引导协议与动态主机配置

第10章引导协议与

动态主机配置协议

引导协议BOOTP（BOOTstrapProtocol）是TCP/IP协议族的应用层协议，它的主要作用是使无盘站点从服务器上获得引导信息。

动态主机配置协议DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol）是在BOOTP协议基础上发展起来的协议，它使客户机能够在TCP/IP网络上获得相关的配置信息。第10章引导协议与动态主机配置协议10.1BOOTP原理10.2BOOTP报文10.3启动配置文件10.4DHCP基本概念10.5DHCP运行方式10.6DHCP/BOOTP中继代理10.1BOOTP原理引导协议BOOTP是针对网络上无盘节点而设计的启动协议，无盘节点启动时它需要从网上获得三种信息：自己的IP地址文件服务器的IP地址可运行的初始内存印象（启动映象文件名）利用RARP只能获得自己的IP地址。BOOTP协议工作过程：1）由ROM芯片中的BOOTP启动代码启动客户机，此时客户机还没有IP地址，它便用有限广播形式以的源IP地址向网络中发出BOOTP请求，这个请求中包含了客户机网卡的MAC地址。2）网络中运行BOOTP服务的服务器接收到这个请求，根据请求中的MAC地址在BOOTP数据库中查找这个MAC的记录，如果没有此MAC的记录则不响应这个请求，如果有就将有关信息发送回客户机。返回的响应中包含的主要信息有客户机的IP地址、服务器的IP地址和启动映象文件名等信息。3）客户机根据返回信息通过TFTP服务器下载启动映象文件，并启动该文件。客户68客户68服务器67服务器67请求应答UDPUDPUDPUDP服务器67UDP被动打开BOOTP协议工作过程：BOOTP协议的实现要点如下：1）使用一个单独的包交换信息；使用超时重发机制，直到发送方收到应答信息为止。请求和应答使用相同的包字段结构格式；使用（最大可能长度的）固定长度的字段，以简化结构定义和分析的需要。2）客户端广播引导请求(bootrequest)包，其包含客户端的硬件地址，如果知道的话，还包含它的IP地址。服务器单播引导应答(bootreply)包。4）请求可以包含通用(generic)引导文件名。3）请求可以包含客户端指定的响应服务器的名称。这样客户端可以强制从一个指定的主机引导。如果一个相同的引导文件存在多种版本或服务器属于一个远距离的网络/域，客户端不必处理名称/域服务，而是由BOOTP服务器实现这种情况下的相应功能。6）某些网络拓扑可能在一个物理网上没有一个直接可以访问的TFTP服务器，BOOTP允许客户端通过使用相邻的网关从几跳外的服务器上引导。5）服务器必须有一个硬件地址和IP地址对应的数据库。此类客户端IP地址被放在引导应答的对应字段中.引导协议BOOTP的特点:返回10.1BOOTP原理1）BOOTP协议基于UDP，不和硬件直接打交道，易于实现且移植性好；

2）协议交换的信息量较大，可以充分利用硬件的能力。BOOTP与RARP的比较：返回10.1BOOTP原理两者工作模式相同，均采用请求/应答的客户--服务器方式，从而具有很大的灵活性。

BOOTP服务器是作为一个应用程序而存在的，请求/应答报文在同一个IP网络内实现，易于修改和移植。而RARP服务器存在于内核中，请求/应答报文在同一个物理网络内实现，修改和移植都很困难。相同点两者不同之处10.2BOOTP报文BOOTP报文格式

BOOTP协议有请求和应答两种报文,被封装在UDP数据报中。长度为300字节的BOOTP请求和应答的格式。300字节08162431通过转发代理的数量客户设置的随机数，对全球和应答进行匹配。客户设置的服务器启动的时间，时间超时，则启动备用服务器响应客户请求。客户IP地址：客户的IP地址，不知自己地址时，设置为全0.特定厂商区域字段由两部分组成：第一部分叫做魔饼(magiccookie)，长度为4个字节,用于定义其后面部分内容的格式（9）：第二部分是一个项目表，每个项目包含：一个长度为1字节的类型域(type)一个可选的1个字节的长度域(length)一个由长度域定义的多字节的值域(value)10.2.2BOOTP报文传输

BOOTP报文通过无连接UDP传输，其可靠性由应用程序完成。主要处理步骤：客户端传送请求客户端重传请求服务器接收引导请求客户端接收应答通过网关引导1．客户端传送引导请求客户在第一次建立数据包前，最好把整个包的缓冲区清零；这将所有的字段设置成默认状态。

