實(shí)驗(yàn)環(huán)境

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實(shí)驗(yàn)工具

o wireshark
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實(shí)驗(yàn)步驟

DHCP的工作原理

DHCP的前身：BOOTP協(xié)議（Bootstrap Protocol），屬于TCP/IP的應(yīng)用層協(xié)議。BOOTP協(xié)議當(dāng)初被創(chuàng)建出來(lái)給連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備自動(dòng)分配地址。直到后來(lái)才被更加復(fù)雜而完善的DHCP協(xié)議所取代。
DHCP在網(wǎng)絡(luò)配置方面非常重要，特別是當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大時(shí)，使用DHCP可以極大地減輕網(wǎng)絡(luò)管理員的工作量。另外，對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于使用的環(huán)境會(huì)經(jīng)常改變，那么它所處的網(wǎng)絡(luò)IP地址也就可能隨時(shí)變動(dòng)。如果每次都需要通過(guò)手工修改來(lái)設(shè)置它們的IP地址，使用起來(lái)就會(huì)非常麻煩。那么此時(shí)，就可以使用DHCP來(lái)減輕負(fù)擔(dān)。這里我們通過(guò)下圖來(lái)分析一下DHCP的工作流程：

在使用DHCP的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)上首先必須有一臺(tái)DHCP服務(wù)器，而其它計(jì)算機(jī)則是DHCP的客戶端。整個(gè)DHCP的工作過(guò)程分為4個(gè)階段，即發(fā)現(xiàn)階段（Discover）、提供階段（offer）、請(qǐng)求階段（request）以及確認(rèn)階段（ACK）。這里分別簡(jiǎn)單介紹一下上述四種數(shù)據(jù)包的類型：

1、DHCP Discover

DHCP客戶端請(qǐng)求地址時(shí)，并不知道DHCP服務(wù)器的位置，因此DHCP客戶端會(huì)在本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)以廣播的形式發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)包。這個(gè)數(shù)據(jù)包就被稱作Discover數(shù)據(jù)包，目的是發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的DHCP服務(wù)器。所有收到Discover數(shù)據(jù)包的DHCP服務(wù)器都會(huì)發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，那么客戶端就可以知道網(wǎng)絡(luò)中存在的DHCP服務(wù)器的位置。

2、DHCP offer

當(dāng)DHCP服務(wù)器收到Discover數(shù)據(jù)包后，就會(huì)在所配置的地址池中尋找一個(gè)合適的IP地址，加上相應(yīng)的租約期限和其它配置信息（如網(wǎng)關(guān)、DNS服務(wù)器等），構(gòu)造一個(gè)offer數(shù)據(jù)包，發(fā)送給客戶端，告知客戶端本服務(wù)器可以為其提供IP地址。

3、DHCP Request

DHCP客戶端可能會(huì)收到很多的offer，所以必須要從中選擇一個(gè)。一般來(lái)說(shuō)，客戶端會(huì)選擇第一個(gè)回應(yīng)的offer數(shù)據(jù)包服務(wù)器作為自己的目標(biāo)服務(wù)器，并回應(yīng)一個(gè)廣播Request數(shù)據(jù)包，以告訴所有的服務(wù)器，自己已經(jīng)做出了選擇。當(dāng)DHCP客戶端成功獲取IP地址后，在地址使用租期過(guò)去一半的時(shí)候，會(huì)向DHCP服務(wù)器發(fā)送單播Request數(shù)據(jù)包，用于延續(xù)租期。如果沒(méi)有收到DHCP ACK數(shù)據(jù)包，那么在租期過(guò)去四分之三時(shí)，會(huì)發(fā)送廣播Request數(shù)據(jù)包來(lái)延續(xù)租期。

4、DHCP ACK

DHCP服務(wù)器收到Request數(shù)據(jù)包后，根據(jù)Request數(shù)據(jù)包中攜帶的用戶MAC地址來(lái)查找有沒(méi)有相應(yīng)的租約記錄，如果有則發(fā)送ACK數(shù)據(jù)包作為回應(yīng)，通知用戶可以使用分配的IP地址。

