В этом руководстве объясняются основные понятия DHCP-сервера, в том числе о том, как DHCP-сервер назначает автоматический IP-адрес через четыре состояния (обнаружение DHCP, предложение DHCP, запрос DHCP и подтверждение DHCP). Узнайте, что такое DHCP-сервер и как он работает в сети.

Компьютеры в сетях IP нуждаются в некой важной информации, прежде чем смогут общаться с другими хостами. Эта информация включает в себя IP-адрес и префикс маршрута и маршрутизации по-умолчанию. Настройка IP-адресации в большой сети на основе TCP/IP может быть кошмаром, особенно если машины часто перемещаются из одной сети в другую. DHCP устраняет ручную задачу сетевым администратором. Протокол конфигурации динамического хоста (DHCP) может помочь с рабочей нагрузкой при настройке систем в сети путем автоматического назначения адресов системам при загрузке. Он также предоставляет центральную базу данных устройств, которые подключены к сети и устраняет дублирование назначений ресурсов.

DHCP-сервер может иметь три метода распределения IP-адресов:

статическое распределение: DHCP-сервер выделяет IP-адрес на основе таблицы с адресами MAC-адресов/IP-адресов, которые заполняются вручную. Только запрашивающим клиентам MAC-адрес, перечисленным в этой таблице, будет присвоен IP-адрес.

динамическое распределение: сетевой администратор назначает диапазон IP-адресов для DHCP, и каждый клиентский компьютер в локальной сети настроен на запрос IP-адреса от DHCP-сервера во время инициализации сети.

автоматическое распределение: DHCP-сервер постоянно назначает свободный IP-адрес запрашивающему клиенту из диапазона, определенного администратором. Это похоже на динамическое распределение, но сервер DHCP хранит таблицу прошлых назначений IP-адресов, так что он может предпочтительно назначать клиенту тот же IP-адрес, который ранее был у клиента.

Среди этих трех методов, статический и динамический — самая популярная реализация.

Как работает DHCP

DHCP предоставляет автоматизированный способ распространения и обновления IP-адресов и другой информации о конфигурации в сети. DHCP-сервер предоставляет эту информацию клиенту DHCP посредством обмена серией сообщений, известных как DHCP-разговор или транзакция DHCP.

DHCP discover

Клиентские компьютеры передают сообщения в физической подсети для обнаружения доступных DHCP-серверов. Этот клиент-компьютеры создает пакет протокола udp (User Datagram Protocol) с назначением широковещательной передачи по умолчанию 255.255.255.255 или определенным адресом широковещательной передачи подсети, если он настроен.

DHCP offer

Когда DHCP-сервер получает запрос аренды IP от клиента, он резервирует IP-адрес для клиента и расширяет предложение аренды IP, отправив сообщение DHCPOFFER клиенту. Это сообщение содержит MAC-адрес клиента, IP-адрес, который предлагает сервер, маску подсети, Продолжительность аренды и IP-адрес DHCP-сервера, делающего предложение.

DHCP request

В большинстве компаний два DHCP-сервера обеспечивают отказоустойчивость IP-адресации, если один сервер не работает или должен быть отключен для обслуживания. Таким образом, клиент может получить предложения DHCP от нескольких серверов, но он будет принимать только одно предложение DHCP. В ответ на предложение клиент запрашивает сервер. Клиент отвечает на запрос DHCP, одноадресный на сервер, запрашивая предлагаемый адрес. На основе поля id транзакции в запросе, серверы информируются, чье предложение клиент принял. Когда другие DHCP-серверы получают это сообщение, они отзывают любые предложения, которые они могли сделать клиенту и возвращают предложенный адрес пулу доступных адресов. В некоторых случаях сообщение запроса DHCP является широковещательным, вместо того, чтобы быть одноадресной к определенному серверу DHCP, потому что клиент DHCP все еще не получил IP-адрес. Кроме того, таким образом, одно сообщение может позволить всем другим DHCP-серверам знать, что другой сервер будет предоставлять IP-адрес, не пропуская ни одного из серверов с серией одноадресных сообщений.

DHCP acknowledgement

Когда DHCP-сервер получает сообщение DHCPREQUEST от клиента, процесс настройки переходит в свою заключительную фазу.

Фаза подтверждения включает отправку пакета DHCPACK клиенту. Этот пакет включает Продолжительность аренды и любую другую информацию о конфигурации, которую клиент мог бы запросить. На этом этапе процесс настройки IP завершен.

