Dynamic Host Configuration Protocol

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1 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Lehrstuhl für Informatik IV Prof. Dr. rer. nat. Otto Spaniol Dynamic Host Configuration Protocol Proseminar: Dynamic Host Configuration Protocol WS 2002/2003 Nils Gräf Matrikelnummer: Betreuung: Mesut Günes Lehrstuhl für Informatik IV, RWTH Aachen

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einführung Erklärung der Fachbegriffe BOOTP DHCP Aufbau eines DHCP-Pakets Arten der Anfragen Ablauf einer Zuordnung Leasezeiten DHCP-Relay Praktisches Beispiel Konfigurationsdatei Manuelle Zuordnung Automatische Zuordnung Dynamische Zuordnung Zusammenfassung Quellenangabe

3 1. Einführung Diese Ausarbeitung soll dem Leser das Dynamic Host Configuration Protocol näher bringen. Was ist das DHCP und warum wurde es entwickelt? Diese beiden Fragen sind die Hauptaspekte, worauf diese Arbeit eingeht. Die Motivation, die hinter diesem Protokoll steht, ist schnell beschrieben und leicht verständlich. Man stelle sich ein großes Softwareunternehmen mit mehreren tausend Rechnern vor. Dieses Netzwerk muss administriert und gut strukturiert sein. In der Zeit vor DHCP musste, sobald etwas Gravierendes im Netzwerk verändert wurde, zum Beispiel ein neuer Gateway wurde in Betrieb genommen, ein Administrator an jeden einzelnen Rechner und die Konfiguration geändert werden. In solch einem großen Unternehmen werden fast täglich neue PC s in Betrieb genommen und andere ausgetauscht. Auch hier musste jedes Mal ein Administrator die Netzwerkeinstellungen konfigurieren. Bei so vielen Rechnern wird logischerweise auch eine Unmenge von IP-Adressen benötigt. Diese sind aber im Zeitalter von IPv4 knapp. Dieses Proseminar soll dem Leser verdeutlichen, wie mit DHCP diese Probleme gelöst werden. Dazu wird erst das Prinzip von BOOTP, dem Vorgänger von DHCP, erläutert, um dann die Vorteile von DHCP aufzudecken. Anhand von Grafiken wird dann auf den zeitlichen Ablauf einer DHCP-Anfrage eingegangen und aufgezeigt, aus was ein einzelnes Paket besteht. Abgerundet wird diese Ausarbeitung dann mit einem Beispiel aus der Praxis. Gezeigt wird eine lauffähige Konfiguration, wie sie unter SuSE Linux 8.0 an einer Schule zum Einsatz kommt. Darin werden die drei verschiedenen Vergabemodi verwendet und dazu erklärt, warum der Administrator den jeweiligen Modus gewählt hat und welche Vorteile sich daraus für die Administration dieses LANs ergeben. Um diese Ausarbeitung besser verstehen zu können, steht am Anfang eine Erklärung der Fachbegriffe, die nicht als bekannt vorausgesetzt werden können. 1.1 Erklärung der Fachbegriffe Address Resolution Protokoll (ARP) Das ARP setzt eine logische Netzwerkadresse in eine Hardwareadresse um. In Netzwerken werden die physikalischen Adressen der Rechner nicht verwendet, sondern es handelt sich um eine logische Adressierung. In TCP/IP-Netzwerken handelt es sich zum Beispiel um das IP- Adresskonzept. Broadcast Wenn eine Nachricht an die Broadcast-Adresse gesendet wird, empfängt jeder angeschlossene Rechner im Netzwerk diese Nachricht. Domain Name System (DNS) Alle Rechner in einem TCP/IP-Netz werden über eine eindeutige IP-Adresse identifiziert. Diese 4 Byte lange Zahl ist kompliziert und anfällig für Tippfehler. Aus diesem Grund wurde bereits 1984 das Domain Name System (DNS) geschaffen. Es ermöglicht, Hosts über den zugehörigen Domainnamen, etwa rwth-aachen.de, zu erreichen. Das DNS ist eine verteilte Datenbank, deren zentrale Komponenten die Nameserver sind. 2

