为什么需要DHCP

在DHCP出现之前，网络管理员必须手动静态配置每一台主机的IP地址（Static IP）。这种方式带来了巨大的挑战：

1. 管理效率极低：成百上千台设备需要逐一手工配置，工作量大且繁琐。

2. 极易出错：手动分配容易导致IP地址重复（冲突），造成网络中断。

3. 灵活性差：设备移动（如笔记本从办公室到会议室）需要重新配置IP。

4. 资源浪费：为临时接入的设备预留静态IP，会造成地址池浪费。

DHCP的价值恰恰解决了这些问题：

• “即插即用”：用户无需任何网络知识，接入网线或Wi-Fi即可上网。

• 高效管理：管理员只需维护好DHCP服务器和地址池策略。

• 避免冲突：服务器集中分配，确保地址唯一。

• 地址复用：地址租期到期可回收，分配给新设备，提高地址利用率。

• 策略统一：确保所有客户端获得一致、正确的网络参数（如正确的网关和DNS）。

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DHCP服务的角色

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DHCP为什么使用UDP协议

DHCP选择UDP而非TCP，是基于其工作场景、设计目标和协议特性的必然选择。

一、核心答案先知道

DHCP使用UDP，最主要的原因是：在客户端还没有IP地址的情况下，TCP这种需要建立可靠连接、面向会话的协议根本无法工作，而UDP这种无连接的协议却可以。

具体分解为以下五个关键原因：

二、五个关键原因详解

1. 初始无IP地址的困境：TCP无法启动

• TCP的工作前提：TCP是面向连接的协议，通信双方必须拥有有效的IP地址才能建立三次握手（SYN, SYN-ACK, ACK）。

• DHCP客户端的状态：在初始获取IP时，客户端没有IP地址（或地址无效），源IP通常是 0.0.0.0。一个源地址为 0.0.0.0 的TCP SYN包是无法建立任何有效连接的。

• UDP的优势：UDP是无连接的，它允许客户端以 0.0.0.0 为源IP，255.255.255.255 为目标IP，直接发送一个广播包，无需事先建立任何连接。

2. 必须使用广播：TCP不支持广播

• 发现阶段的需求：客户端刚接入网络时，不知道DHCP服务器的位置，必须通过广播（255.255.255.255）来寻找服务器。

• TCP的局限：TCP协议不支持广播或多播，它只能是两台主机之间点对点的连接。

• UDP的优势：UDP天然支持广播和多播。DHCP Discovery 和 Request 报文都通过广播发送，确保同一网段内所有服务器都能收到。

3. 简单请求-响应模型：无需复杂可靠性

• DHCP交互本质：DHCP是一个简单的四步请求-响应模型（DORA：Discover, Offer, Request, Acknowledge）。每次交互都很短暂，属于事务型通信，而非需要长期维持的会话流。