DHCP數(shù)據(jù)包的捕獲

為了捕獲到DHCP數(shù)據(jù)包，這里我在虛擬機(jī)的環(huán)境下，首先打開(kāi)Wireshark，在捕獲選項(xiàng)中，設(shè)置篩選條件為UDP，因?yàn)镈HCP是使用UDP協(xié)議工作的。之后開(kāi)啟Wireshark的捕獲。現(xiàn)在我們需要讓系統(tǒng)產(chǎn)生DHCP的數(shù)據(jù)包，由于DHCP只有當(dāng)主機(jī)的IP地址過(guò)期或者重新啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，才會(huì)重新請(qǐng)求IP地址。否則是不能夠產(chǎn)生DHCP數(shù)據(jù)包的。那么我們可以通過(guò)重新啟動(dòng)網(wǎng)卡的方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)包的捕獲。
這里我們打開(kāi)命令提示符，使用ipconfig的release以及renew參數(shù)來(lái)釋放并重新獲取地址信息。

此時(shí)我們?cè)赪ireshark中就可以獲取DHCP數(shù)據(jù)包了。

步驟4：DHCP數(shù)據(jù)包的分析

由于在捕獲的文件中還存在有其它的數(shù)據(jù)包，因此這里我們可以加入一個(gè)篩選條件bootp，那么此時(shí)剩下的就全都是DHCP協(xié)議的數(shù)據(jù)包了：

在這里我們可以看到DHCP的釋放、發(fā)現(xiàn)、提供、請(qǐng)求和確認(rèn)數(shù)據(jù)包。這里我們分別進(jìn)行分析。
1、釋放數(shù)據(jù)包
捕獲文件的第一個(gè)數(shù)據(jù)包就是釋放數(shù)據(jù)包。當(dāng)用戶不再需要使用分配的IP地址時(shí)，就會(huì)向DHCP服務(wù)器發(fā)送 Release數(shù)據(jù)包，告知服務(wù)器，用戶已經(jīng)不再需要分配的IP地址，DHCP服務(wù)器就會(huì)釋放掉被綁定的租約。
2、發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包
我們?cè)倏匆幌碌诙€(gè)數(shù)據(jù)包。它是從0.0.0.0的68號(hào)端口發(fā)往255.255.255.255的67號(hào)端口。客戶端使用0.0.0.0，是因?yàn)樗壳斑€沒(méi)有IP地址。數(shù)據(jù)包被發(fā)往255.255.255.255，是因?yàn)檫@是一個(gè)獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)的廣播地址，這就能夠確保這個(gè)數(shù)據(jù)包會(huì)被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備上。因?yàn)榭蛻舳瞬⒉恢繢HCP服務(wù)器的地址，所以這么做就一定可以找到正在監(jiān)聽(tīng)的DHCP服務(wù)器。
接下來(lái)我們可以看到DHCP是基于UDP作為其傳輸協(xié)議的，因?yàn)镈HCP客戶端對(duì)請(qǐng)求響應(yīng)速度有很高的要求。而DHCP有其內(nèi)置的保證可靠性的方法，也就意味著UDP是最適合的協(xié)議。需要說(shuō)明的是，由于Wireshark在處理DHCP時(shí)，仍然會(huì)引用BOOTP，所以我們會(huì)在Packet Details面板中看到Bootstrap Protocol，而不是DHCP：

這是一個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，因?yàn)樵谙㈩愋?#xff08;Message type）中被標(biāo)記為1。在這個(gè)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包中，還可以看到很多為空的IP地址域。另外還需要我們注意的是選項(xiàng)中的內(nèi)容，它用來(lái)對(duì)DHCP數(shù)據(jù)包進(jìn)行擴(kuò)展，以提供更多的功能。這里比較重要的有：
DHCP消息類型（DHCP Message Type）：這個(gè)選項(xiàng)是一個(gè)長(zhǎng)度和值均為1的53類型。表明它是一個(gè)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包。
客戶端標(biāo)識(shí)符（Client identifier）：這里提供了客戶端請(qǐng)求IP地址的額外信息。
所請(qǐng)求的IP地址（Requested IP Address）：這里提供了客戶端希望得到的IP地址（通常是之前用過(guò)的IP地址）。
請(qǐng)求參數(shù)列表（Parameter Request List）：這里列出了客戶端希望從DHCP服務(wù)器接收到的不同配置項(xiàng)（其它重要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址）。