4 Hardwareadresse Jeder Netzwerkadapter bekommt bei der Herstellung eine 6 Byte lange Adresse (zumeist in hexadezimal angegeben) eingebrannt. Diese ist aufgrund von Herstellerabsprachen weltweit einmalig. Jeder Rechner ist also über diese Adresse eindeutig zu identifizieren. IPv4/IPv6 Der Unterschied dieser beiden Konzepte liegt hauptsächlich in der Länge der IP-Adresse. Im alten und derzeit noch verwendeten Standard IPv4 hat eine Adresse die Länge von 4 Byte. Eine Beispieladresse ist zum Beispiel die Aufgrund der relativ geringen Anzahl von diesen Adressen ist man nun dabei auf IPv6 zu migrieren. Bei IPv6 ist eine Adresse 16 Byte lang. Network Information System (NIS) Das Network Information System ist ein Verzeichnisdienst, der die Benutzung bestimmter Konfigurationsdateien von verschiedenen Rechnern aus ermöglicht. Insbesondere in Verbindung mit dem Network File System (NFS) wird NIS verwendet, um Benutzern netzwerkweit dieselbe Umgebung zur Verfügung zu stellen. Request For Comment (RFC) Hierbei handelt es sich um eine fortlaufend durchnummerierte Dokumentensammlung, die unter Verwaltung des Internet Architecture Board (IAB) steht. Die bestehenden Protokolle werden gemäß ihres Entwicklungsstandes und Einsatzbereiches kategorisiert. Die RFC s sind für die Entwicklung und Bewertung von Protokollen im Internet verantwortlich. Windows Internet Name Service (WINS) Vergleichbar mit dem Verfahren, das bei DNS verwendet wird, um IP-Adressen in leichter lesbarere Namen umzusetzen, stellt WINS eine Methode auf Windows-NT basierten Systemen dafür zur Verfügung. Der Hauptunterschied zwischen WINS und DNS liegt darin, dass DNS eine hierarchische Anordnung zur Verfügung stellt (die Namen können in einer baumartigen Struktur angeordnet werden). WINS stellt einen "flachen" Namensraum zur Verfügung. WINS unterscheidet sich vom Standard DNS in drei signifikanten Punkten: 1. WINS ist dynamisch. Wenn ein Microsoft-basierter Computer im Netzwerk hochgefahren wird, sendet er einen Broadcast an alle physikalisch an diesem Segment angeschlossenen Systeme. Dies ist ein dynamischer Prozess, bei dem Computer das Netzwerk betreten und wieder verlassen ohne dass eine Intervention notwendig ist. Bei DNS werden die IP-Mappings in einer Datenbank gehalten, die jemand administrieren muss. DNS stellt Anfragen über einen Requestor namens BIND, während NetBIOS über Broadcasts oder gerichtete Datagramme an den WINS-Server anfragt. 2. Ein NetBIOS Name kann nicht ohne zusätzliche Software über DNS aufgelöst werden. Microsofts DNS-Server integriert sich in seinen WINS-Service, der DNS sagt, dass er WINS als eine Art 'hosts'-datei behandeln soll. 3. Bei NetBIOS müssen Namen im ganzen Netzwerk eindeutig sein, während bei DNS mehrfache Namen (sogar in derselben Domäne) zulässig sind. 3

