林稳章，孟 宓，崔红梅
(重庆电讯职业学院，重庆 402247)
随着5G移动通信、物联网、大数据等技术的兴起，不管是网络结构的复杂程度还是组网规模都在不断提升，因此，对于网络信息的配置也越来越复杂。网络管理人员在为电脑配置网络协议参数的过程中常因人为失误导致计算机不能正常通信。同时，由于工作、学习的需要，部分使用移动设备的用户要求能够随时加入不同的网络，但由于IP地址短缺造成部分计算机无法取得IP地址而不能上网。另外，一些用户无意或恶意的行为也会引起IP地址冲突，影响正常通信。此时就需要用到动态主机配置协议来解决上述问题。
DHCP动态主机配置协议由IETF开发设计，于1993年10月成为标准协议，其前身是BOOTP协议。当前的DHCP协议定义可以在RFC2131中找到，而基于IPv6的标准可以在RFC3315中找到。DHCP通常被应用在大型局域网络环境中，其作用是动态配置IP地址的协议，整个配置过程自动实现，终端无须设置，所有配置信息统一管理，不仅能使网络中的主机动态获得IP地址、网关地址、域名服务器等信息，还能提升地址的使用率[1]。
分配IP地址的方式有两种：一种是静态，另一种是动态。静态IP是早期网络所使用的分配方式。对于网络中的每个设备，不仅必须打开网络配置页面，手工输入IP地址、子网掩码、默认网关以及域名服务器等信息，还要确保每台设备的IP地址不能冲突。动态IP通过打开网络配置页面选择设置为自动获取IP地址，其主要优点有提高网络配置效率、减少配置工作量、减少IP地址冲突等。
DHCP采用服务器/客户端的组织架构，当它们处于同一网段时，获取IP地址的过程主要分为5个阶段。
2.1 发现阶段
客户端启动时，由于没有IP地址，需要获取一个合法的地址，此时会在本地网络内以广播方式发送Discover报文来寻找服务器。网络上所有主机都会接收到信息，但只有DHCP服务器才会做出响应、发送回应报文[2]。
2.2 提供阶段
接收到发现报文的服务器会在地址池里查找一个可用地址，同时加上相应租约期限、子网掩码、网关和域名服务器等信息，构建一个完整的Offer报文，发送给申请IP地址的客户端[3]。
2.3 选择阶段
当多台服务器向客户端发送Offer报文时，客户端通常选择第一个作为目标服务器，以广播方式回答请求信息。
2.4 确认阶段
服务器收到回答请求信息后，向客户端发送Ack确认信息，告诉客户端可以使用它所提供的IP地址。客户端收到Ack消息后，完成TCP/IP的初始化。
2.5 重新登录
当客户端下次重新接入网络时，无需发送Discover报文信息，而是直接向服务器请求发送含有上次完整配置信息的Request报文，直接获取IP地址。
3.1 案例场景及任务描述
为满足广大师生的上网需求，为了更好地统一管理，学校计划通过设置一台DHCP服务器来为整个教学区、办公区、生活区的电脑动态分配和管理地址的使用，减轻网络维护工作量，拓扑结构设计方案如图1所示。网管中心机房分别用一台思科1841路由器作为DHCP服务器和代理中继器，所有电脑数据分别通过行政楼、笃行楼和撷智楼的2950交换机汇聚到核心交换机3560上，转发给代理中继器，最后上传给网管中心机房的路由器。
任务一：3个部门的电脑能够自动获取IP网络配置信息。
任务二：校园网内部所有的电脑都可以相互访问。
任务三：所有电脑都能够访问网关中心服务器。
图1 校园网络拓扑结构
3.2 实验配置方法与步骤
步骤一：搭建网络拓扑图。通过Cisco模拟软件，根据校园网络拓扑结构搭建实验环境，注意用交叉线把网关中心服务器端口fa0/0与代理中继服务器端口fa0/1相连；
用直通线把代理中继服务器端口fa0/0与核心交换机3560端口fa0/1相连；
用直通线把核心交换机3560端口fa0/2，fa0/3和fa0/4分别与行政楼、笃行楼和撷智楼的2950交换机相连。在网络中添加9台PC机，每3台为一组，用直通线分别连接到3台2950交换机上。
步骤二：配置网关中心DHCP服务器。
Router1(config)#int Fa0/0
Router1(config-if)#no shut