• TCP的“重”：TCP的序列号、确认、重传、流量控制、拥塞控制等复杂机制，对于这种“一发一收”的简单事务来说是过度的开销。

• UDP的“轻”：UDP头部只有8字节，无连接状态，发送即完事，开销极小，非常适合这种简单的交易式通信。

4. 应用层已有完备的重传机制

• 虽然UDP本身不可靠，但DHCP在应用层实现了自己的可靠性机制：

  • 客户端有超时重传计时器：如果发送Discover后没收到Offer，客户端会等待一个随机时间后重试（通常为4, 8, 16秒等指数回退）。

  • 状态机管理：DHCP客户端有完整的状态机（初始化、选择、请求、绑定等），能够处理各种异常情况。

  • 这种应用层的轻量级重传，比TCP内核级的复杂重传更适合DHCP的场景，因为DHCP的重试逻辑需要结合业务状态（如是否进入重新绑定状态）。

5. 网络引导阶段的性能与效率

• 网络初始化阶段：设备启动时，多个服务可能同时在获取配置（如ARP、DNS等）。DHCP需要快速完成，以便上层应用能尽快开始工作。

• TCP的三次握手延迟：TCP建立连接需要至少1.5个RTT的延迟，这对于DHCP的初始四步交互来说，会使总延迟增加50%以上。

• UDP的零握手：UDP直接发送数据，没有连接建立延迟，使得整个IP获取过程更快。

三、一个生动的类比

想象你搬到一个新的大学宿舍，想找到管理员领取钥匙和手册：

• TCP方式：你得先知道管理员的名字和房间号（IP地址），然后打电话给他（建立连接），确认身份后再去领取。但问题是你刚来，根本不知道管理员是谁、在哪。

• UDP方式：你直接在宿舍楼里大喊一声：“谁是管理员？我需要领钥匙！”（广播）。某个管理员听到后回应你：“我是！来我这领。”（Offer）。这种方式虽然有点“吵”，但在你一无所有的情况下，是唯一可行的方法。

四、技术细节：端口号的使用

DHCP对UDP端口的使用也很精妙：

• 服务器端口：UDP 67 - 服务器监听客户端发来的Discover/Request报文。

• 客户端端口：UDP 68 - 客户端监听服务器发回的Offer/ACK报文。

为什么客户端也用固定端口68，而不是随机端口？

1. 服务器响应广播时：当服务器广播Offer/ACK时，目标地址是 255.255.255.255:68。如果客户端使用随机端口，服务器将无法知道广播到哪个端口。

2. 一致性：所有DHCP客户端都使用68端口，服务器只需固定广播到68端口，所有客户端都能收到。

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DHCP服务器给首次接入网络的客户端分配网络参数的工作原理

整个过程就像一位新员工（客户端）第一天到公司，行政部（DHCP服务器）为他办理全套入职手续。其核心流程被称为 DORA，即四个关键报文：Discover（发现）、Offer（提供）、Request（请求）、Ack（确认）。

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实验拓扑1

AR1上配置

sys
sysname R1

# 开启DHCP服务功能
dhcp enable

# 配置地址池
ip pool tedu
# 定义地址池IP地址
network 192.168.1.0 mask 24
# 配置网关地址
gateway-list 192.168.1.254
# DNS服务器地址
dns-list 8.8.8.8

# 配置租期
lease day 1

quit



# 配置接口地址（网关地址）
interface GigabitEthernet 0/0/0
ip address 192.168.1.254 24
dhcp select global # 基于全局的dhcp

dhcp select global 在做什么？

简单说：这行命令告诉路由器/交换机："请在这个接口上启用DHCP服务器功能，并且使用我之前定义的全局地址池来给客户端分配IP地址。"

详细解释：

1. 开启接口的DHCP服务器角色：

   • 默认情况下，即使你配置了 dhcp enable 和 ip pool，但具体每个接口并不知道自己要不要提供DHCP服务。

   • dhcp select global 就是给特定接口"授权"："你就是这个网段的DHCP服务员，客户端找你申请IP。"

2. 绑定地址池：

   • 它把接口（GigabitEthernet 0/0/0）和你创建的全局地址池（ip pool tedu）关联起来。

   • 路由器收到来自这个接口的DHCP请求时，就会去 tedu 地址池里取IP分配给客户端。

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为什么是在接口上配置 dhcp select global呢？

dhcp select global 必须在接口上配置，而不是全局配置，这背后有着清晰的逻辑层次和网络设计哲学。

一、核心原因：网络是"接口为中心"的世界

在路由器/交换机上，网络服务总是绑定到具体的接口或VLAN，因为：

1. 每个接口连接不同的网络：

   • G0/0/0 可能连接 192.168.1.0/24（办公网）

   • G0/0/1 可能连接 192.168.2.0/24（服务器网）

   • G0/0/2 可能连接 10.1.1.0/24（管理网）

2. DHCP服务必须知道"我在哪个网段提供服务"：
   当一个DHCP请求从特定接口进来时，设备必须知道：

   • 这个接口要不要提供DHCP服务？

   • 如果提供，用哪个地址池？

二、华为配置的层次化设计

华为设备的配置遵循 "全局定义，局部应用" 的架构：

# 第一层：全局能力开关（整个设备的能力）
dhcp enable
   ↓
# 第二层：全局资源定义（整个设备的资源池）
ip pool office_pool
 network 192.168.1.0 mask 24
 gateway-list 192.168.1.254