5 2. BOOTP Bootstrap Protocol Das Kapitel 2 ist frei nach dem Buch TCP/IP-Grundlagen von Gerhard Lienemann [3] verfasst. Es ist nur auf die nötigen Bedürfnisse zu dem eigentlichen Thema gekürzt und die Thematik sprachlich angepasst. Das BOOTP-Protokoll ist ausschließlich dazu entwickelt worden, um Boot-Vorgänge von Diskless-Workstations, also von Rechnern ohne Disketten- und Festplattenlaufwerk, zu realisieren. Mit BOOTP wird nicht das eigentliche Netzwerk-Booten sondern lediglich die Übernahme der relevanten Netzwerkdaten (z. B. der eigenen IP-Adresse) bewerkstelligt. Der Ladevorgang selber wird dann von herkömmlichen Transferprotokollen wie TFTP (Trivial File Transfer Protocol) übernommen. Der BOOTP-Client beginnt den Bootvorgang mit einem IP-Broadcast, womit er seine Hardwareadresse dem Server übermittelt. Derjenige Bootserver, dem diese Adresse bekannt ist, antwortet und schickt ihm seine IP-Adresse, den Namen vom Bootserver und den Namen des Bootfiles, welches geladen werden soll. Nach dem Ladevorgang des Bootfiles und dem Booten ist dieser Rechner ein vollwertiges Mitglied des Netzwerkes. Nach dem RFC 951 [1] kann man die Aktivitäten eines BOOTP-Clients folgendermaßen charakterisieren: Wie lautet mein Name? Die Hardwareadresse ist in einem Netzwerk letztlich für die physikalische Adressierung verantwortlich. Diese ist in der Regel auf dem ROM der Netzwerkkomponente eingebrannt, ist im Netzwerk eindeutig und wird durch einen separaten BOOTP-Vorgang vor dem Bootvorgang ausgelesen. Wie erreiche ich volle Netzwerkfähigkeit? Die Frage Wer kennt mich stellt der BOOTP-Client netzwerkweit mit einem BootP- Request. Die bereits ausgelesene Hardwareadresse ist Teil dieses Requests, wodurch der für diesen Client verantwortliche Server seinen Kunden eindeutig erkennt und ihm einen Reply sendet. Dieser Reply enthält die eigene IP-Adresse, die IP-Adresse des Servers, den Namen des Bootfiles und gegebenenfalls auch noch die IP-Adresse eines Routers. Mit dieser Basis- Konfiguration lassen sich nun auch ARP-Requests und -Replies bearbeiten, und das TFT- Protokoll kann zur Übertragung des Bootfiles verwendet werden. Wie erhalte ich die erforderliche Kommunikations-Intelligenz? Da nun alle notwendigen Informationen für den remote -Bootvorgang vorliegen, kann dieser über TFTP vorgenommen werden. Während des Ladevorganges erfolgt auch die Übernahme weiterer Netzwerkinformationen. Der Client wird initialisiert, und nach der Etablierung der Netzwerkverbindungen ist der Client einsatzbereit. 4

