伺服器配置的位址池（通常為乙個預定義的範圍）中獲得乙個可撤銷的ip位址，這也是最常用的位址分配方式。自動分配使用的是與動態分配相同的方法，但位址不可撤銷。在手動分配中，dhcp用於傳輸位址，但位址對於請求的客戶機是不變的（即它不是由伺服器維護的可分配位址池的一部分）。手動分配的作用如同bootp。
在動態分配中，dhcp客戶機請求分配乙個位址，伺服器從可用的位址池中選擇乙個位址作為響應。在通常情況下，位址池是專門為dhcp用途而分配的乙個連續的ip位址範圍。分配給客戶機的位址只在一段時間內有效，這段時間稱為租用期。客戶機可使用分配到的位址一直到租用期到期，但客戶機可提出延長租期的請求，以續訂租約。
租用期是dhcp伺服器的乙個重要配置引數，確定租用期的最佳數值需要對預期客戶數、位址池大小和位址穩定性等因素加以權衡。較長的租用期通常會較快耗盡可用的位址池，但能提供更穩定的位址和減小網路開銷（因為續租請求較少）。較短的租用期為其他客戶提供可用性更高的位址池，但隨之而來的是穩定性減小和網路流量負荷增大。客戶機在租用期過半時開始嘗試續訂租約。
當傳送dhcp請求時，客戶機需要向伺服器提供資訊。這些資訊可包括客戶機名稱、請求的租用期等引數。dhcp伺服器接收到客戶機的請求時，可利用客戶機提供的資訊並結合其他從外部獲得的資訊，決定在相應中提供的位址和配置資訊。租用請求成功後，伺服器將租用資訊儲存在永續性儲存器中。
dhcp擴充套件了bootp，因此dhcp訊息格式的定義採用擴充套件bootp的方式，以保持兩種協議之間的相容性，這樣即使在沒有安裝dhcp伺服器的網路中，bootp客戶機仍可使用dhcp伺服器和bootp中繼**支援dhcp服務。訊息格式包括乙個固定長度的初始部分和乙個可變長度的尾部。如圖所示
dhcp是對bootp的擴充套件，dhcp需要的有些欄位在bootp設計之初是不存在的，這些欄位可通過選項來攜帶。其中dhcp訊息型別選項（53）是1位元組長的選項，dhcp訊息一定會使用它。它有以下可能值：dhcpdiscover （1）、dhcpoffer（2）、dhcprequest（3）、dhcpdecline（4）、dhcpack（5）、dhcpnak（6）、dhcprelease（7）、dhcpinform（8）、dhcpforce-renew（9）、dhcpleasequery（10）、dhcpleaseunassigned（11）、dhcpleaseunknown（12）和dhcpleaseactive（13）。
選項可由dhcp訊息中的選項字段攜帶，也可以由前面提到的伺服器名和引導檔案名字段攜帶。當選項攜帶在後兩者中時，稱為選項超載，將包含乙個特殊的超載選項（52）來表明哪些字段適合攜帶選項。另外對於長度超過255位元組的選項還定義了一種特殊的長選項機制。實際上，如果同一選項在同一訊息中重複出現多次，它們的內容按出現在訊息中的順序組合，並將結果作為乙個選項來處理。如果乙個長選項用於表示選項超載，這時的處理順序是從後向前：選項字段、引導檔案名字段和伺服器名字段。
當一台新的客戶機連線到網路時，它首先發現可用的dhcp伺服器，並傳送廣播請求位址分配。然後，它從接收到的應答中決定使用哪台伺服器和哪個位址，並向該位址的伺服器傳送請求（同時將其選擇通知所有伺服器）。除非伺服器在此期間已將該位址分配出去，否則它通過確認將位址分配給請求的客戶機。過程如下圖：
在最簡單的網路中，乙個dhcp伺服器可供同一區域網中的客戶機使用。但是，在更複雜的網路中，可通過乙個或更多dhcp中繼**來中繼dhcp流量。dhcp中繼如圖所示：
中繼**用於將dhcp操作擴充套件到跨越多個網段。在一般情況下，中繼不會參與客戶機與伺服器之間的所有dhcp流量交換，中繼**僅**訊息，而且是那些廣播訊息（或ipv6的組播）。這種訊息通常在客戶機首次獲得自己的位址時交換。當一台客戶機獲得乙個ip位址，並且伺服器的ip位址使用伺服器標識選項時，它可與伺服器進行單播通訊而不經過中繼。中繼**在傳統上是第3層（網路層）裝置，並且通常結合了路由功能。
dhcp和dns互動
當一台dhcp客戶機獲得乙個ip位址時，它接收的配置資訊的重要部分是一台dns伺服器的ip位址。它允許客戶機系統將dns名稱轉換為ipv4和/或ipv6位址，該位址是進行傳輸層連線時協議實現所需要的。如果沒有dns伺服器或其他方式將網域名稱對映為ip位址，使用者會難以訪問網際網路。如果本地dns工作正常，它將internet作為乙個整體來提供位址對映，但如果配置正確，也可針對本地的專用網路（如.home）。
由於本地專用網路的dns對映通常採用煩瑣的手工管理，因此，將指定的dhcp位址與相應位址的dns對映更新方法結合起來會方便許多。這可通過組合dhcp/dns伺服器或動態dns來實現。
組合dhcp/dns伺服器是乙個伺服器程式，它可配置為提供ip位址租約以及其他資訊，也可讀取乙個dhcprequest訊息中的客戶機識別符號或網域名稱，並在使用dhcpack訊息進行響應之前，通過「名稱到位址」的繫結來更新內部dns資料庫。這樣，由dhcp客戶機或與相同dns伺服器互動的其他系統發起任何後續dns請求，能夠在客戶機名稱和新分配的ip位址之間轉換。
本文內容摘自《tcp/ip詳解 卷1：協議（中文版）第2版》，有改動
DHCP 動態主機配置協議
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動態主機配置協議DHCP
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動態主機配置協議DHCP
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