DHCP在eNSP模擬器中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和工作原理

彭求明

任何一臺(tái)終端（筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、手機(jī)、平板電腦、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等）要能接入到互聯(lián)網(wǎng)中，必須要配置IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)等信息，這些信息可以使用手工靜態(tài)配置，但需要用戶具備一定的技術(shù)背景，在用戶經(jīng)常變更的網(wǎng)絡(luò)或較大型的網(wǎng)絡(luò)中，采用手工靜態(tài)配置工作量大、容易出錯(cuò)、還可能會(huì)造成IP地址沖突等問(wèn)題，因此在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)中基本上都是通過(guò)DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議)自動(dòng)獲取IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)等信息，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的即插即用，可見(jiàn)DHCP的使用非常廣泛。因此對(duì)于計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生就很有必要學(xué)習(xí)DHCP的基本原理、掌握其基本配置。

1 在eNSP模擬器中做DHCP實(shí)驗(yàn)的必要性

DHCP作為一種應(yīng)用層協(xié)議，使用的是客戶端—服務(wù)器通信模型，客戶端可以使用Windows系統(tǒng)的筆記本電腦或臺(tái)式機(jī)，服務(wù)器既可以是專用Windows或Linux服務(wù)器。如果沒(méi)有真實(shí)的服務(wù)器設(shè)備，也可以在計(jì)算機(jī)里安裝VMware Workstation虛擬機(jī)，再在虛擬機(jī)里裝Windows系統(tǒng)作為DHCP客戶端，虛擬機(jī)里裝Windows Server服務(wù)器版操作系統(tǒng)作為DHCP服務(wù)器。在中等規(guī)模及以下的企業(yè)網(wǎng)中，無(wú)需單獨(dú)部署DHCP服務(wù)器，使用華為企業(yè)級(jí)路由器即可充當(dāng)DHCP服務(wù)器，這樣省掉了單獨(dú)部署DHCP服務(wù)器的成本，因此對(duì)于網(wǎng)絡(luò)工程師、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)維等專業(yè)的學(xué)生就很有必要掌握企業(yè)級(jí)路由器來(lái)充當(dāng)DHCP服務(wù)器的工作原理、配置命令，由于在物理真機(jī)上做DHCP實(shí)驗(yàn)，對(duì)設(shè)備、數(shù)量、場(chǎng)地等都有要求，并且操作起來(lái)還比較麻煩，因此本文是在華為eNSP(Enterprise Network Simulation Platform，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái))模擬器中，用企業(yè)級(jí)路由器來(lái)模擬DHCP服務(wù)器、PC或路由器來(lái)模擬DHCP客戶端，來(lái)完成DHCP實(shí)驗(yàn)。

2 DHCP在eNSP模擬器中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和工作原理

要想讓華為企業(yè)級(jí)路由器提供DHCP服務(wù)器功能，管理員可以使用兩種方式進(jìn)行配置：

1）基于接口地址池的配置方式：路由器能夠?yàn)榻涌谶B接的同一IP子網(wǎng)中的DHCP客戶端動(dòng)態(tài)分配IP地址等信息；

2）基于全局地址池的配置方式：通過(guò)配置全局地址池，路由器不僅能夠?yàn)榕c本地接口同屬于一個(gè)IP子網(wǎng)的DHCP客戶端分配IP地址等信息，還能夠?yàn)榉侵边B的DHCP客戶端分配IP地址等信息。

本實(shí)驗(yàn)采用基于接口地址池的配置方式，拓?fù)鋱D如下所示：AR1的GE0/0/1接口充當(dāng)DHCP服務(wù)器，PC10和PC11充當(dāng) DHCP客戶端；AR1的GE0/0/2接口充當(dāng)DHCP服務(wù)器，AR2的GE0/0/2接口充當(dāng)DHCP客戶端。

圖1

基于接口地址池，把華為路由器接口配置為DHCP服務(wù)器，步驟如下：

1）啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌谙到y(tǒng)視圖下利用sysname命令，把AR1路由器更名為AR1_DHCP_SERVER，把AR2路由器更名為AR2。