6 3. DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Die Möglichkeiten von BOOTP stießen schnell an ihre Grenzen, und auf Grund der technischen Entwicklung kamen neue Probleme auf. Ein Netzwerk ist lange nicht mehr so statisch wie es früher einmal war. Wie oft kommt es vor, dass z.b. auf einer Tagung jemand mit einem Notebook kommt und sich mal eben in das Intranet einloggen will? Soll dazu jedes Mal der Administrator gerufen werden, um die richtige Konfiguration des Clients vorzunehmen? In großen Unternehmen trat mit der Zeit aber auch ein anderes Problem auf. Die IP-Adressen wurden knapp. Jeder PC hatte seine eigene IP-Adresse, aber nie waren alle Rechner im Einsatz, und einige IP-Adressen lagen die meiste Zeit brach. Diese beiden Probleme waren die Hauptmotivation, um BOOTP weiterzuentwickeln. Das Ergebnis ist DHCP. Alle Funktionen von BOOTP wurden übernommen, dieselben Ports, verwendet und jeder BOOTP-Client kann mit einem DHCP-Server kommunizieren. DHCP ist nicht nur für Diskless-Workstations gedacht, sondern soll allgemein die Netzwerkkonfigurationen der Clients zentralisieren, und damit sind diese viel leichter zu administrieren. Außerdem kann DHCP die ihm zur Verfügung stehenden IP-Adressen dynamisch vergeben, so dass wirklich immer nur so viele IP-Adressen vergeben sind wie es aktive PC s im Netzwerk gibt. Insgesamt gibt es drei verschiedene Arten wie das Dynamic Host Configuration Protocol seine Clients bedienen kann. Auf diese Varianten mit ihren Vor- und Nachteilen wird in Kapitel 4 anhand eines praktischen Beispiels eingegangen. DHCP ist in dem RFC 2131 [4] festgelegt. Es gibt einige weitere RFC s, die das Verhalten von diesem Protokoll beschreiben, wie das RFC 2132 [5]. Ein Weiteres, welches erwähnt werden sollte, ist das RFC 1534 [2], welches die Interaktion zwischen BOOTP und DHCP beschreibt. Das Dynamic Host Configuration Protocol ist nur in TCP/IP-Netzwerken implementiert und dafür optimiert. Ein Einsatz in nicht IP-basierten Netzen, wie zum Beispiel Novell Netware-Netzwerke, ist aber auch gar nicht sinnvoll, da ja eine der Hauptaufgaben von DHCP das dynamische Verwalten von eben diesen IP-Adressen ist. DHCP ist aber wohl auch einer der Hauptgründe, warum IPv6 sich noch bis heute nicht weiter durchsetzen konnte. Denn die durch das große Wachstum des Internet knapp werdenden IPv4-Adressen werden nun effektiver verwendet, und ein Umstieg auf ein neues System mit mehr Adressen ist so nicht mehr ganz so dringend. Stellen Sie sich nur mal vor, es gäbe kein DHCP und jeder private PC, der mit dem Internet verbunden ist, hätte eine eigene Adresse. Leicht vorstellbar, dass da die 4 Milliarden möglichen Adressen schnell verbraucht wären. Dem Internet stehen aber ungefähr nur die Hälfte dieser Adressen zur Verfügung, da aufgrund von großen Firmen, denen Class A-Netze gehören, einige Adressen vergeben sind, aber niemals im wirklichen Gebrauch sein werden. Nach dieser Motivation wird nun die technische Umsetzung dargestellt. Begonnen wird im nächsten Abschnitt mit dem Aufbau einer einzelnen DHCP-Nachricht. 5

7 3.1 Aufbau eines DHCP-Pakets In diesem Abschnitt soll der Aufbau eines einzelnen DHCP-Message-Paketes verdeutlicht werden. Die Zahlen in den Klammern geben die Länge des jeweiligen Feldes in Bytes an. Erläuterung der einzelnen Felder: Fig. 1: Aufbau eines DHCP-Pakets Name Bytes Erklärung Op 1 Typ der Nachricht Htype 1 Art der Hardwareadresse Hlen 1 Länge der Hardwareadresse Hops 1 Anzahl der zu überwindenden Relays Xid 4 Zufallszahl, die vom Client und vom Server als Transaktions ID verwendet wird. Diese ID wird vom Client generiert. Secs 2 Zeit seit Beginn des Dialogs Flags 2 Beinhaltet ein Broadcastflag und der restliche Teil muss noch auf Null gesetzt sein. Dieser Bereich ist für Erweiterungen reserviert. Ciaddr 4 Client IP-Adresse, nur gesetzt wenn es sich um eine Erneuerung handelt z.b. bei einem Reboot Yiaddr 4 Enthält die vom Server vorgeschlagene IP-Adresse. Siaddr 4 Serveradresse, nur in DHCPOFFER und DHCPACK Giaddr 4 Enthält gegebenenfalls die IP-Adresse eines DHCP- Relays Chaddr 16 Die Hardwareadresse des Clients Sname 64 Optional der Hostname des Servers File 128 Name eines eventuellen Bootfiles Options var Optionale Parameter 6

