自举与自动配置

单击此处编辑母版标题样式,0n,单击此处编辑母版文本样式,1n,第二级,2n,第三级,3,第四级,4,第五级,5,第,11,章 自举与自动配置,*,TCP/IP,协议分析与应用编程,第,11,章 自举与自动配置,主要内容,BOOTP,协议及分析,DHCP,协议及分析,学习目标,理解,BOOTP,的工作过程，了解,BOOTP,的报文格式。,理解,DHCP,的基本原理。,BOOTP,和,DHCP,协议的出现背景,网络规模比较大时，静态,IP,分配工作量太大；,在静态分发,IP,地址的网络中容易出现,IP,地址冲突的问题。,较好的解决办法是为客户机动态分配,IP,地址。,BOOTP,和,DHCP,就是为这样的目标而设计的。,BOOTP,协议,引导协议（,BOOTStrap,Protocol,，,BOOTP,）也称为自举协议，主要设计用来为无盘工作站提供,IP,信息，能在一定程度上完成,IP,地址分配的任务。它除了能分配,IP,地址外，还能为无盘工作站提供用于定位引导目录的路径信息。,BOOTP,使用,UDP,进行数据传递，采用,C/S,工作方式，包括,BOOTP Server,（引导协议服务机端）和,BOOTP Client,（引导协议客户机端），使用两个熟知的,UDP,端口，即,BOOTP,客户机端使用,68,端口，,BOOTP,服务器使用,67,端口。,BOOTP,协议的工作过程,客户机程序广播一个,BOOTP,请求报文，以,UDP,数据报形式发送出去。收到请求的,BOOTP,服务器查找发出请求的客户机的各项配置信息，然后将配置信息放在,BOOTP,的应答报文中返回给提出请求的计算机，这样，客户机就获得了所需的配置信息。,说明：在,BOOTP,客户机发送请求时，使用全,1,的广播地址（,255.255.255.255,）作为目的地址，全,0,的地址作为源地址；,BOOTP,服务器发送应答报文时，可以采用广播方式也可以采用单播方式，采用单播时使用收到的广播帧上的硬件地址。,BOOTP,协议的工作过程,在,BOOTP,服务器端，有一个用来存放硬件地址和,IP,地址相对应关系的数据库。客户机,IP,地址就被存放在该数据库中，由服务器端查到后，被放到,BOOTP,应答包的对应字段中。,客户计算机除了可以通过,BOOTP,请求,/,应答包获得自身的,IP,地址信息外，还可以包含“通用”引导文件名，例如，“,unix,”,或“,ethertip,”,。服务器发送,BOOTP,应答包时，使用对应的引导文件的确切的路径名称来取代这个字段。为了确定路径名，服务器会查询自身的数据库，这个数据库关联了客户机地址、请求文件名和为用户定制的特殊引导文件。如果,BOOTP,请求文件名是空，服务器就返回一个文件名字段用于表示客户机需加载的默认文件。,BOOTP,的报文格式,字节,1,字节,2,字节,3,字节,4,操作代码,Op,硬件地址类型,Htype,硬件地址长度,Hlen,跳数,Hops,事务标识,Xid,客户启动时间,Secs,标志,Flags,客户,IP,地址,Ciaddr,（,32bit,）,你的,IP,地址,Yiaddr,（,32bit,）,服务器,IP,地址,Siaddr,（,32bit,）,网关,IP,地址,Giaddr,（,32bit,）,客户硬件地址,Chaddr,（,16 bytes,）,服务器主机名,Sname,（,64 bytes,）,启动文件名,File,（,128 bytes,）,厂商专用区,Vend,（,64 bytes,）,BOOTP,协议各个字段含义,字段说明：,操作代码,Op,：,1,表示是,BOOTP,请求（,BOOTREQUEST,），,2,表示是,BOOTP,应答（,BOOTREPLY,）。,硬件地址类型,Htype,：,1,表示,10Mb/s,的以太网。,硬件地址长度,Hlen,：对于以太网，该字段为,6,。,“跳数”,Hops,：表示当前的报文经过的,RELAY,（中继代理）的数目。