IPv4/DHCP
(Weitergeleitet von DHCPv4)
DHCP ist ein Protokoll zur dynamischen Konfiguration von Geräten in Neztwerken.
Beschreibung
- DHCP kann als Nachfolger vom BOOT-Protokoll verstanden werden, das entwickelt wurde, um Rechner ohne Festplatte in IP-Netzen zu starten und automatisch zu konfigurieren.
- Veröffentlichung der ersten DHCP-Version Ende 1993 im RFC 1541
- Ablösung durch neue Version in RFC 2131 im März 1997
- Erweiterungen von RFC 2131 durch die RFCs 2132, 3396 & 4361
Grundlagen
- DHCP regelt die dynamische Vergabe von IP-Adressen und kann die Konfiguration von Rechnern unterstützen
- DHCP funktioniert nach dem Client-Server-Prinzip
- Benutzer eines Rechners benötigt keine IP-Adresse von einem Administrator - werden vom DHCP-Server zur Verfügung gestellt
- IP-Konfigurationsparameter für die Clients sind auf dem DHCP-Server gespeichert
- Vergabe der IP-Adressen erfolgt aus einem Pool von IP-Adressen, der vom Server verwaltet wird
- Implementierung von DHCP-Relays, um DHCP-Nachrichten in andere Subnetze weiterzuleiten, die über keinen DHCP-Server verfügen
Beim Start einer DHCP-Client-Applikation werden vom Server folgende Informationen angefordert:
- Client-IP-Adresse
- Lease-Dauer
- Identifikation des DHCP-Servers
- Subnetzmaske
- Default-Gateways
- statische Routen
- Hostname & Domainname
- Lokation externer Server (z. Bsp. Time-Server)
Anforderungen an den DHCP-Server
- Ein DHCP-Server muß über einen Bereich gültiger IP-Adressen verfügen.
- Der Server benötigt eine manuell zugewiesene statische IP-Adresse (Der Server selbst kann kein Client sein).
- Soll ein Server IP-Adressen für Clients in verschiedenen Subnetzen verteilen, so müssen sämtliche Router zwischen den Subnetzen als DHCP-Relay-Agenten konfiguriert werden.
- Wird dies von den Routern nicht unterstützt, benötigt jedes Subnetz einen eigenen DHCP-Server.
- Im Pool der IP-Adressen dürfen keine statischen IP-Adressen enthalten sein, da diese anderenfalls doppelt vergeben würden.
Zuweisungsmethoden des DHCP-Verfahrens
Automatische Zuweisung
- IP-Adressen werden automatisch an die MAC-Adressen von neuen DHCP-Clients vergeben & diese Zuordnung in einer Tabelle festgehalten
- Vergabe der IP-Adresse an den Client erfolgt aus einem Pool von IP-Adressen, der vom Server verwaltet wird
- Zuordnungen sind permanent und werden nicht entfernt - jeder Client erhält somit stets die gleiche IP-Adresse
Dynamische Zuweisung
- Vergabe erfolgt analog der Automatischen Zuweisung
- Zuweisung der IP-Konfiguration jedoch für einen bestimmten Zeitraum (Lease-Dauer)
- Verfall der IP-Adresse nach Ablauf der Lease-Dauer - Neuvergabe an anderen Client durch den DHCP-Server möglich
- Client kann/muß vor Ablauf der Lease-Dauer eine Verlängerung beantragen
- erlaubt, als einzige Zuweisungsmethode die Wiederverwendung von IP-Adressen, wenn der Client diese nicht mehr benötigt
Manuelle Zuweisung
- DHCP-Server führt eine Zuweisungstabelle: feste Zuordnung von MAC-Adresse zu IP-Adresse (statisches DHCP)
- Client erhält immer die gleiche IP-Adresse
- nur Rechner mit bekannten & registrierten MAC-Adressen erhalten eine IP-Adresse
- sinnvoll bei Servern, die stets unter der gleichen IP-Adresse erreichbar sein sollen
DHCP-Nachrichten
- Austausch von festgelegten DHCP-Nachrichten zwischen Server & Client
- Übermittlung durch das verbindungslose Transportprotokoll UDP (Server-Port: 67 & Client-Port: 68)
- Der DHCP-Client stellt einen Anwendungsprozess auf einem Rechner dar & ist auf dem Well-Known-Port 68 erreichbar
- Der DHCP-Server läuft als Anwendungsprozess auf einem dedizierten Rechner & ist auf dem Well-Known-Port 67 zu erreichen
Aufbau von DHCP-Nachrichten
| Feld | Länge [Byte] | Bedeutung | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| op | 1 | Operation | gibt an, ob es sich um eine Anfrage oder Antwort handelt |
| htype | 1 | Netztyp | Angabe des Netztyps gemäß RFC 1340 |
| hlen | 1 | Länge der Hardware-Adresse | physikalische Netzadresse (z. Bsp. 6 = MAC-Adresse) |
| hops | 1 | Anzahl der Hops | Anzahl von Routern mit DHCP-Relay-Funktion auf dem Weg zwischen Client & Server |
| xid | 4 | Transaktions-ID | Identifikationsnummer für die Transaktion zwischen Client & Server |
| secs | 2 | Sekunden | von Seiten des Clients, die Zeit seit Beginn des Vorgangs |
| flags | 2 | Flags | nur das höchstwertige Bit wird verwendet, um anzuzeigen, ob der Client noch über eine IP-Adresse verfügt |
| ciaddr | 4 | Client-IP-Adresse | wird vom Client angegeben, falls dieser noch über eine IP-Adresse verfügt |
| yiaddr | 4 | Your-IP-Adresse | IP-Adresse, die der Server dem Client zugewiesen hat |
| siaddr | 4 | Server-IP-Adresse | IP-Adresse des DHCP-Servers |
| giaddr | 4 | IP-Adresse des Routers mit DHCP-Relay-Funktion | |
| chaddr | 16 | Client-Hardware-Adresse | Client-Mac-Adresse |
| sname | 64 | Server-Name | |
| file | 128 | File / Datei | |
| options | bis 312 | Optionen | zusätzliche Konfigurationsparameter - DHCP-Optionen nach RFC 2132 |
Ablauf der Kommunikation
Anforderungsphase
- Client sendet die Nachricht DHCP-DISCOVER mit einem Broadcast (Ziel-IP: 255.255.255.255) in sein lokales Netz
- DHCP-DISCOVER-Nachricht kann Optionen enthalten, wie zum Beispiel Vorschläge für IP-Adresse & Lease-Dauer
- Anforderung der benötigten Konfigurationsparameter - IP-Adresse, Subnetzmaske etc.