8 3.2 Arten der Anfragen In diesem Abschnitt werden nun die verschiedenen Arten der Nachrichten in einem DHCP- Dialog zwischen Server und Client vorgestellt. Die Nachrichten sind so genannte UDP-Pakete und nutzen die Ports 67 und 68. Port 67 wird auch der DHCP-Server-Port genannt und dem entsprechend Port 68 der DHCP-Client-Port. Dies besagt, dass alle Nachrichten vom Server an den Client auf Port 68 und die Anfragen vom Client zum Server auf Port 67. DHCPDISCOVER Bei diesem Paket handelt es sich um einen Broadcast des Clients zum auffinden eines Servers. Als Absender IP-Adresse wird die (wird solange verwendet bis der PC eine IP-Adresse zugewiesen bekommen hat) und als Empfänger-IP-Adresse die (Broadcast) verwendet. DHCPOFFER Dies ist die Serverantwort auf einen DHCPDISCOVER. Darin wird eine mögliche IP-Adresse angeboten und weitere Paramter, wie z.b. ein DNS-Server können übergeben werden. Auch diese Nachricht hat als Empfänger IP-Adresse die DHCPREQUEST Dieses Paket kann drei verschiedene Verwendungen haben, die aber sehr stark zusammenhängen: (a) Bestätigung an einen der Server, dass dieser ausgewählt wurde und damit gleichzeitig auch die Absage an die anderen Server. (b) Bestätigung der vorhandenen Daten, zum Beispiel nach einem Reboot. (c) Zum Verlängern einer Leasezeit. DHCPACK Hierbei handelt es sich wieder um eine Servernachricht, die dieser zum Bestätigen der Daten eines DHCPREQUEST s sendet. DHCPNAK ist das Gegenstück zum DHCPACK. Hiermit teilt der Server dem Client mit, dass seine IP-Adresse nicht korrekt ist (z.b. weil der Client in einem neuen Subnetz ist), oder das seine Leasezeit abgelaufen ist. DHCPDECLINE Diese Nachricht ist ähnlich DHCPNAK, jedoch gibt diese Anfrage an, dass seine IP-Adresse schon verwendet wird. DHCPRELEASE Ein solches Paket wird vom Client zum Server geschickt, wenn dieser sich abmeldet und so seine IP-Adresse wieder freigibt. DHCPINFORM Dieses Paket sendet der Client dem Server um eine Konfiguration abzufragen, wenn er extern schon eine IP-Adresse zugewiesen bekommen hat. 7

9 3.3 Ablauf einer Zuordnung Fig. 2: Ze itlicher Ablauf eines DHCP-Dialogs Der Client sendet zu Beginn eines DHCP-Dialogs ein Signal, das so genannte DHCPDISCOVER. Da er selber keine IP-Adresse besitzt und er auch keine Adresse eines Servers kennt wird dieses Signal per Broadcast in das lokale Subnetz gesendet. Befinden sich in diesem Bereich ein oder mehrere DHCP-Server, so antworten alle mit einem 8