,事务标识,Xid,：是一个由客户机设置的,32,位整数。客户机用它对请求和应答进行匹配。,客户启动时间,Secs,：客户机开始地址请求或续约后消耗的时间（秒数。,标记,Flags,：未用。,客户机,IP,地址,Ciaddr,：假如该客户机已经知道自身的,IP,地址，它将其写入本字段。否则，它将该字段设置为,0,。对于后面这种情况，服务器用该客户机的,IP,地址写入,Yiaddr,字段。,BOOTP,协议各个字段含义,字段说明（续）：,你的,IP,地址,Yiaddr,：服务器查得该客户机的,IP,地址后，写入,Yiaddr,字段。,服务器,IP,地址,Siaddr,：在,bootstrap,中下一台可用服务器的,IP,地址，由服务器填写。,网关,IP,地址,Giaddr,：通过代理启动时代理的,IP,地址，假如使用了某个代理服务器，则该代理服务器就填写“网关,IP,地址”字段。,客户机硬件地址,Chaddr,：客户机必须设置它的“客户硬件地址”字段。尽管这个值与以太网数据帧头中的值相同。,服务器主机名,Sname,：其他可用服务器主机名称，是一个以,NULL,作终止符的字符串，由服务器填写。,引导文件名,File,：以,Null,作终止符的字符串；。,厂商专用区,Vend,：供应商相关的参数字段，用于对,BOOTP,进行不同的扩展。,DHCP,协议,BOOTP,主要是设计用来为无盘工作站提供引导信息，能在一定的小范围内完成,IP,地址分配的任务，但是不能满足网络和,Internet,快速增长的需要，因此，动态主机配置协议（,Dynamic Host Configuration Protocol,，,DHCP,）就作为,BOOTP,的改进而设计出来。,DHCP,实际上是,BOOTP,的改进，二者的基本原理一样。和,BOOTP,一样，,DHCP,也使用,UDP,封装报文，客户机使用端口,68,，服务器段使用端口,67,进行通信。二者都能在客户机启动时分配,IP,地址，这些都是二者的相似之处。,BOOTP,是静态的而,DHCP,是动态的。设计,BOOTP,的目的是用作远端引导。而,DHCP,为移动工作组设计，,DHCP,为了能完成动态的配置工作，需要有一个动态,IP,分配策略，这个策略在整个子网掩码范围内管理永久和短期租借的地址。,DHCP,的工作过程,DHCP,客户机首次登录网络时，主要通过以下步骤与,DHCP,服务器建立联系。,客户机通过,DHCPDISCOVER,广播（目的,IP,地址,255.255.255.255,）提出请求，这时客户机还不知道,DHCP,服务器的,IP,地址，所以发送广播报文。在,IP,数据报中把源,IP,地址字段设为,0.0.0.0,。如果客户机有一个永久性的租用地址，它可以直接请求那个地址。,本地网络上的所有计算机都能收到该广播报文，但只有,DHCP,服务器才对该报文进行应答。,DHCP,服务器先在自己的数据库中查找该计算机的配置信息，如果找到，就返回找到的信息；否则，会从服务器的,IP,地址池中取出一个地址，返回一个附有该,IP,地址的,DHCPOFFER,报文。,如果客户机收到多个,DHCP,服务器返回的带有,IP,地址的,DHCPOFFER,报文，它会选择其中的一个或其所请求的那一个,DHCP,服务器的应答报文。,DHCP,的工作过程,客户机向所选择的,DHCP,服务器发送,DHCPREQUEST,报文并等待。,当被选择的服务器接收了,DHCPREQUEST,报文后，它会应答一个,DHCPACK,报文。如果所请求的,IP,被分配也就是说租用已中止，会发回,DHCPNAK,报文。除,DHCP,客户机选中的服务器外，其他,DHCP,服务器本次未分配出的,IP,地址仍可用于其他客户机的,IP,地址申请。,如果客户机收到,DHCPACK,报文，它可以开始使用这个临时的,IP,地址了。这种状态叫做地址绑定状态。