- Angabe der MAC-Adresse des Clients (chaddr) zwingend erforderlich
- Nachricht ist normalerweise auf das eigene Subnetz beschränkt - kann aber durch DHCP-Relay-Agenten in andere Subnetze weitergeleitet werden
Angebotsphase
Mit der Nachricht DHCP-OFFER läßt der DHCP-Server dem Client ein Angebot zukommen.
Der Server versucht dabei, den Client direkt zu erreichen - was nicht immer möglich ist:
Fall A
- Client wird gerade initialisiert & verfügt noch nicht über eine IP-Adresse
- Angebot wird als Broadcast versandt - erhält aber bereits die MAC-Adresse des Clients, so daß nur dieser die Nachricht lesen darf
Fall B
- Client verfügt bereits über eine IP-Adresse - deren Lease-Dauer jedoch zu Ende geht
- Angebot wird in diesem Fall direkt an die IP-Adresse des Clients gesendet
- Zu diesem Zeitpunkt muß der Server die IP-Adresse noch nicht reservieren, kann dies aber tun.
Auswahlphase
Der Client wählt die Konfigurationsparameter des zuerst erhaltenen Angebots aus.
- Senden einer Nachricht DHCP-REQUEST - Optionsfeld muß den Eintrag DHCP Server Identifier enthalten
- Nachricht wird als Broadcast versendet, um andere DHCP-Server darüber in Kenntnis zu setzen, daß der Client sich entschieden hat und die entsprechenden Server die reservierten Parameter wieder freigeben können
- angebotene IP-Adresse wird mit der Option Requested IP Address bestätigt
Bestätigungsphase
Antwort des DHCP-Servers mit der Nachricht DHCP-ACK mit allen Konfigurationsparametern für den Client
- Sollten in dieser Phase weitere Angebote eintreffen, werden diese vom Client verworfen.
Weitere Nachrichtentypen
| Nachrichtentyp | Beschreibung |
|---|---|
| DHCP-NAK | Wird während der Bestätigungsphase vom Server an den Client gesendet, um diesen darauf hinzuweisen, daß die im DHCP-REQUEST angeforderten Konfigurationsparameter abgeleht wurden:
|
| DHCP-RELEASE | Hiermit teilt ein Client dem Server mit, daß er seine IP-Adresse nicht mehr benötigt und der Server die Adresse freigeben und anderweitig vergeben kann |
| DHCP-DECLINE | Der Client kann hierüber den Server in Kenntnis setzen, daß einige Parameter ungültig sind (zum Beispiel seine MAC-Adresse) |
| DHCP-INFORM | Kann von Clients verwendet werden, denen eine statische IP-Adresse zugewiesen wurde, um weitere dynamische Konfigurationsparameter vom Server anzufordern. |
Lease-Dauer
Wurde der Client über die Dynamische Zuweisung konfiguriert, wird dessen IP-Adresse nach Ablauf der Lease Time ihre Gültigkeit verlieren & kann vom Server neu vergeben werden. Dementsprechend muß der Client vor Ablauf der Lease-Dauer eine Verlängerung der Gültigkeit seiner Konfigurationsparameter anfordern:
- Client sendet ein DHCP-REQUEST an den Server, von dem er konfiguriert wurde - gewünschte IP-Adresse wird mit der Option Requested IP Address mitgeteilt
- Standardmäßig erfolgt diese Anfrage nach Ablauf von 50 Prozent der Lease-Dauer.
- Wird vom Server nicht auf diese Anfrage reagiert, sendet der Client nach Ablauf von 7/8 der Lease-Dauer eine erneute Anfrage.
- Kann der Anfrage entsprochen werden, sendet der DHCP-Server ein DHCP-ACK an den Client
- Erhält der Client kein rechtzeitiges DHCP-ACK, muß dieser den Konfigurationsprozeß mit einem DHCP-DISCOVER erneut beginnen - die bisherige IP-Adresse darf bis zum Ablauf der Lease-Dauer behalten werden.