10 DHCPOFFER als Antwort. Aufgrund von Redundanz ist es gar nicht so selten, dass es nicht nur einen DHCP-Server gibt. Dieses DHCPOFFER besagt nur, hier ist ein Server, der dem anfragenden Client Dienste anbietet. Falls es also mehr als einen Server gibt, erreichen logischerweise auch mehrere Antworten den Client. Welcher Server nun ausgewählt wird, ist nicht in der RFC 2131 [4] festgelegt. Es kommt also auf die Implementierung und deren Auswahlkriterien an. In den meisten Fällen ist es jedoch so, dass nach dem FIFO-Prinzip vorgegangen wird, also die erste Antwort die den Client erreicht verwendet wird. Daraufhin sendet der Client einen DHCPREQUEST wiederum per Broadcast in sein Subnetz. Diese Nachricht enthält die IP-Adresse des ausgewählten Servers. Dieser Server sieht diese Message als Bestätigung an, alle anderen Server als Absage. Der Server wiederum bestätigt dies noch mit einem DHCPACK. Damit hat der Client seine IP-Adresse erhalten, und der Server markiert diese in seiner internen Datenbank als derzeit verwendet. Der Server überträgt noch die restlichen Parameter, wie Gateway oder DNS- Server, und der Client braucht nur noch diese Daten in seine Konfiguration eintragen und ist damit fertig für den Netzwerkbetrieb. 3.4 Leasezeiten In diesem Abschnitt beschäftigen wir uns mit den Leasezeiten und dem dazu gehörenden Mechanismus. Im letzten Abschnitt wurde erläutert, wie ein Client seine Konfiguration erhält. Diese erhält er aber bei der dynamischen Zuteilung nicht auf unbestimmte Zeit. Es wäre nicht sinnvoll eine Adresse so lange einem Client zu überlassen bis dieser sich abmeldet und damit die Adresse wieder freigibt. Wie oft saß man schon vor einem Rechner und es ging nichts mehr? Von einem Restart bekommt der Server nichts mit, so dass diese IP-Adresse nie mehr freigegeben würde. Es gibt aber auch Implementierungen von DHCP, die ein Abmelden vom Server gar nicht beinhalten. Daher hat man sich für den so genannten Leasezeitmechanismus entschlossen. Mit der Bestätigung des Servers, also mit dem DHCPACK, übersendet dieser dem Client auch die Gültigkeitsdauer dieser IP-Adresse. Der Client speichert sich zwei Werte T1 und T2, in der Regel ist T1 50% und T2 87,5% der Gesamtdauer. Es ist jedoch festgeschrieben, dass T1 kleiner als T2 und T2 kleiner der Leasezeit sein muss. Nach Ablauf von T1 beginnt der Client mit dem Versuch seine Leasezeit zu verlängern und sendet dem Server einen DHCPREQUEST. Daraufhin bekommt dieser vom Server wiederum einen DHCPACK, welcher eine neue Leasetime beinhaltet. Der Client speichert die neuen Werte T1 und T2 und der Zyklus beginnt von vorne. Dieser Mechanismus wird beendet, sobald der Client sich explizit abmeldet oder der Server keine neue Leasezeit schickt. Wenn aber der Client zwischen T1 und T2 keine neue Leasezeit empfangen hat sendet dieser zwar auch noch mal einen DHCPREQUEST, diesmal jedoch wieder an alle Server. Der Client startet eine neue Initialisierungsanfrage und bekommt eine neue IP-Adresse zugeteilt. 9

11 Fig. 3: Ablaufdiagramm zum Verlängern einer Leasezeit 10

12 3.5 DHCP-Relay Jedes etwas größere Netzwerk wird heutzutage in verschiedene Subnetze aufgeteilt. Dafür gibt es die verschiedensten Gründe. Manchmal sind es Sicherheitsaspekte, die die Administratoren, dazu veranlassen ihr Netz in kleinere Netze aufzuspalten. Es können aber auch ganz einfach unterschiedliche Bedürfnisse für verschiedene Abteilungen in einer Firma der Grund für Subnetze sein. Um diese Subnetze zu verbinden werden Router eingesetzt. Nur was passiert wenn man DHCP in einem solchen aufgesplitteten Netzwerk einsetzen will? In jedem Subnetz einen eigenen DHCP-Server aufzustellen würde den Administrationsaufwand um ein Vielfaches erhöhen. Bei Änderungen in den Netzwerkkonfigurationen zum Beispiel müsste man doch jeden Server umkonfigurieren, welches dem Sinn von DHCP, nämlich die Konfiguration zentral an einem Ort zu haben, widerspricht. Die dafür gefundene Lösung soll an dem Beispiel von Abbildung Vier erläutert werden. Fig. 4: Beispiel für DHCP-Relays mit drei verschiedenen Subnetzen 11

