Linux系统下DHCP客户端的实现

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1、胡嗣 钦（湖南省株洲 时 代 电 气股份有限公司安全装 备 事 业 部，湖南 株洲 421007）摘 要 ：DHCP 协 议 是 基 于 UDP 协 议 的 应 用 层 协 议 ，用 来 简 化 客 户 机 的 IP 地 址 的 分 配 和 管 理 ，该 协 议 采 用 服 务 器 /客 户 端的方式 。 介 绍 了 DHCP 的工作流程和 报 文格式以及在 Linux 系 统 下 DHCP 客 户 端的 实现过 程 。关 键词 ：DHCP 协议； UDP 协议； Linux 系统； 服务器； 客户端The Implement Of The DHCP Client Under LinuxHU

2、Si-qin（Safety Equipment Business Unit,Zhuzhou CSR Times Electric Co.,Ltd , Hunan Zhuzhou 412007 , China）Abstract：DHCP protocol is an application layer protocol b ased on UDP protocol , used to simplify the allocation and management of the client s IP address, it uses the type of C/S； This Document i

3、nstroduces the workflow and message format of the DHCP，as well as the implement of the DHCP client under Linux。Key words：DHCP ; UDP ; Linux system ; Server ; ClientDHCP 简介DHCP 是 Dynamic Host Configuration Protocol (动 态 主 机 配 置 协 议 ) 的 缩 写 ，它 的 前 身 为 BOOTP，是 用 于 对 多 个 客 户 计 算 机 集 中 分 配 IP 地 址 及 其 IP

4、地 址 相 关 信 息 (网 关 、 子 网 掩 码 、 DNS 服 务 器 地 址 等 ) 的 协 议 ，该 协 议 工 作 在 OSI 的 应 用 层，基于 传输层的 UDP 协议 。DHCP 使 用 客 户 端/服 务 器 模 式 ，请 求 配 置 信 息 的 终 端 为 DHCP 客 户 端 ，提 供 信 息 的 为 DHCP 服 务 器 ；客 户 端 的 UDP 端口 为 68，服 务 器的 UDP 端口 为 67。文 包 含 了 客 户 端 所 选 择 的 DHCP 服 务 器 的 信 息 ，之 所 以 继 续以 广 播 的 方 式 回 应 ，是 为 了 通 知 所 有 的 DHC

5、P 服 务 器 ，它 将 选择某台 DHCP 服 务 器所提供的 IP 地址信息 。2.4 确认阶段该 阶 段 为 DHCP 服 务 器 确 认 所 提 供 的 IP 地 址 信 息 阶 段 。 当 DHCP 服 务 器 接 收 到 DHCP 客 户 端 回 应 的 DHCP Request 报 文 后 ，它 向 客 户 端 发 送 一 个 包 含 它 所 提 供 的 IP 地 址 和 其 他 设 置 信 息 的 DHCP ACK 确 认 信 息 ，告 诉 客 户 端 该 服 务 器 所 提 供 的 IP 地 址 信 息 。 另 外 ，除 客 户 端 选 中 的 服 务 器 外 ，其 他 DH

6、CP 服 务 器都将收回曾 经 提供的 IP 地址信息 。2.5 重新登录以 后 DHCP 客 户 端 每 次 重 新 登 录 网 络 时 ，不 需 要 再 发 送 DHCP Discovery 报 文 ，而 是 直 接 发 送 前 一 次 所 分 配 的 IP 地 址 信 息 的 DHCP Request 报 文 ，当 DHCP 服 务 器 收 到 该 报 文 后 ， 如 果 该 IP 地 址 信 息 没 有 分 配 给 其 他 的 客 户 端 ，则 向 客 户 端 回 应 DHCP ACK 确 认 信 息 ，如 果 无 法 分 配 该 客 户 端 时 ，则 向 客 户 端 回 应 一 个

7、DHCP NACK 否 认 信 息 ，客 户 端 收 到 后 ，必 须 重新发送 DHCP Discovery 报 文来 请 求新的 IP 地址信息 。2.6 更新租约DHCP 服 务 器 向 客 户 端 出 租 的 IP 地 址 信 息 一 般 都 有 一 个 租 借 期 限 ，期 满 后 服 务 器 将 收 回 出 租 的 IP 地 址 ，当 客 户 端 启 动 或 者 IP 租 约 时 间 过 半 时 ，客 户 端 会 自 动 向 服 务 器 发 送 更 新 其租约的信息 。1DHCP 工作过程DHCP 工作时通过客户端 与 服 务 器 进 行 交 互 来 完 成 ，由 客 户 端 通

8、过 广 播 向 服 务 器 发 起 申 请 IP 地 址 的 请 求 ，然 后 由 服 务 器分配一个 IP 地 址 以 及 IP 地 址 相 关 信 息 。 整 个 过 程 分 为 以 下 步 骤 。2.1 发现阶段该 阶 段 为 DHCP 客 户 端 寻 找 DHCP 服 务 器 的 阶 段 ，由 于 DHCP 服 务 器 的 IP 地 址 对 于 客 户 端 是 未 知 的 ，所 以 客 户 端 以 广 播 的 方 式 发 送 DHCP Discovery 报 文 来 寻 找 DHCP 服 务 器 ， 即 向 地 址 255.255.255.255 发 送 特 定 的 广 播 信 息 ，