2）配置AR1_DHCP_SERVER路由器兩個(gè)接口的IP地址和子網(wǎng)掩碼：

[AR1_DHCP_SERVER]interface G0/0/1

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/1]ip address 10.0.10.1 24

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/1]quit

[AR1_DHCP_SERVER]interface G0/0/2

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/2]ip address 10.0.20.1 24

3）使用系統(tǒng)視圖命令為路由器啟用DHCP服務(wù)，分別在G0/0/1和G0/0/2接口視圖下啟用DHCP服務(wù)器功能，基于接口地址池的DHCP服務(wù)器必須要做的配置就已完成。那么網(wǎng)關(guān)地址就是此接口的IP地址，可分配的地址池就是本子網(wǎng)除了此接口IP地址外的所有主機(jī)地址。

[AR1_DHCP_SERVER]dhcp enable

[AR1_DHCP_SERVER]interface G0/0/1

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/1]dhcp select interface

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/1]quit

[AR1_DHCP_SERVER]interface G0/0/2

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/2]dhcp select interface

4）分別在PC10的E0/0/1接口、PC11的E0/0/1接口、AR2的G0/0/2接口上Wireshark抓包，在顯示過(guò)濾器中輸入"bootp"或"dhcp"，只顯示dhcp協(xié)議的報(bào)文。

5）把PC10的IPv4配置由默認(rèn)的靜態(tài)改成DHCP，點(diǎn)擊“應(yīng)用”立即生效，然后在命令行里執(zhí)行ipconfig就能查看到G0/0/1接口作為DHCP服務(wù)器動(dòng)態(tài)分配的IPv4地址等信息，PC11的操作也一樣。

PC>ipconfig

6）要想讓AR2的G0/0/2接口IP地址由DHCP分配，需要先在AR2的系統(tǒng)下啟用DHCP服務(wù)，再在此接口視圖下啟用DHCP客戶端功能，然后就能查看到此接口的IP地址等信息是由AR1的G0/0/2接口作為DHCP服務(wù)器動(dòng)態(tài)分配的。

[AR2]dhcp enable

[AR2]interface G0/0/2

[AR2-GigabitEthernet0/0/2]ip address dhcp-alloc

[AR2-GigabitEthernet0/0/2]display ip interface G0/0/2

7）查看AR1的兩個(gè)接口IP地址池信息：

display ip pool interface GigabitEthernet0/0/1

display ip pool interface GigabitEthernet0/0/2

至此，DHCP的基本工作流程已經(jīng)結(jié)束，以PC10上抓取的報(bào)文為例，DHCP客戶端和DHCP服務(wù)器之間交互的報(bào)文截圖如圖2：

圖2

（1）由于剛剛連接到網(wǎng)絡(luò)中的客戶端（或叫終端）既沒(méi)有IP地址，也不知道DHCP服務(wù)器的IP地址，因此客戶端會(huì)在本地網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送一條DHCP Discover廣播消息，來(lái)發(fā)現(xiàn)DHCP服務(wù)器。

（2）如果網(wǎng)絡(luò)中部署了一臺(tái)或多臺(tái)DHCP服務(wù)器，那么它（們）收到DHCP Discover消息后，會(huì)選取一個(gè)未分配的IP地址，向DHCP客戶端響應(yīng)DHCP Offer消息，此消息中提供了分配給客戶端的IP地址和其它信息。如果存在多個(gè)DHCP服務(wù)器，每個(gè)DHCP服務(wù)器都會(huì)響應(yīng)DHCP Offer消息。

（3）客戶端如果準(zhǔn)備接受（其中一臺(tái)）DHCP服務(wù)器的提供，那么它就會(huì)向網(wǎng)絡(luò)中廣播一條DHCP Request消息，請(qǐng)求使用（其中一臺(tái)）DHCP服務(wù)器通過(guò)DHCP Offer消息提供的IP地址，鑒于這是一條廣播消息，因此網(wǎng)絡(luò)中所有在步驟（2）發(fā)送DHCP Offer的DHCP服務(wù)器都會(huì)接收到客戶端發(fā)送的DHCP請(qǐng)求消息，當(dāng)然只有其中一臺(tái)DHCP服務(wù)器會(huì)發(fā)現(xiàn)客戶端是在向自己請(qǐng)求使用IP地址，而其它DHCP服務(wù)器在發(fā)現(xiàn)客戶端向另一臺(tái)服務(wù)器請(qǐng)求使用IP地址之后，就會(huì)將這條DHCP請(qǐng)求消息視為隱式的拒絕服務(wù)消息。