如果它收到,DHCPNAK,，它会重新开始从步骤（,1,）的整个过程。假如,IP,有问题，客户机会发送一个,DHCPDECLINE,报文给服务器并重新开始。,DHCP,客户机从开始使用,IP,地址起就要根据服务器提供的租用期,T,设置两个计时器,T1,（,T1=0.5T,）和,T2,（,T2=0.875T,），当时间到，就要请求更新租用期。,DHCP,的工作过程,T1,时间到，,DHCP,客户机发送,DHCPREQUEST,报文要求更新租用期。,DHCP,服务器收到请求报文后，如果同意继续租借，则发回确认报文,DHCPACK,。,DHCP,服务器如果不同意继续租借，则发送报文,DHCPNACK,，这时,DHCP,客户机必须立即停止使用原来的,IP,地址，而通过上面的过程继续申请新的,IP,地址。,DHCP,客户机收到,DHCP,服务器的续租应答报文后，更新自己的租用期，重新设置计时器,T1,和,T2,；若没有收到,DHCP,服务器的续借应答报文，则在,T2,计时器到了之后，,DHCP,客户机必须重新发送,DHCPREQUEST,报文，再次进行续借的请求；,DHCP,客户机也可以随时提前终止地址的租用，只需向租借,IP,地址的,DHCP,服务器发送,DHCPRELEASE,报文。,DHCP,的工作过程,当,DHCP,客户机再次登录网络时，主要通过以下步骤与,DHCP,服务器建立联系。,DHCP,客户机首次正确登录网络后，以后再登录网络时，只需要广播包含上次分配,IP,地址的,DHCPREQUEST,报文即可，不需要再次发送,DHCPDISCOVER,报文。,DHCP,服务器收到,DHCPREQUEST,报文后，如果客户机申请的地址没有被分配，则返回,DHCPACK,确认报文，通知该,DHCP,客户机继续使用原来的,IP,地址。,如果此,IP,地址无法再分配给该,DHCP,客户机使用（如已分配给其他客户机），,DHCP,服务器将返回,DHCPNAK,报文。客户机收到后，重新发送,DHCPDISCOVER,报文请求新的,IP,地址。,DHCP,客户机延长,IP,地址的租用有效期,DHCP,服务器分配给客户机的动态,IP,地址通常有一定的租借期限，期满后服务器会收回该,IP,地址。如果,DHCP,客户机希望继续使用该地址，需要更新,IP,租约（如延长,IP,地址租约）。,在实际使用中，,DHCP,客户机缺省在,IP,地址租约期限达到一半时，,DHCP,客户机会自动向,DHCP,服务器发送,DHCPREQUEST,报文，以完成,IP,租约的更新。如果此,IP,地址有效，则,DHCP,服务器回应,DHCPACK,报文，通知,DHCP,客户机已经获得新的租约。,中继代理如何工作,中继代理能中继服务器和客户机之间的报文。这样可以使服务器能处理没有服务器的子网。这意味着不必为每一个子网设置一个服务器而降低开销。中继代理一般是由路由器担任。以下几步说明了中继代理是如何工作的。,DHCP,客户机广播一个消息。,中继代理把收到报文的接口对应的,IP,地址放到消息的,giaddr,域中，然后单播至服务器。,服务器给中继代理返回应答（通过单播）。应答包括与客户机所请求相同的,giaddr,域。,中继代理会从,giaddr,域中,IP,地址对应的接口中广播应答。,理解租用地址,DHCP,使用了租约的概念，或称为计算机,IP,地址的有效期。如果租用到期，客户机需要申请新的,IP,地址。,DHCP,支持为计算机分配静态地址，如需要永久性,IP,地址的,Web,服务器。一个客户机可以申请一个特定的,IP,地址，如果此,IP,是可用的，,DHCP,服务器会分配这个地址给客户机。,正确的管理租用需要相应的策略和技能，需要根据自身网络的使用情况进行设计和安排。有两种策略经常被采用：一种是采用较短的租用时间，迫使客户机经常申请租用地址，这样可以保证地址池经常被刷新，因而适合于机器经常移动的情况，另外，通过较短的租期，,DHCP,能