Протокол динамического конфигурирования узлов
Аннотация: Рассматривается принципы функционирования протоколов динамического конфигурирования узлов в сетях IPv4, IPv6. Приведены примеры конфигурирования серверов DHCPv4, DHCPv6 на маршрутизаторах.
8.1. Общие сведения о динамическом конфигурировании узлов
Всем устройствам, которые обмениваются сообщениями через сеть Интернет , необходимы уникальные IP-адреса, которые назначаются в статическом или динамическом режиме. В статическом режиме IP-адреса назначает администратор маршрутизаторам, серверам, сетевым принтерам и другим устройствам, адреса которых меняются редко. В то же время, адреса рабочих станций (узлов) могут изменяться достаточно часто.
Протокол динамического конфигурирования узлов ( Dynamic Host Configuration Protocol — DHCP) позволяет автоматизировать процесс назначения IP-адресов рабочим станциям из диапазона (пула) адресов, выделенного провайдером администратору. Назначение адресов может происходить в трех режимах:
- в ручном режиме администратор назначает устройству выделенный протоколом DHCP статический IP-адрес;
- в автоматическом режиме протокол DHCP автоматически выделяет устройству в постоянное пользование статический IP-адрес из пула адресов;
- в динамическом режиме протокол DHCP выделяет из пула адресов в аренду устройству IP-адрес на определенный период времени.
Динамическое назначение адресов протоколом DHCP производится по запросу клиента на определенный промежуток времени, для продления которого пользователь должен периодически обращаться к серверу. При освобождении IP-адресов они возвращаются в пул DHCP -серверу, который перераспределяет их. При повторном запросе клиента, освободившего IP- адрес , сервер пытается назначить ранее использовавшийся адрес . Помимо IP-адреса протокол DHCP предоставляет пользователю еще целый ряд параметров (маску подсети, шлюз по умолчанию, IP- адрес сервера DNS и другие параметры).
В качестве DHCP -сервера могут работать различные устройства при установке соответствующего программного обеспечения. В локальных сетях сервер конфигурируется либо на выделенном персональном компьютере, либо на локальном маршрутизаторе, который получает IP-адреса с DHCP -сервера провайдера.
Получение адресной информации от DHCP -сервера (IP- адрес , маска подсети, адрес шлюза по умолчанию, адрес DNS -сервера) происходит за 4 этапа ( рис. 8.1):
- Клиент, которому необходима адресная информация, посылает в сеть кадр широковещательного запроса обнаружения серверов DHCP DISCOVER с МАС-адресом назначения FF-FF-FF-FF-FF-FF.
- Сервер отвечает предложением арендовать IP-адрес (DHCP OFFER) с использованием одноадресной рассылки.
- В локальной сети может быть несколько DHCP-серверов. Поэтому клиент выбирает сервер и посылает ему широковещательный запрос DHCP REQUEST на получение IP-адреса. Запрос широковещательный, чтобы другие DHCP-серверы знали, что их предложение отклонено.
- Сервер отвечает положительным подтверждением DHCP PACK в одноадресном режиме или дает отрицательный ответ DHCP NAK, если истекло время действия предложения или предложенный адрес уже передан другому клиенту. В этом случае процесс получения адресной информации нужно начать заново с посылки широковещательного запроса DHCP DISCOVER.
Продление срока аренды IP-адреса производится путем посылки запроса DHCP REQUEST в одноадресном режиме.
Когда сервер получает запрос DHCP REQUEST, он проверяет, не выдан ли уже другому клиенту ранее предложенный сервером IP- адрес . Для этого сервер посылает запрос (команду ping ) на предлагаемый IP- адрес . При отрицательном результате «пингования» сервер DHCP резервирует IP- адрес , протокол ARP создает запись МАС-адреса клиента и выданного ему IP-адреса.
На рис. 8.2 изображен формат кадра обнаружения сервера DHCPv4, где неизвестные данные в кадре отображаются в виде четырех нулей 0.0.0.0.
8.2. Конфигурирование сервера DHCP на маршрутизаторе
Конфигурирование сервера DHCP на маршрутизаторе рассмотрено на примере сети рис. 8.3.
При конфигурировании сервера DHCP на маршрутизаторе необходимо задать пул адресов, например, все адреса сети 192.168.10.0/24 за исключением первых пяти адресов (192.168.10.1 — 192.168.10.5), зарезервированных для серверов, маршрутизаторов, сетевых принтеров, а также последнего адреса 192.168.10.254. Присвоить пулу имя (прописными буквами), после чего в приглашении формируется расширение R-A(dhcp-config)# . Кроме того, задается шлюз по умолчанию (192.168.10.1).
R-A(config)#ip dhcp excluded-address 192.168.10.1 192.168.10.5 R-A(config)#ip dhcp excluded-address 192.168.10.254 R-A(config)#ip dhcp pool SERV-DH R-A(dhcp-config)#network 192.168.10.0 255.255.255.0 R-A(dhcp-config)#default-router 192.168.10.1
Для проверки функционирования сервера DHCP используется ряд приемов и команд. Например, при обращении к параметрам конфигурации компьютера ( рис. 8.4) видно, что узлу присвоен первый доступный адрес (192.168.10.6) из пула адресов сервера DHCP .