ip pool server_pool  
 network 192.168.2.0 mask 24
 gateway-list 192.168.2.254
   ↓
# 第三层：接口应用决策（每个接口独立决定）
interface GigabitEthernet 0/0/0
 ip address 192.168.1.254 24
 dhcp select global   # ← 决策点：我要用全局池
   ↓
interface GigabitEthernet 0/0/1
 ip address 192.168.2.254 24  
 dhcp select global   # ← 决策点：我也要用全局池
   ↓
interface GigabitEthernet 0/0/2
 ip address 10.1.1.254 24
 # 没有dhcp select命令 → 这个接口不提供DHCP服务！

三、为什么不能全局配置 dhcp select global？

假设有个不存在的命令 dhcp select global（全局配置），想象一下：

场景：误操作灾难

# 错误的全局配置（假设存在）
dhcp select global  # 所有接口都变成DHCP服务器！

# 结果：
# 1. 连接互联网的出口接口(G0/0/3)也成了DHCP服务器
# 2. 外部网络的主机可能错误获取到内部IP
# 3. 安全灾难：整个网络边界崩溃

对比：正确设计的优势

# 正确配置：接口级控制
interface GigabitEthernet 0/0/0  # 内部办公接口
 ip address 192.168.1.254 24
 dhcp select global  # ✅ 这里提供DHCP

interface GigabitEthernet 0/0/3  # 连接互联网的接口  
 ip address 203.0.113.1 24
 # 没有dhcp select命令 → ❌ 不提供DHCP，安全！

四、实际网络场景说明

场景1：企业多VLAN网络

# 全局开启DHCP能力
dhcp enable

# 创建多个地址池
ip pool vlan10
 network 192.168.10.0 mask 24
 gateway-list 192.168.10.1

ip pool vlan20
 network 192.168.20.0 mask 24  
 gateway-list 192.168.20.1

# 为每个VLAN接口独立启用DHCP
interface Vlanif10
 ip address 192.168.10.1 24
 dhcp select global  # 只在这个VLAN提供DHCP

interface Vlanif20
 ip address 192.168.20.1 24
 dhcp select global  # 只在这个VLAN提供DHCP

interface Vlanif30  # 服务器VLAN，手动配置IP
 ip address 192.168.30.1 24
 # 不配置dhcp select → 服务器需要静态IP

Vlanif10和Vlanif20能自动找到正确的地址池，这要归功于华为DHCP服务器的智能匹配机制。

华为DHCP服务器有一个智能算法：根据收到DHCP请求的接口IP地址，自动匹配对应的地址池。

工作流程分解：

客户端发送DHCP Discover（广播）
       ↓
从Vlanif10接口进入设备
       ↓
DHCP服务器查看Vlanif10的IP地址：192.168.10.1
       ↓
在已配置的全局地址池中寻找：
   1. vlan10池：network 192.168.10.0/24 ✅（匹配！）
   2. vlan20池：network 192.168.20.0/24 ❌（不匹配）
       ↓
使用vlan10地址池分配IP：192.168.10.x

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现在主机就能获取到IP地址

配置验证：如何查看匹配关系？

1. 查看地址池配置

<Huawei> display ip pool
  Pool-name      : vlan10
  Position       : Local           Status           : Unlocked  
  Gateway-0      : 192.168.10.1
  Mask           : 255.255.255.0
  Network        : 192.168.10.0 

  Pool-name      : vlan20
  Position       : Local           Status           : Unlocked  
  Gateway-0      : 192.168.20.1
  Mask           : 255.255.255.0
  Network        : 192.168.20.0 

2. 查看DHCP服务器接口信息

<Huawei> display dhcp server interface
Interface           DHCP Method
Vlanif10            Global
Vlanif20            Global

# 可以进一步查看接口的详细DHCP状态
<Huawei> display dhcp server interface Vlanif10
DHCP server running on Vlanif10
 Using global address pool: 
  Pool name          : vlan10      # 显示实际使用的地址池！
  Lease              : 1 days 0 hours 0 minutes
  Domain name        : -
  DNS server0        : -

