章节简述：
本章概述了动态主机配置协议（DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol），这是一个用于自动管理局域网内主机IP地址、子网掩码、网关地址及DNS地址等参数的协议。DHCP不仅能够有效提升IP地址的利用率，还能提高配置效率，降低管理与维护成本。
我们将详细讲解如何在Linux系统中配置和部署dhcpd服务程序。剖析dhcpd服务程序配置文件中的每个参数的作用，并通过自动分配IP地址、绑定IP地址与MAC地址等实验，让读者直观地体验DHCP的强大功能。
14.1 动态主机地址管理协议
动态主机配置协议（DHCP）是一种基于UDP协议且仅限于在局域网内部使用的网络协议，主要应用于大型局域网环境或拥有大量移动办公设备的网络中，负责自动为局域网内的设备或网络提供商分配IP地址等网络参数，提供一站式的网络配置服务。
简单来说，DHCP就是一个让局域网内主机自动获取网络参数的服务。在图14-1所示的拓扑图中存在多台主机，如果要手动配置每台主机的网络参数会相当麻烦，日后维护起来也让人头大。而且当机房内的主机数量进一步增加时（比如有100台，甚至1000台），这个手动配置以及维护工作的工作量足以让运维人员崩溃。借助于DHCP，不仅可以为主机自动分配网络参数，还能够确保主机使用的IP地址是唯一的，更重要的是，还能为特定主机分配固定的IP地址。
DHCP应用十分广泛，无论是服务器机房还是家庭、机场、咖啡馆，都会见到它的身影。比如，本书的一位读者开了家咖啡厅，在为顾客提供香醇咖啡的同时，还为顾客免费提供无线上网服务。这样一来，顾客就能一边惬意地喝着咖啡，一边连着无线网络刷朋友圈了。但是，作为咖啡厅老板的您，肯定不希望（也没有时间）为每一位造访的顾客手动设置IP地址、子网掩码和网关地址等信息。另外，考虑到咖啡馆使用的内网网段一般为192.168.10.0/24（C类私有地址），最多可容纳200多台主机，而咖啡厅一天的客流量肯定不止200人。如果采用手动方式为他们分配IP地址，则当他们在离开咖啡厅时并不会自动释放这个IP地址，这就可能出现IP地址不够用的情况。这一方面会造成IP地址的浪费，另外一方面也增加了IP地址的管理成本。而使用DHCP，这一切都迎刃而解—老板只需安心服务好顾客，为其提供美味的咖啡；顾客通过运行DHCP的服务器自动获得上网所需的IP地址，等离开咖啡厅时IP地址将被DHCP服务器收回，以备其他顾客使用。
图14-1 DHCP协议的拓扑示意图
既然确定在今后的生产环境中肯定离不开DHCP了，那么也就有必要好好地熟悉一下DHCP涉及的常见术语了。
作用域：一个完整的IP地址段，DHCP根据作用域来管理网络的分布、IP地址的分配及其他配置参数。
超级作用域：用于管理处于同一个物理网络中的多个逻辑子网段，它包含了可以统一管理的作用域列表。
排除范围：把作用域中的某些IP地址排除，确保这些IP地址不会分配给DHCP客户端。
地址池：在定义了DHCP的作用域并应用了排除范围后，剩余的用来动态分配给客户端的IP地址范围。
租约：DHCP客户端能够使用动态分配的IP地址的时间。
预约：保证网络中的特定设备总是获取到相同的IP地址。
14.2 部署dhcpd服务程序
dhcpd是Linux系统中用于提供DHCP的服务程序。尽管DHCP的功能十分强大，但是dhcpd服务程序的配置步骤却十分简单，这也在很大程度上降低了在Linux中实现动态主机管理服务的门槛。
在确认软件仓库配置妥当之后，安装dhcpd服务程序，其软件包名称为dhcp-server：
[root@linuxprobe ~]# dnf install -y dhcp-server Updating Subscription Management repositories. Unable to read consumer identity This system is not registered to Red Hat Subscription Management. You can use subscription-manager to register. AppStream 3.1 MB/s | 3.2 kB 00:00 BaseOS 2.7 MB/s | 2.7 kB 00:00 Dependencies resolved. ======================================================================================== Package Arch Version Repository Size ======================================================================================== Installing: dhcp-server x86_64 12:4.3.6-30.el8 BaseOS 529 k Transaction Summary ======================================================================================== Install 1 Package ………………省略部分输出信息……………… Installed: dhcp-server-12:4.3.6-30.el8.x86_64 Complete!