9、网 络 每 一 台 安 装 有 TCP/IP 协 议 的 主 机 均 会 接 收 到 该 报 文 ，但 是 只 有 DHCP 服 务 器才会 进 行响 应 。2.2 提供阶段该 阶 段 为 DHCP 服 务 器 提 供 IP 地 址 信 息 的 阶 段 ，在 网 络 中 接 收 到 DHCP Discovery 报 文 的 DHCP 服 务 器 都 会 做 出 响 应 ，它 从 未 出 租 的 IP 地 址 中 挑 选 一 个 分 配 给 DHCP 客 户 端 ，向 客 户 端 发 送 一 个 包 含 出 租 IP 地 址 和 其 他 设 置 信 息 的 DHCP Offer 报 文 。2.3

10、 选择阶段该 阶 段 为 DHCP 客 户 端 选 择 某 台 DHCP 服 务 器 提 供 的 IP 地 址 阶 段 ，如 果 有 多 台 DHCP 服 务 器 向 客 户 端 发 送 DHCP Offer 报 文 ，则 客 户 端 只 接 受 第 一 个 收 到 的 DHCP Offer 报 文 ， 然 后 它 继 续 以 广 播 的 方 式 回 答 一 个 DHCP Request 报 文 ，该 报2DHCP 报文格式DHCP 报 文格式如 图 1 所示 。 Op：若是客 户 端到服 务 器的报 文， 该值为 1；反之 为 2。 Htype：硬件 类别 ，以太网 为 1。3作 者 简 介

11、 ：胡 嗣 钦 （1979-），男 ，工 程 师 /学 士 学 位 ，研 究 方向：嵌入式通信 软 件开 发 。收稿日期：2012-06-162012. 16382009.软件开发与设计SOFTWARE DEVELOPMENT AND DESIGNHlen：硬 件 地 址 长 度 ，以 太 网 （网 卡 MAC 地 址 长 度 ） 为 6。Xid：事 务 ID，随 机 数 ，由 客 户 端 启 动 DHCP 请 求 时 产 生，服务 器以此 ID 回 应 。Secs：客 户 端启 动 的 时间 。Flags：最 高 位 为 1 表 示 服 务 器 到 客 户 端 采 用 广 播 方 式 ， 其

12、余位暂不用 。Ciaddr：客 户 端 IP 地 址 ，在 DHCP Request 报 文 中 ，此 处 填写客户端希望获取的 IP 地址 。Yiaddr：在 服 务 器 的 DHCP Offer 和 DHCP ACK 报 文 中 ， 为服务器分配给客户端的 IP 地址 。Siaddr：如果需要通 过 网 络 开机 时 用 。Giaddr：需要跨网 进 行 DHCP 时 用 。Chaddr：客 户 端 的 硬 件 地 址 ，以 太 网 下 为 客 户 端 网 卡 的MAC 地址 。Sname：服 务 器名，字符串，以 0 结 尾 。File：通 过 网 络 开机 时 ，开机程序名 。表 1

13、DHCP 常用 选项申请的 IP 地址17 字 节为 客 户 端以太网（1） 客 户 端 可 能 存 在 多 个 以 太 网 网 卡 ，如 果 将 发 送 的 报文通 过 指定的网卡 发 送出去 。（2） 客 户 端 进 行 DHCP 申 请 前，网卡的 IP 地址 为 0.0.0.0。（3） 客 户 端 发 送 DHCP 报 文 时 ，接 收 方 的 IP 地 址 必 须 为255.255.255.255，而 且 接 收 方 的 MAC 地 址 为 0xFF:0xFF:0xFF:0xFF:0xFF:0xFF。在 这 种 情 况 下 ，不 能 通 过 sokcet (AF_INET,SOCK_

14、DGRAM,0) 来 创 建 一 个 UDP 的 套 接 口 直 接 发 送 DHCP 报 文 ，使 用 Linux 下 数 据 链 路 访 问 接 口 来 发 送 DHCP 报 文 ，发 送 套 接 口 的 创建方式如下：int iSockSend = socket ( PF_INET,SOCK_PACKET,htons(ETH_P_ALL) ) ;DHCP 客 户 端 接 收 服 务 器 回 应 时 ，服 务 器 发 送 的 数 据 为 UDP 报 文 ，客 户 端 可 以 直 接 使 用 UDP 套 接 口 进 行 接 收 ，接 收 的 UDP 套接口创建和设置方式如下：struct s

15、ockaddr_in CliAddr;int iSockRecv = socket ( AF_INET,SOCK_DGRAM,0 ) ; CliAddr.sin_family = AF_INET;CliAddr.sin_port = htons (68) ;bind ( iSockRecv, ( struct sockaddr*) &CliAddr,sizeof(CliAddr) ) ;由 于 DHCP 服 务 器 对 客 户 端 进 行 回 应 时 ，客 户 端 还 没 有 IP 地 址 ，服 务 器 对 客 户 端 的 回 应 采 取 广 播 的 方 式 进 行 回 应 ， 所以接收的 U

16、DP 接口必须具备可以接收广播信息的属性：int o;setsockopt ( iSockRecv,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,4.1 DHCP 报文的发送DHCP 客 户 端 在 发 送 DHCP 报 文 时 ，由 于 采 用 的 Linux 下 的 数 据 链 路 访 问 接 口 ，所 以 在 发 送 时 ，要 将 DHCP 报 文 加 上 UDP 头 部 、 IP 头 部 、 以 太 网 头 部 后 发 送 出 去 ，其 过 程 如 图 3 所示 。图 1 DHCP 报文格式图3.1 DHCP 报文常用选项DHCP 报文选项是允许厂 商 定 义 的 选 项 ，以 提 供 更 多 的 设 定信息；其格式如图 2 所示 。图 2 DHCP 报 文 选项 格