3. 查看地址池使用情况

<Huawei> display ip pool name vlan10 used
  Pool-name      : vlan10
  Network        : 192.168.10.0
  Used           : 5                 # 已分配5个IP
  Idle           : 250               # 剩余250个可用IP
  Expired        : 0
  Conflict       : 0
  Total          : 256

四、手动指定地址池的方法

虽然DHCP能自动匹配，但有些场景下需要手动指定：

场景1：接口IP不在地址池网段内

# 地址池网段是10.1.1.0/24
ip pool special_pool
 network 10.1.1.0 mask 24
 gateway-list 10.1.1.254

# 但接口IP是192.168.1.1（不同网段！）
interface Vlanif10
 ip address 192.168.1.1 24
 dhcp select global

❌ 问题：自动匹配失败，因为192.168.1.1不在10.1.1.0/24网段

✅ 解决方案：在接口下绑定特定地址池

interface Vlanif10
 ip address 192.168.1.1 24
 dhcp select global
 dhcp server ip-pool special_pool  # 手动指定地址池

场景2：一个接口服务多个网段

# 有两个地址池
ip pool pool_guest
 network 192.168.10.0 mask 24
 gateway-list 192.168.10.1

ip pool pool_staff
 network 192.168.20.0 mask 24
 gateway-list 192.168.20.1

# 接口只有一个IP
interface Vlanif10
 ip address 192.168.10.1 24
 dhcp select global

默认只能自动匹配到pool_guest（因为接口IP在192.168.10.0/24）。

如果需要根据其他条件（如Option 82信息）分配不同地址池，需要配合DHCP Option 82或策略路由。

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抓包分析

交换机上把stp服务禁用  [AR1]stp disable

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地址排除操作

查看地址池

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基于接口的DHCP

基于接口的DHCP（dhcp select interface）是一种简化的DHCP配置方式。在这种模式下，不需要创建全局地址池，DHCP服务器直接使用接口的IP地址和掩码来构建一个隐式的地址池，为客户端分配IP地址。

核心特点：

1. 零地址池配置：无需预先创建 ip pool

2. 自动继承：地址范围、网关、掩码自动从接口配置继承

3. 即配即用：配置简单快速，适合简单场景

基础配置示例

# 1. 全局启用DHCP服务（必须）
<Huawei> system-view
[Huawei] sysname Access-Switch
[Access-Switch] dhcp enable

# 2. 直接在接口上启用基于接口的DHCP
[Access-Switch] interface GigabitEthernet 0/0/1
[Access-Switch-GigabitEthernet0/0/1] ip address 192.168.10.1 24
[Access-Switch-GigabitEthernet0/0/1] dhcp select interface  # 关键命令！

# 3. 在接口下配置其他DHCP参数（可选）
[Access-Switch-GigabitEthernet0/0/1] dhcp server dns-list 8.8.8.8 114.114.114.114
[Access-Switch-GigabitEthernet0/0/1] dhcp server lease day 1
[Access-Switch-GigabitEthernet0/0/1] dhcp server excluded-ip-address 192.168.10.100 192.168.10.110
[Access-Switch-GigabitEthernet0/0/1] quit

实际工作原理

当客户端连接到此接口并请求DHCP时：

1. 接口配置：ip address 192.168.10.1 24
   → 自动生成地址池：192.168.10.0/24
   → 网关：192.168.10.1（接口IP）
   → 可分配范围：192.168.10.2 - 192.168.10.254

2. 排除配置：dhcp server excluded-ip-address 192.168.10.100 192.168.10.110
   → 实际可分配：192.168.10.2-99, 192.168.10.111-254

3. 其他参数：从接口DHCP配置中获取（DNS、租期等）

基于接口DHCP的验证命令

# 查看接口的DHCP服务器状态
[Access-Switch] display dhcp server interface GigabitEthernet 0/0/1
DHCP server running on GigabitEthernet0/0/1
 Using interface address pool:
  Network mask          : 255.255.255.0
  Gateway               : 192.168.10.1
  DNS server0           : 8.8.8.8
  DNS server1           : 114.114.114.114
  Lease                 : 1 days 0 hours 0 minutes