В полном объеме адресная информация конечного узла отображается по команде:
Для обновления адресной информации на конечном узле можно последовательно вести команды:
По первой команде ipconfig/release адресная информация обнуляется, по второй ipconfig/renew адресная информация обновляется.
Команда show ip dhcp binding позволяет проследить, какие IP-адреса назначены сервером автоматически:
R-A#show ip dhcp binding IP address Client-ID/ Lease expiration Type Hardware address 192.168.10.6 00D0.D3D9.D233 -- Automatic
Основные параметры DHCP -сервера отображает текущая конфигурация :
R-A#show run . ip dhcp excluded-address 192.168.10.1 192.168.10.5 ip dhcp excluded-address 192.168.10.254 ! ip dhcp pool SERV-DH network 192.168.10.0 255.255.255.0 default-router 192.168.10.1
По умолчанию служба DHCPv4 включена на всех маршрутизаторах Cisco. Для ее выключения следует дать команду:
Повторное включение службы производится по команде:
Протокол DHCP
Этот раздел можно использовать для краткого обзора DHCP в Windows Server 2016.
Помимо этого раздела, доступна следующая документация по DHCP.
Протокол DHCP — это протокол клиента или сервера, который автоматически предоставляет узел протокола IP с его IP-адресом и другие связанные сведения о конфигурации, такие как маска подсети и шлюз по умолчанию. RFC 2131 и 2132 определяют протокол DHCP в качестве стандарта Internet Engineering Task Force (IETF), основанного на протоколе начальной загрузки (BOOTP), протокола, с помощью которого DHCP предоставляет много сведений о реализации. DHCP позволяет узлам получать необходимые сведения о конфигурации TCP/IP от DHCP-сервера.
Windows Server 2016 включает DHCP-сервер, который является необязательной ролью сервера сети, которую можно развернуть в сети для аренды IP-адресов и других сведений клиентам DHCP. все клиентские операционные системы на основе Windows включают dhcp-клиент как часть TCP/IP, а dhcp-клиент включен по умолчанию.
Зачем использовать DHCP?
Каждое устройство в сети на основе TCP/IP должно иметь уникальный IP-адрес одноадресной рассылки для доступа к сети и ее ресурсам. Без DHCP IP-адреса новых компьютеров или компьютеров, перемещаемых из одной подсети в другую, необходимо настроить вручную. IP-адреса для компьютеров, удаленных из сети, необходимо вручную освободить.
При использовании DHCP весь процесс автоматизирован и управляется централизованно. DHCP-сервер поддерживает пул IP-адресов и арендованный адрес любому клиенту с поддержкой DHCP при запуске в сети. Так как IP-адреса являются динамическими (арендованными), а не статическими (без постоянного назначения), адреса, которые больше не используются, автоматически возвращаются в пул для перераспределения.
Сетевой администратор устанавливает DHCP-серверы, которые сохраняют информацию о конфигурации TCP/IP и предоставляют клиентам с поддержкой DHCP в виде предложения аренды. DHCP-сервер хранит сведения о конфигурации в базе данных, которая включает в себя:
- Допустимые параметры конфигурации TCP/IP для всех клиентов в сети.
- Допустимые IP-адреса, поддерживаемые в пуле для назначения клиентам, а также исключенные адреса.
- Зарезервированный IP-адрес адреса, связанные с конкретными клиентами DHCP. Это обеспечивает единообразное назначение одного IP-адреса одному клиенту DHCP.
- Срок действия аренды или период времени, в течение которого IP-адрес может быть использован до продления срока аренды.
Клиент с поддержкой DHCP при принятии предложения аренды получает:
- Допустимый IP-адрес для подсети, к которой подключается.
- Запрошенные параметры DHCP, которые являются дополнительными параметрами, настроенными DHCP-сервером для назначения клиентам. Некоторые примеры параметров DHCP: маршрутизатор (шлюз по умолчанию), DNS-серверы и доменное имя DNS.
Преимущества DHCP
DHCP предоставляет следующие преимущества.
- Конфигурация надежных IP-адресов. DHCP свертывает ошибки конфигурации, вызванные ручной конфигурацией IP-адресов, например типографскими ошибками, или конфликты адресов, вызванные назначением IP-адреса более чем одному компьютеру одновременно.
- Сокращенное администрирование сети. Служба DHCP включает следующие функции для сокращения сетевого администрирования:
- Централизованная и автоматизированная конфигурация TCP/IP.
- Возможность определять конфигурации TCP/IP из центрального расположения.
- Возможность назначать полный диапазон дополнительных значений конфигурации TCP/IP с помощью параметров DHCP.
- Эффективная обработка изменений IP-адресов для клиентов, которые должны обновляться часто, например для портативных устройств, которые перемещаются в разные места в беспроводной сети.
- Пересылка начальных сообщений DHCP с помощью агента ретранслятора DHCP, что устраняет необходимость в DHCP-сервере для каждой подсети.