查看dhcpd服务程序的配置文件内容：
[root@linuxprobe ~]# cat /etc/dhcp/dhcpd.conf # # DHCP Server Configuration file. # see /usr/share/doc/dhcp-server/dhcpd.conf.example # see dhcpd.conf(5) man page #
是的，您没有看错！dhcp服务程序的配置文件中【改改改】只有3行注释语句，这意味着我们需要自行编写这个文件。如果读者不知道怎么编写，可以看一下配置文件中【改改改】第2行的参考示例文件，其组成架构如图14-2所示。
图14-2 dhcpd服务程序配置文件的架构
一个标准的配置文件应该包括全局配置参数、子网网段声明、地址配置选项以及地址配置参数。其中，全局配置参数用于定义dhcpd服务程序的整体运行参数；子网网段声明用于配置整个子网段的地址属性。
考虑到dhcpd服务程序配置文件的可用参数比较多，这里挑选了最常用的参数（见表14-1），并逐一进行了简单介绍，以便为接下来的实验打好基础。
表14-1 dhcpd服务程序配置文件中常见参数及其作用
| 参数 | 作用 |
| ddns-update-style 类型 | 定义DNS服务动态更新的类型 |
| allow/ignore client-updates | 允许或忽略客户端更新DNS记录 |
| default-lease-time 21600 | 设置默认的IP地址租约时间（秒） |
| max-lease-time 43200 | 设置IP地址租约的最长时间（秒） |
| option domain-name-servers 8.8.8.8 | 指定DNS服务器地址 |
| option domain-name "domain.org" | 指定DNS域名 |
| range | 定义用于分配的IP地址池 |
| option subnet-mask | 定义客户端的子网掩码 |
| option routers | 定义客户端的网关地址 |
| broadcast-address 广播地址 | 定义客户端的广播地址 |
| ntp-server IP地址 | 定义客户端的网络时间服务器（NTP） |
| nis-servers IP地址 | 定义客户端的NIS域服务器地址 |
| hardware 硬件类型 MAC地址 | 指定网卡接口的类型和MAC地址 |
| server-name 主机名 | 通知DHCP客户端DHCP服务器的主机名 |
| fixed-address IP地址 | 为指定主机分配固定的IP地址 |
| time-offset 偏移差 | 指定客户端与格林尼治时间的时差 |
14.3 自动管理IP地址
DHCP的设计初衷是为了更高效地集中管理局域网内的IP地址资源。DHCP服务器会自动把IP地址、子网掩码、网关、DNS地址等网络信息分配给有需要的客户端，而且当客户端的租约时间到期后还能自动回收所分配的IP地址，以便交给新加入的客户端。
为了让实验更有挑战性，来模拟一个真实生产环境的需求：
“机房运营部门：明天会有100名学员自带笔记本电脑来我司培训学习，请保证他们能够使用机房的本地DHCP服务器自动获取IP地址并正常上网”。
机房所用的网络地址及参数信息如表14-2所示。
表14-2 机房所用的网络地址以及参数信息
| 参数名称 | 值 |
| 默认租约时间 | 21600秒 |
| 最大租约时间 | 43200秒 |
| IP地址范围 | 192.168.10.50~192.168.10.150 |
| 子网掩码 | 255.255.255.0 |
| 网关地址 | 192.168.10.1 |
| DNS服务器地址 | 192.168.10.1 |
| 搜索域 | gulass.cn |
在了解了真实需求以及机房网络中的配置参数之后，按照表14-3来配置DHCP服务器以及客户端。
表14-3 DHCP服务器以及客户端的配置信息
| 主机类型 | 操作系统 | IP地址 |
| DHCP服务器 | RHEL 10 | 192.168.10.1 |
| DHCP客户端 | Windows 11 | DHCP自动获取地址 |
前文讲到，作用域一般是个完整的IP地址段，而地址池中的IP地址才是真正供客户端使用的，因此地址池应该小于或等于作用域的IP地址范围。另外，由于VMware Workstation虚拟机软件自带DHCP服务，为了避免与自己配置的dhcpd服务程序产生冲突，应该先按照图14-3和图14-4将虚拟机软件自带的DHCP功能关闭。
【改改改】图14-3 单击虚拟机软件的“虚拟网络编辑器”菜单
【改改改】图14-4 关闭虚拟机自带的DHCP功能
可随意开启几台客户端，准备进行验证。但是一定要注意，DHCP客户端与服务器需要处于同一种网络模式—仅主机模式（Hostonly），否则就会产生物理隔离，从而无法获取IP地址。建议开启1～3台客户端虚拟机验证一下效果就好，以免物理主机的CPU和内存的负载太高。
在确认DHCP服务器的IP地址等网络信息配置妥当后，就可以配置dhcpd服务程序了。请注意，在配置dhcpd服务程序时，配置文件中的每行参数后面都需要以分号（;）结尾，这是规定。另外，dhcpd服务程序配置文件内的参数都十分重要，因此在表14-4中罗列出了每一行参数，并对其用途进行了简单介绍。
[root@linuxprobe ~]# vim /etc/dhcp/dhcpd.conf