IP目的地址被设置成55（广播地址）或服务器的IP地址。

IP源地址设置成客户端IP地址，如果此时客户端IP地址未知，则置为0。

UDP头使用适当的长度设置，源端口设置为BOOTP客户端端口68，目标端口设置为BOOTP服务器端口67。UDP头部

操作码字段设置成1，表示引导请求。硬件类型字段设置成所在物理网络硬件地址类型。硬件地址长度设置成硬件地址长度，例如，以太网是'6'。事务标识字段设置成一个'随机'事务ID。秒数字段设置成客户端引导开始后过去的秒数。客户IP地址字段和IP源地址值相同。客户硬件地址字段根据客户端硬件地址填写。如果客户端希望限制从一个特定服务器引导，就可以在服务器IP地址字段和服务器主机名字段中填写相应内容。BOOTP报文格式部分客户端在填写引导文件名字段时有以下几种选择：

1）设置成空，即使用默认的文件来引导。

2）这个字段也可以是一般常用的名字，例如unix。

3）这个字段还可以是具体的目录路径名字。10.2BOOTP报文2．客户端重传

BOOTP报文通过重传策略实现可靠性，主要包括时间片与重传技术。在一长段时间内没有收到应答，客户端应该重传请求。时间间隔必须仔细选择不要引起网络拥塞。BOOTP推荐延迟一个随机时间(0-4秒)，延迟算法采用二进制指数后退方法。每次重传前，客户端应该修改秒数字段。1》如果UDP目的端口不匹配BOOTP服务器端口，则丢弃数据包。2》如果服务器名字字段是空（没有指定特定的服务器），或者该字段是指定的并且匹配服务器名字或别名，继续包的处理。如果服务器名字字段是指定的，但不匹配本服务器，则有多种选择：

1）可以选择简单丢弃这个包。

2）如果通过查询服务器名字字段名称，显示其在某网络中，可以丢弃这个包，你也可以选择转发这个包到那个地址。3．服务器接收引导请求转发：检查网关地址字段。如果其值为0，填入本服务器地址或可以用来到达那个网络的网关的地址。然后转发这个包。3》如果客户端IP地址是0，那么客户端不知道自己的IP地址，此时，在本服务器的数据库中查找客户端的硬件地址。如果找到该客户端IP地址，便填入你的IP地址字段。如果没有匹配，则丢弃数据包。4》检查引导文件名字段。

1）如果客户端不关注文件名或想要默认引导文件，则这个字段是空。

2）当这个字段非空，可以将它和客户端的IP地址做为数据库的查询关键字。 如果有默认的文件或通用文件或一个匹配的指定的路径名称，就在引导文件名字段中填入选择的引导文件的指定的路径名称。如果引导文件名字段是非空并且没有匹配，那么客户端要一个本服务器没有的文件，丢弃这个包。5》检查特定厂商区域字段。如果提供一种可识别类型的数据，应该进行客户端指定的动作，并且回应要填入应答包中的特定厂商区域字段数据字段。描述类型长度值填充0子网掩码14子网掩码时间偏移24时间偏移值默认路由器3变长IP地址时间服务器4变长IP地址……表结束2556》服务器IP地址字段填入本服务器对应值。7》设置操作码字段字段为2，表示引导应答。8》UDP目的端口设置成BOOTP客户端端口。如果客户端地址非0，把包发送到那里；否则，查看网关地址，如果网关地址非0，则把包发送到网关地址。客户端丢弃以下的包：UDP相关的端口不是引导定位端口不是BOOTP引导应答不匹配客户端自己IP地址或硬件地址不匹配客户端自己发出的事务标识ID4.客户端接收应答除这些以外，客户端便收到一个成功的应答。如果客户端以前不知道自己IP地址，查询相关IP地址字段便知道自己的IP地址。侦听BOOTP引导请求广播的网关可能确定转发这些请求。转发立即开始等客户端确定的秒数字段超过某个阀值。当一个网关确定转发请求时，网关IP地址字段如果是0，它就在这个字段中加入自己的IP地址。也可以使用跳数字段来可控制包可以转发多远，每次转发应该增加跳数，以便决定何时终止转发。决定5．通过网关引导10.3启动配置文件

IP地址是IP网络上唯一标识一个接入终端最原始和最有效的标识符。

分配IP地址的方法：自协商方式用户自己静态配置管理员统一分配配置等方式更重要的是：很多终端启动时不仅需要IP地址，而且还需要动态地获取更多的启动配置信息。以协议机制工作的配置方式

BOOTP服务器上有一个关于本网络上各无盘结点的启动配置文件。

BOOTP请求的引导文件名字段中填入“UNIX”等通用名称，服务器收到请求后，从启动配置文件中查找，当找出适合于该客户硬件体系结构的启动文件名，便填入BOOTP响应中同一域，返回客户机。10.3启动配置文件