IP-адрес — это числовой идентификатор интерфейса. Подобно тому, как почтовый адрес предоставляет уникальную идентификацию дому, IP-адрес предоставляет уникальную идентификацию интерфейсу.

Почему интерфейс нуждается в уникальном IP-адресе?

IP-сеть использует IP-адрес для поиска целевого интерфейса и доставки IP-пакетов. Для получения IP-пакетов для интерфейса требуется уникальный IP-адрес. Если несколько интерфейсов имеют одинаковый IP-адрес, IP-сеть не будет работать.

Давайте рассмотрим это на примере. В городе все дома имеют одинаковый номер дома, предположим 195. Если есть почта для номера дома 195, как почтальон будет доставлять эту почту? Чтобы доставить почту в правильном доме, почтовая система нуждается в уникальном адресе этого дома. Точно так же, чтобы доставить IP-пакет в правильном интерфейсе, IP-сети нужен уникальный IP-адрес этого интерфейса.

Как работает IP-адрес?

IP-адрес работает в сети IP так же, как почтовый адрес работает в почтовой системе. Почтовый адрес представляет собой комбинацию двух адресов, адреса области и домашнего адреса. Адрес области — это групповой адрес всех домов, принадлежащих определенной области, и адрес дома — это уникальный адрес конкретного дома в этом районе. Каждая область представлена ​​уникальным PIN-кодом в почтовой системе.

PIN-код помогает в быстрой обработке почты. В центральном почтовом отделении, где тысячи или в некоторых случаях принимаются миллионы писем, отправляются и доставляются ежедневно, обработка почты по полному адресу практически невозможна. В оживленном почтовом отделении клерк не читает полный адрес пакета, чтобы принять его решение, он обращает внимание только на ПИН-код. Он читает PIN-код и упаковывает пакет в контейнер, который будет перенаправлен в ближайшее почтовое отделение области, которую представляет ПИН-код. Тот же процесс используется в следующем почтовом отделении и т. Д. И т. Д., Пока пакет не достигнет почтового отделения, которое поставляет пакеты в зону назначения. В последнем почтовом отделении адрес получателя используется для доставки пакета.

В IP-сети используется точный механизм. IP-адрес представляет собой комбинацию двух адресов, сетевого адреса и адреса хоста. Сетевой адрес — это групповой адрес всех хостов, принадлежащих определенной сети, и адрес узла — это уникальный адрес определенного хоста в этой сети.

Подобно PIN-коду, сетевой адрес помогает в быстрой обработке IP-пакетов. В IP-сети маршрутизаторы выполняют именно то, что почтовые отделения делают в почтовой системе. Маршрутизаторы используют сетевой адрес, чтобы найти целевую сеть и адрес хоста для доставки пакетов.

Формат IP-адреса

IP-адрес имеет длину 32 бита. Эти биты разделены на четыре части. Каждая часть называется октетами и содержит и 8 бит.

IP-адрес может быть записан в трех обозначениях; пунктирный-десятичный, двоичный и шестнадцатеричный. Среди этих типов dotted-decimal является самым популярным и часто используемым методом для записи IP-адреса.

В методе с десятичной точностью каждый байт (8 бит) 32-битного IP-адреса записывается десятичным эквивалентом. Четыре результирующих десятичных числа разделяются точкой и записываются в последовательности. 10.10.10.10, 172.168.10.1, 192.168.1.1 и 200.0.0.1 приведены некоторые примеры IP-адреса в методе с десятичной точностью.

Маска подсети

Маска подсети используется для разделения сетевого адреса с адреса хоста по IP-адресу. Как мы уже говорили ранее, IP-адрес представляет собой комбинацию сетевого адреса и адреса хоста, маска подсети помогает нам и программам, которые используют IP-адрес при идентификации сетевой части и хост-части.

Маска подсети также, как и IP-адрес, также имеет длину 32 бита и использует те же обозначения, которые использует IP-адрес для представления.

Маска подсети назначает отдельный бит для каждого бита IP-адреса. Если бит IP принадлежит сетевой части, бит назначенной маски подсети будет включен. Если бит IP принадлежит хост-части, бит маски подсети будет отключен.

В двоичной нотации 1 (один) представляет бит включения, а 0 (ноль) представляет бит выключен. В методе с десятичными знаками диапазон значений от 1 до 255 представляет собой бит включения, тогда как значение 0 (ноль) представляет бит выключения.