ddns-update-style none;
ignore client-updates;
subnet 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 {
range 192.168.10.50 192.168.10.150;
option subnet-mask 255.255.255.0;
option routers 192.168.10.1;
option domain-name "gulass.cn";
option domain-name-servers 192.168.10.1;
default-lease-time 21600;
max-lease-time 43200;
}
表14-4 dhcpd服务程序配置文件中使用的参数以及作用
| 参数 | 作用 |
| ddns-update-style none; | 设置DNS服务不自动进行动态更新 |
| ignore client-updates; | 忽略客户端更新DNS记录 |
| subnet 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 { | 作用域为192.168.10.0/24网段 |
| range 192.168.10.50 192.168.10.150; | IP地址池为192.168.10.50-150（约100个IP地址） |
| option subnet-mask 255.255.255.0; | 定义客户端默认的子网掩码 |
| option routers 192.168.10.1; | 定义客户端的网关地址 |
| option domain-name "gulass.cn"; | 定义默认的搜索域 |
| option domain-name-servers 192.168.10.1; | 定义客户端的DNS地址 |
| default-lease-time 21600; | 定义默认租约时间（单位：秒） |
| max-lease-time 43200; | 定义最大预约时间（单位：秒） |
| } | 结束符 |
在红帽认证考试以及生产环境中，都需要把配置过的dhcpd服务加入到开机启动项中，以确保当服务器下次开机后dhcpd服务依然能自动启动，并顺利地为客户端分配IP地址等信息。真心建议大家能养成“配置好服务程序，顺手加入开机启动项”的好习惯。
[root@linuxprobe ~]# systemctl start dhcpd [root@linuxprobe ~]# systemctl enable dhcpd Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/dhcpd.service → /usr/lib/systemd/system/dhcpd.service.
把dhcpd服务程序配置妥当之后就可以开启客户端来检验IP分配效果了。在日常工作中，Windows 11是主流的桌面操作系统，所以只要确保两个主机都处于同一个网络模式内，然后像如图14-5那样设置Windows系统的网络为DHCP模式，再稍等片刻即可自动获取到网卡信息了，如图14-6所示。特别方便！
【改改改】图14-5 设置网卡模式
【改改改】图14-6 自动获取到IP地址
如果是在生产环境中配置dhcpd服务，则有可能会因为DHCP没有被防火墙放行而导致失败，此时执行下面的即可：
[root@linuxprobe ~]# firewall-cmd --zone=public --permanent --add-service=dhcp success [root@linuxprobe ~]# firewall-cmd --reload success
在正常情况下，DHCP的运作会经历4个过程：请求、提供、选择和确认。当客户端顺利获得一个IP地址及相关的网络信息后，就会发送一个ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）请求给服务器。在dhcpd服务程序收到这条信息后，也不会再把这个IP地址分配给其他主机，从根源上避免了IP地址冲突的情况。
14.4 分配固定IP地址
在DHCP协议中有个术语叫“预约”，它用来确保局域网中特定的设备总是获取到固定的IP地址。换句话说，就是dhcpd服务程序会把某个IP地址私藏下来，只将其用于相匹配的特定设备。这有点像高档餐厅的预约服务，虽然客人还没有到场，但是桌子上会放个写着“已预定”的小牌子。
要想把某个IP地址与某台主机进行绑定，就需要用到这台主机的MAC地址。这个MAC地址即网卡上一串独立的标识符，具备唯一性，因此不会存在冲突的情况。在Linux系统中查看MAC地址的示例如图14-7所示，在Windows系统中查MAC地址的示例如图14-8所示。
【改改改】图14-7 在Linux系统中查看网卡MAC地址
【改改改】图14-8 在Windows系统中查看网卡MAC地址
在Linux系统或Windows系统中，都可以通过查看网络的状态来获知主机的MAC地址。在dhcpd服务程序的配置文件中，按照如下格式将IP地址与MAC地址进行绑定。
| host 主机名称 { | ||||
| hardware | ethernet | 该主机的MAC地址; | ||
| fixed-address | 欲指定的IP地址; | |||
| } |