采用启动配置文件有两大优点：

1）管理员可以对客户机的引导文件进行配置。

2）方便客户机用户，使他们不必记住确切的引导文件名，也不必记住客户机的硬件结构。10.3启动配置文件

BOOTP用于相对静态环境，每个主机都有一个永久的网络连接，管理人员创建一个BOOTP配置文件来定义每个主机的BOOTP参数。在计算机经常移动和实际计算机数目超过了可获得的IP地址时，这种静态映射就不适用了。缺点解决办法DHCP协议：

DHCP协议兼容BOOTP协议。DHCP从两个方式上扩充了BOOTP：

1）DHCP可使计算机用消息获取它所需要的所有配置信息。

2）DHCP允许计算机快速动态的获取IP地址。解决办法1）自动分配：DHCP给主机指定一个永久的IP地址；

2）动态分配：主机IP地址的动态性表现在，被分配的IP地址有时间限制或自己可以明确表示放弃本地址。

3）手工分配：网络管理员按照DHCP规则，将指定IP地址分配给主机。动态分配：自动重用地址的机制。这种方法适合于临时上网用户，而且在网络的IP地址资源不是很多的时候特别有用。返回DHCP支持三种类型的地址分配：10.4DHCP基本概念

动态主机配置协议DHCP是在TCP/IP网络上使客户机获得配置信息的协议。DHCP信息包的格式是基于BOOTP包格式的。不同：标志位（1强迫服务器以广播应答） 选项变长 额外的DHCP选项：1DHCPDISCOVER客户→服务器2DHCPOFFER服务器→客户3DHCPREQUEST客户→服务器4DHCPDECLINE客户→服务器5DHCPACK服务器→客户6DHCPNAK服务器→客户7DHCPRELEASE客户→服务器8DHCPINFORM客户→服务器1．安全而可靠的设置

DHCP避免了因手工设置IP地址及子网掩码所产生的错误，同时也避免了把一个IP地址分配给多台工作站所造成的地址冲突。

2．降低了管理IP地址设置的负担使用DHCP服务器大大缩短了配置或重新配置网络中工作站所花费的时间，通过对DHCP服务器的设置可灵活的设置地址的租期。

DHCP地址租约的更新过程将有助于确定哪个客户的设置需要经常更新，且这些变更由客户机与DHCP服务器自动完成，无需网络管理员人工干预。返回使用DHCP的好处：10.5DHCP运行方式1．DHCP客户机运行机制所有支持DHCP协议并能够发起DHCP过程的终端都称之为DHCP客户机。DHCP客户机自己必须能够发出DHCPDISCOVER、DHCPREQUEST、DHCPDECLINE等报文。当DHCP客户机处于初始化状态即还没有获取IP地址的状态时，DHCP客户机将会发出一个广播的DHCPDISCOVER报文，从而开始DHCP过程。

当客户机第一次启动时它进入初始化状态INIT。为了开始获取一个IP地址，客户机先广播一个DHCPDISCOVER报文并转移到SELECTING选择状态。 由于协议是对BOOTP的扩充，客户机在一个UDP数据报中发送DHCPDISCOVER报文，UDP数据报中目的端口设为BOOTP端口即端口67。 本地网上所有DHCP服务器接收报文，那些被设计成能响应特定客户机的服务器发送DHCPOFFER报文。因此客户机可能收到零个或多个响应（DHCPOFFER）。

处于SELECTING状态时，客户机从DHCP服务器收集DHCPOFFER响应。客户机必须选择其中一个响应如第一个到达的响应，并与服务器协商租用。 客户机发送给服务器一个DHCPREQUEST报文，并进入请求状态。 服务器为确认已接受请求并开始租用，服务器响应发出一个DHCPACK报文。客户机收到确认后转移到BOUND已绑定状态，此时客户机可开始使用此地址。DHCP客户机更新租约的过程：在客户机租期达到T1(50%)时，客户机需要更新租约。1.客户机直接向提供租约的服务器发送请求，要求更新及延长现有地址的租约。2.如果DHCP服务器收到请求，它发送DHCPACK给客户机，更新客户机的租约。3.如果客户机无法与提供租约的服务器取得联系，则客户机一直等到租期达到T2(87.5%)时，客户机进入到一种重新申请的状态，它向网络上所有的DHCP服务器广播DHCPREQUEST以更新现有的地址租约。DHCP服务器行为由DHCP客户端来驱动，根据DHCP客户机请求报文发出响应报文：

1）如果收到DHCPDISCOVER报文，则从地址池中分配一个空闲IP，结合客户机请求参数，构造DHCPOFFER响应报文。2）如果收到DHCPREQUEST报文，就会根据客户机的硬件地址，查找其地址分配表，如若找到则响应DHCPACK报文，否则响应DHCPNAK报文，DHCP客户机会自动重新开始DHCP过程。2．DHCP服务器运行机制3）如果收到DHCPRELEASE报文，则会解除这个IP地址与某个DHCP客户机的绑定，等待重新分配。4）如果收到DHCPDECLINE报文，会禁用报文中