# 查看接口地址池的使用情况
[Access-Switch] display ip pool interface GigabitEthernet 0/0/1
  Pool-name      : ---  # 没有名称，因为是隐式池
  Interface      : GigabitEthernet0/0/1
  Network        : 192.168.10.0
  Mask           : 255.255.255.0
  Gateway-0      : 192.168.10.1
  DNS server0    : 8.8.8.8
  DNS server1    : 114.114.114.114
  Lease          : 1 days 0 hours 0 minutes
  Used           : 5    # 已分配5个IP
  Idle           : 245  # 空闲245个IP
  Expired        : 0
  Conflict       : 0
  Total          : 253  # 总数254-1(网关)=253，再减去排除的11个=242？注意显示可能有点差异

# 查看DHCP租约信息
[Access-Switch] display dhcp server ip-in-use
IP address       Client identifier/    Lease expiration      Type
                 Hardware address
192.168.10.5     3030-3030-302e-312d-  2024-05-10 09:30:25   Auto(C)
                 Dec-00-01-00-01

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实验拓扑2--DHCP中继

AR2上配置

sys
sysname R2

dhcp enable
ip pool ntd
network 192.168.10.0 mask 24
gateway-list 192.168.10.254
dns-list 8.8.8.8
exculed-ip-address 192.168.10.253    # 排除服务器静态配置的ip地址
quit

interface g0/0/0
ip address 192.168.20.20 24    # 注意这个ip地址，不是内部PC的网关地址的（不同网段）
dhcp select global

R1上配置

u t m
sys
sysname R1-ZJ
dhcp enable

int g0/0/0
ip address 192.168.20.10 24
q

int g0/0/1
ip address 192.168.10.254 24   # 这个是做网关地址的，要跟DCHP服务器分配的地址一样
dhcp select global

现在客户端是没法获取到IP地址的

AR1是DHCP中继，现在他还不知道谁是房东

AR1上还需配置

int g0/0/1


dhcp select relay    # 启用DHCP中继的功能
dhcp relay server-ip 192.168.20.20 # 指定DHCP服务器地址

现在主机还是获取不到IP地址

在R2上还得添加路由

ip route-static 192.168.10.0 24 192.168.20.10

现在主机上就可以自动获取到ip地址了

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实验拓扑3

三层交换如何实现DHCP

释放自动获取的IP的命令

查看地址池信息

相关的查看命令

释放所有的IP地址

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重要：本节课的实验操作文档

通过网盘分享的文件：day04
链接: https://pan.baidu.com/s/1gpbPLafZ2wnuOPPE-wLQzg?pwd=7g8x 提取码: 7g8x 
--来自百度网盘超级会员v6的分享

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配置报错处理

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路由器部署DHCP跟交换机部署DHCP的区别

交换机部署DHCP主要服务于内部网络，负责为同一个局域网内的设备分配IP地址。
路由器部署DHCP主要服务于网络边界，负责为直接连接的客户端或小规模网络分配IP地址。

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租期

租期开始 (0%)
     ↓
     ├── T1 = 50%: 单播续租尝试（向原服务器）
     │       │
     │       ├── 成功 → 重置租期
     │       └── 失败 → 继续使用，等待T2
     │
     └── T2 = 87.5%: 广播续租尝试（向任何服务器）
             │
             ├── 成功 → 重置租期
             └── 失败 → 继续使用至100%
                     └── 租期到期，释放IP，重新开始DORA过程

DHCP续租50%用单播是为了效率，87.5%用广播是为了可靠性。这种设计体现了网络协议的精妙——在最常见的情况下用最高效的方式，在异常情况下用最可靠的方式，同时在整条路径上都为用户体验和网络健康着想。

这也是为什么DHCP协议30多年来一直稳定运行的原因：它用简单的规则，解决了复杂环境下的地址分配问题。