IP-адрес всегда используется с маской подсети. Без маски подсети IP-адрес является неоднозначным адресом в сети IP.

Классы IP-адресов

Есть 4 294 967 296 IP-адресов. Управление всеми этими адресами без какой-либо схемы практически невозможно. Поясним это на простом примере. Если вам нужно найти слово из языкового словаря, как долго вы это возьмете? Обычно вам потребуется меньше пяти минут, чтобы узнать это слово. Вы можете это сделать, потому что слова в словаре организованы в алфавитном порядке. Если вам нужно найти то же слово из словаря, который не использует какой-либо последовательности или порядка для упорядочивания слов, как долго вы это возьмете на этот раз? Может потребоваться до одной недели, чтобы узнать это конкретное слово из всех слов. Если неорганизованный словарь, который содержит примерно 1 миллиард слов, может превратить задачу в пять минут в одну неделю, чем предполагать, что почти 4,3 миллиарда адресов затруднят задачу поиска, если они неорганизованны.

Для упрощения управления IP-адреса организованы в числовом порядке и разделены на следующие пять классов.

Как мы обсуждали ранее, IP-адрес представляет собой комбинацию сетевого адреса и адреса хоста. В каждом IP-адресе зарезервировано несколько бит для сетевого адреса. В классах A, B и C первые 8, 16 и 24 бита зарезервированы соответственно для сетевых адресов.

Как найти класс IP-адреса?

Чтобы найти класс IP-адреса, просто обратите внимание на первый октет.

Если значение первого октета находится в диапазоне от 1 до 127, это IP-адрес класса A. Примерами IP-адреса класса А являются: — 1.2.3.4, 10.20.30.45, 125.234.123.23, 126 .100.200.45 и т.д.

Если значение первого октета находится в диапазоне от 128 до 191, это IP-адрес класса B. Примеры IP-адреса класса B: — 128.200.100.50, 191.200.100.1, 172.168.0.1, 175.45.48.14 и т.д.

Если значение первого октета находится в диапазоне от 192 до 223, это IP-адрес класса C. Примеры IP-адреса класса C: — 192.168.1.1, 200.0.0.1, 223.224.127.1, 212.14.15.56 и т. Д.

Частный IP-адрес и общедоступный IP-адрес

Основываясь на доступности, IP-адреса в основном разделены на две категории; частные IP-адреса и общедоступные IP-адреса. Ниже приведены различия между частными IP-адресами и общедоступными IP-адресами.

Частные IP-адреса

Частные IP-адреса — это IP-адреса, которые зарезервированы для локальных сетей и не могут быть доступны из общедоступной сети, такой как Интернет. И наоборот, доступ к общедоступной сети с частного IP-адреса невозможен.

Следующие IP-диапазоны зарезервированы для частных IP-адресов.

• 10.0.0.0 до 10.255.255.255
• 172.16.0.0 до 172.31.255.255
• 192.168.0.0 — 192.168.255.255

Публичные IP-адреса

Публичные IP-адреса — это IP-адреса, которые общедоступны из любой общедоступной сети, такой как Интернет. Чтобы получить доступ к общедоступному IP-адресу, мы должны использовать общедоступный IP-адрес.

За исключением частных IP-адресов, все IP-адреса классов A, B и C являются общедоступными IP-адресами.

Специальные IP-адреса

Специальные IP-адреса — это IP-адреса, зарезервированные для тестирования сети и устранения неполадок. Эти IP-адреса не могут быть назначены на конечное устройство или интерфейс. Следующие адреса зарезервированы для специального назначения: —

0.0.0.0: — это первый IP-адрес IP-адресов. Он представляет все сети.

127.0.0.0 до 127.255.255.255: — Зарезервировано для тестирования протокола IP и устранения неполадок. Виртуальные интерфейсы, такие как loopback-адаптер, используют этот диапазон IP для адресации.

224.0.0.0 до 239.255.255.255 (класс D): — зарезервировано для многоадресных адресов. Адрес многоадресной рассылки — это адрес, который имеет несколько получателей.

240.0.0.0 до 255.255.255.255 (класс E): — зарезервировано для будущего использования. Эти адреса не используются в настоящее время для каких-либо целей.

255.255.255.255: — Это последний IP-адрес IP-адресов. Он представляет все хосты.