（4）提供了DHCP Offer消息中IP地址的那臺(tái)DHCP服務(wù)器在接收到DHCP請(qǐng)求后，如果發(fā)現(xiàn)對(duì)方所請(qǐng)求的IP地址仍然可用，那么DHCP服務(wù)器就會(huì)向請(qǐng)求IP地址的客戶端發(fā)送一條DHCP ACK消息，這條消息的目的是向客戶端確認(rèn)其請(qǐng)求的IP地址仍然可用，如果已經(jīng)不可用，那么DHCP服務(wù)器就會(huì)向客戶端發(fā)送一條DHCP NAK消息。DHCP客戶端在接收到DHCP服務(wù)器確認(rèn)消息后，就會(huì)開(kāi)始使用此確認(rèn)消息中分配的IP地址等信息。

8）DHCP服務(wù)器除了分配必須的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)外，還可以做其它可選配置，進(jìn)行配置優(yōu)化，為了演示這些優(yōu)化配置，我們先在PC10、PC11命令行里輸入ipconfig/release

PC>ipconfig/release

DHCP客戶端就會(huì)主動(dòng)向DHCP服務(wù)器發(fā)送DHCP Release消息，釋放由DHCP服務(wù)器動(dòng)態(tài)分配的IPv4地址等信息，DHCP服務(wù)器收到DHCP釋放消息后，就把此IP地址置為空閑狀態(tài)，之后可以把該IP地址分配給其它DHCP客戶端，報(bào)文截圖如圖3：

圖3

9）DHCP優(yōu)化配置

（1）在AR1的G0/0/1接口視圖上配置分配給DHCP客戶端的DNS地址：

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/1]dhcp server dns-list 10.0.10.1

（2）在AR1的G0/0/1接口視圖上修改IP地址租期，默認(rèn)租期為1天，修改為2天12小時(shí)30分鐘：

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/1]dhcp server lease day 2 hour 12 minute 30

（3）在AR1的G0/0/1接口視圖上排除一些IP地址，不分配給DHCP客戶端：

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/1]dhcp server excluded-ip-address 10.0.10.200 10.0.10.254

（4）在AR1的G0/0/1接口視圖上為指定MAC地址的客戶端固定分配一個(gè)IP地址。分配的IP地址必須在接口地址池范圍中，并且未被動(dòng)態(tài)分配出去。把PC11固定分配IP地址10.0.10.11

[AR1_DHCP_SERVER-GigabitEthernet0/0/1]dhcp server static-bind ip-address 10.0.10.11 mac-address 5489-9899-01B9

10）分別在PC10、PC11命令行里輸入ipconfig/renew，DHCP服務(wù)器重新給DHCP客戶端動(dòng)態(tài)分配IPv4地址等信息，DHCP客戶端和服務(wù)器之間交互流程跟上面的基本工作流程一樣，只不過(guò)DHCP服務(wù)器按照上面優(yōu)化配置給客戶端分配。

PC>ipconfig/renew

11）查看AR1的G0/0/1接口IP地址池信息：

display ip pool interface GigabitEthernet0/0/1

至此，動(dòng)態(tài)主機(jī)配置暫時(shí)告一段落。由于DHCP動(dòng)態(tài)分配的IP地址往往會(huì)有租期，因此之后客戶端與服務(wù)器雙方會(huì)圍繞IP地址續(xù)租周期性的進(jìn)行通信。

3 結(jié)束語(yǔ)

華為企業(yè)級(jí)路由器基于接口地址池的DHCP服務(wù)器配置方式，基本配置簡(jiǎn)單，而且還可以做各種優(yōu)化配置，在eNSP模擬器中完成此實(shí)驗(yàn)，不僅方便，也能理解其工作原理。