如果不方便查看主机的MAC地址，该怎么办呢？比如，要给老板使用的主机绑定IP地址，总不能随便就去查看老板的主机信息吧。针对这种情况，这里告诉大家一个好办法。我们首先启动dhcpd服务程序，为老板的主机分配一个IP地址，这样就会在DHCP服务器本地的日志文件中保存这次的IP地址分配记录。然后查看日志文件，就能获悉主机的MAC地址了（即下面加粗的内容）。
[root@linuxprobe ~]# tail -f /var/log/messages ………………省略部分输出信息……………… Mar 22 00:28:54 linuxprobe cupsd[1206]: REQUEST gulass.cn- - "POST / HTTP/1.1" 200 183 Renew-Subscription client-error-not-found Mar 22 00:29:35 linuxprobe dhcpd[30959]: DHCPREQUEST for 192.168.10.50 from 00:0c:29:dd:f2:22 (DESKTOP-3OGV50E) via ens160 Mar 22 00:29:35 linuxprobe dhcpd[30959]: DHCPACK on 192.168.10.50 to 00:0c:29:dd:f2:22 (DESKTOP-3OGV50E) via ens160
之前刘遄老师在线下讲课时，讲完DHCP服务后总会看到有些学员在挠头。起初我很不理解，毕竟dhcpd服务程序是Linux系统中一个很简单的实验，总共就那么十几行的配置参数，大家还能写错？后来发现了原因—有些学员是以Windows系统为对象进行的IP与MAC地址的绑定实验。而在Windows系统中看到的MAC地址，其格式类似于00-0c-29-dd-f2-22，间隔符为减号（-）。但是在Linux系统中，MAC地址的间隔符则变成了冒号（:）。
[root@linuxprobe ~]# vim /etc/dhcp/dhcpd.conf
ddns-update-style none;
ignore client-updates;
subnet 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 {
range 192.168.10.50 192.168.10.150;
option subnet-mask 255.255.255.0;
option routers 192.168.10.1;
option domain-name "gulass.cn";
option domain-name-servers 192.168.10.1;
default-lease-time 21600;
max-lease-time 43200;
host linuxprobe {
hardware ethernet 00:0c:29:dd:f2:22;
fixed-address 192.168.10.88;
}
}
确认参数填写正确后就可以保存并退出配置文件，然后重启dhcpd服务程序了。
[root@linuxprobe ~]# systemctl restart dhcpd
需要说明的是，如果您刚刚为这台主机分配了IP地址，由于它的IP地址租约时间还没有到期，因此不会立即换成新绑定的IP地址。要想立即查看绑定效果，则需要重启一下客户端的网络服务，如图14-9所示。
【改改改】图14-9 重启网卡设备
然后就能看到效果了，如图14-10所示。
【改改改】图14-10 查看绑定后的网卡信息
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因读者们硬件不同或操作错误都可能导致实验配置出错，请耐心再仔细看看操作步骤吧，不要气馁~
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本章节的复习作业(答案就在问题的下一行哦，用鼠标选中即可看到的~)
1．简述DHCP的主要用途。
答：为局域网内部的设备或网络供应商自动分配IP地址等参数。
2．DHCP能够为客户端分配什么网卡资源？
答：可为客户端分配IP地址、子网掩码、网关地址以及DNS地址等信息。
3．真正供用户使用的IP地址范围是作用域还是地址池？
答：地址池，因为作用域内还会包含要排除掉的IP地址。
4．简述DHCP中“租约”的作用。
答：租约分为默认租约时间和最大租约时间，用于在租约时间到期后自动回收主机的IP地址，以免造成IP地址的浪费。
5．简述DHCP中“预约”的作用。
答：通过绑定MAC和IP地址，为指定的主机分配固定网卡信息，也可以理解成是预定服务。
6．简述DHCP中“排除范围”的作用。
答：确保排除范围内的IP地址不会被分配给客户端。
7．把IP地址与主机的什么信息绑定，就可以保证该主机一直获取到固定的IP地址？
答：主机网卡的MAC地址。
8．Windows系统中查看到的MAC地址，能直接进行绑定操作吗？
答：不行，需要将间隔符由减号（-）改为冒号（:）。
9．不能直接查看客户端信息的情况下，如何获知对方的MAC和已获得IP地址信息？
答：可在分配网卡信息后，查阅服务器本地的日志文件：“/var/log/messages”。
10．若已确认dhcpd服务已正常启动，但客户端怎样都无法获得网卡信息，常见有哪些原因？
答：常见于两台主机的网络模式不一致，物理上无法连通。也可能由防火墙导致，需手动放行下dhcp协议。
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