Принципы работы протокола DHCP

Для того чтобы компьютер мог свободно функционировать в сети, необходимо присвоить ему индивидуальный IP-адрес. Это набор из 4 чисел, разделенных точками, аналогично тому, как в почтовом адресе указывается страна, город, улица и дом. С помощью этого параметра устанавливается соединение с другими устройствами в сети. Используются две версии: IPv4 и IPv6. IPv4 записывается так, как было указано выше: 185.112.240.614. Что касается IPv6, он в четыре раза длиннее и имеет приблизительно такой вид: 2002:0BA7:AC30:0001:0110:0000:0101:00DA. Вы спросите - и при чем тут IP? Зачем нужен сетевой протокол DHCP?
 

Что такое DHCP

Все узлы, подключенные к интернету, используют этот протокол. Любой компьютер, телефон или гаджет имеет два типа IP-адресов. Внутренний адрес видят только устройства в локальной сети, это ограниченная группа аппаратов или гаджетов. А внешний дает доступ к глобальной сети.
Также IP-адреса делятся на два типа. Статический - это постоянный адрес, привязанный к одному компьютеру на длительное время, он арендуется. С технологическим развитием стало недостаточно таких "номеров", поэтому была разработана система динамических IP-адресов. Они меняются каждый раз, когда устройство подключается к сети. При отключении адрес освобождается и предоставляется другому устройству, которое только что подключилось к интернету.
Статический адрес можно установить вручную, если у вас есть права администратора. Динамический получают автоматически через протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), не требуя участия человека.
 

Что делает протокол DHCP

Сетевой протокол динамической настройки хоста - это набор правил и последовательных действий. Они определяют, как устройства в одной сети связываются друг с другом и обмениваются информацией.
DHCP функционирует в рамках модели "клиент-сервер". Он автоматически распределяет IP-адреса устройствам, чтобы они могли взаимодействовать в сети.
 

Основные понятия при настройке

Клиент - это устройство, которому необходим IP-адрес для подключения к сети. Это может быть мобильный телефон, планшет, ноутбук или персональный компьютер.
Сервер - компьютер, который выделяет IP-адреса клиентам и контролирует, чтобы два клиента не получили один и тот же IP.
DHCP не только обеспечивает автоматическую настройку IP-адресов, но также упрощает процесс диагностики подключения и перехода между различными подсетями. Кроме того, он оставляет записи в лог-файлах, чтобы системные администраторы были в курсе происходящего.
 

Немного истории

Все началось в 1993 году, когда был первоначально описан DHCP протокол. Он был задокументирован в RFC 1531 и с тех пор претерпел некоторые изменения. Однако на сегодняшний день важнейшим документом, которым регламентируется этот протокол, является RFC 2131.
 

Особенности протокола

• DHCP-сервер содержит пул IP и выделяет их клиентам. Вместо того чтобы назначать статические адреса, IP-адреса арендуются динамически, а когда они больше не нужны - автоматически возвращаются в пул для будущего использования.
• Администратор сети настраивает DHCP-серверы, которые хранят информацию о конфигурации TCP/IP и предлагают клиентам при подключении к сети.
• DHCP-сервер хранит список допустимых IP-адресов, которые могут быть назначены клиентам из пула. Также в этом списке указываются адреса, которые недоступны для назначения.
• Для определенных DHCP-клиентов также могут быть зарезервированы конкретные IP-адреса.
• В базе DHCP-сервера также указывается длительность аренды IP-адресов, то есть время, в течение которого клиент может использовать этот адрес, прежде чем аренда будет пролонгирована.

Когда клиент с поддержкой DHCP арендует IP-адрес, ему предоставляются IP-адрес подсети, связанной с его подключением; параметры DHCP (маршрутизатор (шлюз по умолчанию), DNS-сервера и домена).
 

Работа протокола DHCP - принципы

Протокол DHCP делится на клиентскую и серверную части, которые выполняют важные задачи. На сервере происходит настройка сети и выдача IP-адресов . Клиентская часть отвечает за подключение к сети, отправляя серверу запросы на получение настроек, IP-адреса, шлюза, маски и DNS-серверов.
 