3、提供數(shù)據(jù)包

捕獲文件的第三個(gè)數(shù)據(jù)包就是提供數(shù)據(jù)包。可以看到這個(gè)數(shù)據(jù)包是從192.168.147.254發(fā)往192.168.147.129的。盡管目標(biāo)地址是192.168.147.129，也就是客戶端的地址，但事實(shí)上，客戶端還沒(méi)有這個(gè)地址，所以服務(wù)器會(huì)首先嘗試使用由ARP提供的客戶端硬件地址與之通信。如果通信失敗，那么它將會(huì)直接把提供數(shù)據(jù)包廣播出去，以進(jìn)行通信。
這里我們看一下它的DHCP部分，它被稱為提供數(shù)據(jù)包，說(shuō)明這是一個(gè)用于響應(yīng)的消息類型。這個(gè)數(shù)據(jù)包包含了和前一個(gè)數(shù)據(jù)包相同的事務(wù)ID，通過(guò)這個(gè)IP就可以知道這個(gè)響應(yīng)與我們?cè)鹊恼?qǐng)求相對(duì)應(yīng)。
這個(gè)提供數(shù)據(jù)包由DHCP服務(wù)器發(fā)出，用于向客戶端提供服務(wù)。它提供了關(guān)于它自己的信息，以及給客戶端提供的地址。如下圖所示：

在Your(client)IP address中，地址192.168.147.129就是要提供給客戶端的地址。而Next server IP address中的192.168.147.254表明我們的DHCP服務(wù)器與默認(rèn)網(wǎng)關(guān)共享一個(gè)IP地址。
下面列出的第一個(gè)選項(xiàng)說(shuō)明這個(gè)數(shù)據(jù)包是一個(gè)DHCP的提供數(shù)據(jù)包。選項(xiàng)中還需要我們關(guān)注的內(nèi)容有：
IP地址租約時(shí)間（IP Address Lease Time）是30分鐘。
子網(wǎng)掩碼（Subnet Mask）是255.255.255.0。
路由器（Router）地址為192.168.147.2。

4、請(qǐng)求數(shù)據(jù)包

在客戶端接收到DHCP服務(wù)器的提供數(shù)據(jù)后，它將會(huì)以一個(gè)DHCP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包作為接收確認(rèn)：

這個(gè)數(shù)據(jù)包仍然從IP地址為0.0.0.0處發(fā)出，畢竟我們還沒(méi)有完成獲取IP地址的過(guò)程，但是數(shù)據(jù)包現(xiàn)在知道了DHCP服務(wù)器的存在。可以發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)包。這個(gè)數(shù)據(jù)包與發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包相似，其所有的IP地址信息都是空的。在最后的選項(xiàng)域中，我們看到這是一個(gè)DHCP請(qǐng)求。

5、確認(rèn)數(shù)據(jù)包

整個(gè)過(guò)程的最后一步就是DHCP在確認(rèn)數(shù)據(jù)包中給客戶端發(fā)送其所請(qǐng)求的IP地址，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄相關(guān)信息。那么此時(shí)客戶端就有了一個(gè)IP地址，就可以使用它在網(wǎng)絡(luò)上通信了。

DHCP租約內(nèi)續(xù)租

當(dāng)DHCP給一臺(tái)設(shè)備分配了一個(gè)IP地址時(shí)，它同時(shí)給客戶端定下了一個(gè)租約。這就表示著，客戶端只能夠在有限的時(shí)間內(nèi)使用這個(gè)IP地址，到了時(shí)間就一定要續(xù)租。我們剛才介紹的DHCP數(shù)據(jù)包的分析過(guò)程是出現(xiàn)在客戶端第一次獲取IP地址或者其租約時(shí)間已經(jīng)過(guò)期的情況下，這兩種情況就會(huì)被視為租約過(guò)期。
當(dāng)一個(gè)擁有IP地址的客戶端在租約內(nèi)重新啟動(dòng)，它必須經(jīng)過(guò)一次精簡(jiǎn)版的DHCP數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程來(lái)重新認(rèn)領(lǐng)它的IP地址。這個(gè)過(guò)程就被稱為租約內(nèi)續(xù)租。
在租約內(nèi)續(xù)租的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)和提供數(shù)據(jù)包就變得沒(méi)有必要了，只需要完成請(qǐng)求和確認(rèn)兩個(gè)步驟就可以了:

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的DHCP协议分析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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