Router1(config-if)#ip add 10.1.1.1 255.255.255.0
Router1(config-if)#exit
Router1(config)#ip dhcp pool LWZ
Router1(dhcp-config)#default-router 10.5.1.1
Router1(dhcp-config)#dns-server 221.5.203.98
Router1(dhcp-config)#net 10.5.1.0 255.255.255.0
Router1(dhcp-config)#exit
Router1(config)#ip dhcp excluded-address 10.5.1.2 10.5.1.100
Router1(config)#ip route 10.5.1.0 255.255.255. 0 10.1.1.10
通过以上程序命令设置，网关中心服务器配置完毕，可以在路由器特权模式下输入Show Running命令查看运行配置情况。
步骤三：配置代理中继服务器。
Router0(config)#int Fa0/0
Router0(config-if)#no shut
Router0(config-if)#ip add 10.5.1.1 255.255.255.0
Router0(config-if)#exit
Router0(config)#int Fa0/1
Router0(config-if)#no shut
Router0(config-if)#ip add 10.1.1.10 255.255.255.0
Router0(config-if)#exit
Router0(config)#int Fa0/0
Router0(config-if)#ip helper-address 10.1.1.1
通过以上程序命令设置，代理中继服务器配置完毕，同样可以通过Show Running命令查看配置情况。
3.3 系统设计的实施方案测试结果
3.3.1 3个部门电脑终端自动获取IP网络配置信息情况
将主机IP地址配置成“自动获取”之后，所有电脑都能动态获得IP地址、子网掩码、默认网关和域名服务器等相关信息，本研究仅以电脑PC1，PC4和PC7进行演示，结果与设想的内容一致，说明实验成功，满足任务一的要求，如图2所示。
图2 三部门电脑IP网络配置信息
3.3.2 校园内部电脑测试情况
从以上两个目的主机返回的测试结果显示，源主机向它们都发起了通信会话，目的主机对其都给予了应答，如图3所示。从应答时间上来看，PC4平均时间为148 ms，PC7平均时间为137 ms。网络通信状态都较为良好，没有出现丢包的现象。由此可以得出：电脑、二层交换机和三层交换机连接配置正确，内网之间的通信畅通无阻。
图3 PC1上测试PC4和PC7结果
3.3.3 内部电脑访问网关中心服务器测试情况
在网关中心服务器分别用Ping指令测试PC1，PC4和PC7，如图4所示。从测试结果可以看出，网关中心服务器Router1向10.5.1.101发送5个100字节ICMP Echos，超时为2 s：成功率为100%(5/5)，往返最小/平均/最大=52/106/127 ms；
向10.5.1.103发送5个100字节ICMP Echos，超时为2 s：成功率为100%(5/5)，往返最小/平均/最大=63/112/125 ms；
向10.5.1.102发送5个100字节ICMP Echos，超时为2 s：成功率为100%(5/5)，往返最小/平均/最大=10/104/129 ms。以上测试结果说明内部网络可以访问中心服务器。
图4 网关中心服务器测试PC1，PC4和PC7结果
文章结合计算机网络电脑主机IP信息配置使用需求，首先讲解了动态主机配置协议的作用、优点和工作原理，分析了DHCP服务器与客户端的标准交互过程中如何获取IP地址、地址续用、释放地址等问题；
其次以重庆电讯职业学院网络为例，利用思科模拟器设计仿真实验，实现了组网拓扑结构的模拟建设，并对相关网络设备进行软件配置和信号测试，解决了校园内电脑IP地址获取问题，实现了网络的互联互通。