Этапы обмена данными

Обмен данными можно разделить на четыре основных этапах:

• Обнаружение - клиент отправляет запрос серверу. Отправляется DHCPDISCOVER-сообщение на все устройства в подсети. Такие запросы называются широковещательными (broadcast). Только DHCP-сервер может ответить на это сообщение.
• Предложение - сервер отвечает клиенту сообщением DHCPOFFER, в котором содержится свободный IP-адрес. Если несколько серверов отправляют ответы одновременно, клиент может выбрать любой из них. Затем клиент взаимодействует только с выбранным сервером.
• Запрос - клиент подтверждает настройки сервера, отправляя сообщение DHCPREQUEST на каждый DHCP-сервер в сети со своим IP-адресом. Серверы понимают, что этот IP уже занят и не предлагают его другим клиентам.
• Подтверждение - сервер подтверждает запрос клиента о том, что IP-адрес привязан к определенному устройству на определенный срок и отправляет клиенту сообщение DHCPACK с данными об адресе, его сроке действия и других сетевых настройках.

При первом подключении клиент выбирает самый первый доступный DHCP-сервер. Но если устройство уже подключалось к данной сети ранее, при повторном подключении оно будет выбирать DHCP-сервер, с которым установило связь в первый раз.
Если клиент переходит в новую подсеть и ему необходимо сменить IP-адрес, он отправляет сообщение DHCPRELEASE серверу. DHCP-сервер помечает выбранный адрес как свободный. Клиентские сетевые настройки также сохраняются, что позволяет устройству повторно использовать этот IP-адрес при необходимости. Вручную можно отказаться от аренды конкретного адреса, используя команду ipconfig/release.
Когда сервер и клиент находятся в разных подсетях, взаимодействие может осуществляться с помощью ретрансляции DHCP relay. Это позволяет передавать запросы и ответы между разными сетями, чтобы клиенты могли получать IP-адреса даже в таких случаях.
 

Методы распределения IP-адресов в DHCP

В DHCP существуют три способа присвоения IP-адресов:

• Фиксированный - ручное присвоение. В этом случае администратор DHCP-сервера вручную задает соответствие между MAC-адресом каждого устройства и IP-адресом. Этот метод удобен в небольших сетях, где известны все MAC-адреса.
• Автоматический - позволяет каждому устройству автоматически получить IP-адрес. Он выдается на неопределенный срок и будет оставаться неизменным, пока клиент не откажется от него. Этот метод часто используется в организациях, где не требуется гибкость в назначении IP-адресов.
• Динамический - DHCP-сервер выдает клиенту любой доступный IP-адрес из определенного диапазона. Эти адреса не связаны с конкретными устройствами и предназначены для ситуаций, когда количество и состав пользователей в сети постоянно меняются. Кафе с беспроводным Wi-Fi приобретает определенное количество IP-адресов и распределяет их по мере необходимости. DHCP-сервер выдает IP-адреса посетителям, которые присоединяются к сети.

Чтобы DHCP мог работать, необходимо, чтобы как клиентская и серверная части были всегда активными.
 

Недостатки протокола DHCP

Для активации DHCP необходимо предварительно настроить устройство. Однако современные гаджеты могут делать это самостоятельно.
В случае со статическим IP другое сетевое оборудование должно сохранять его, чтобы другие устройства могли подключаться к нему без проблем. Поэтому в таких ситуациях лучше воспользоваться ручной настройкой.
Использование DHCP может быть неудобным для компьютера, к которому часто требуется удаленный доступ. После перезагрузки IP-адрес изменится и настройку придется снова задавать вручную. В таком случае также рекомендуется установить статический IP-адрес.
 

Заключение

Для работы в сети компьютеру необходимо иметь IP-адрес, который позволяет его идентифицировать среди других устройств. IP-адрес может быть статическим, когда он задается вручную, или динамическим, когда он назначается автоматически через протокол DHCP. Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) используется для автоматического назначения IP-адресов в сети. Сервер может назначить IP-адрес клиенту фиксированным, автоматическим или динамическим способом в зависимости от заданных параметров.
Использование DHCP обеспечивает удобство и автоматизацию при назначении IP-адресов, что упрощает работу в сети.