13 Das Beispiel demonstriert ein Netzwerk mit drei verschiedenen Subnetzen. In der Realität entspricht jeder der drei Bereiche einem separaten Raum. Bereiche eins und drei sind zwei CIP-Pools, die über DHCP verwaltet werden. Es soll auch verdeutlicht werden, dass DHCP nicht nur auf Computer beschränkt ist. Alle Geräte, die TCP/IP verstehen und eine IP-Adresse haben, können mit DHCP konfiguriert werden. In diesem Beispiel ist es ein Drucker im dritten Bereich. Bereich zwei zeigt den Serverraum. Hier ist der DHCP-Server untergebracht. Damit dieser Server auch Clients in anderen Subnetzen bedienen kann gibt es in jedem dieser einen sogenannten DHCP-Relay. Warum braucht man einen DHCP-Relay? Die Antwort ist schnell gefunden, wenn man sich noch einmal Abschnitt 3.2 ansieht. Hieraus geht hervor, dass ein Client einen Broadcast in seinem Netz abgibt. Davon würde der DHCP- Server nichts mitbekommen, da er ja in einem anderen Netz ist. Man braucht also ein Gerät, dass einen Broadcast in in das andere Netz weiterleitet. Dies ist in der Regel ein normaler DHCP-Server, der aber keine eigene Konfiguration besitzt, sondern nur entweder den nächsten Relay oder die Adresse vom eigentlichen Server kennt. Dieser Gateway ist das Bindeglied zwischen Server und Client. Er nimmt die Anfrage eines Clients entgegen, gibt diese weiter und wartet auf die Antwort des Servers, um dann dem Client seine Daten weitergeben zu können. Mit diesem Prinzip hat man es doch geschafft, die Konfiguration zentral zu halten und die Anzahl der wichtigen Server auf das Minimum zu reduzieren, welches aus Kostengründen, aber nicht in Sachen Ausfallsicherheit, anzustreben ist. 12

14 4. Praktisches Beispiel Das zuvor erlangte theoretische Wissen soll nun an einem praktischen Beispiel erklärt werden. Zum Einsatz kommt eine Konfiguration eines Kölner Gymnasiums. Die folgende Konfigurationsdatei läuft auf einem AMD Athlon XP unter SuSE Linux 8.0. Die Konfigurationsdatei des DHCP-Dämons ist in der Regel unter Linux im Verzeichnis /etc zu finden und hat den Namen dhcpd.conf. Die Beispielkonfiguration zeigt jedoch nur die manuelle Verteilung, um das Dokument originalgetreu zu belassen. Automatische und Dynamische Verteilungen werden in den beiden dazugehörigen Abschnitten mit Ausschnitten relevanter Konfigurationen erklärt. Es ist jedoch zu erwähnen, dass es auch durchaus möglich ist, verschiedene Vergabemodi gleichzeitig zu verwenden. In der Praxis findet man zum Beispiel oft den Fall, dass die manuelle Verteilung mit der dynamischen oder der automatischen kombiniert wird. Drucker zum Beispiel müssen immer dieselbe IP-Adresse haben, da sonst die Druckertreiber diesen nicht mehr finden würden. Das Chaos wäre vorprogrammiert. Man kann nun diesen Drucker entweder eine feste IP-Adresse per Hand geben, oder man nimmt hierfür die manuelle Verteilung. Die Rechner können jedoch trotzdem dynamisch ihre Daten erhalten. Man mag sich fragen, warum diese Schule überhaupt DHCP einsetzt, da es sich mit insgesamt ca. 70 Rechnern um ein kleines statisches Netz handelt. Der Mangel an IP-Adresse war sicher nicht der Grund dafür DHCP einzusetzen, was man auch schnell an der Konfiguration erkennen kann, da ja das Dynamische des DHCP s gar nicht verwendet wird. Die Motivation lag einfach und allein in der Zentralisierung der Netzwerkkonfigurationen. Jeder, der auch nur mal ein kleines Netz administriert hat, weiß wie undankbar es ist, an jeden einzelnen Rechner zu müssen, nur um eine einzige Einstellung zu ändern. Der folgende Abschnitt zeigt nun die oben erwähnte, lauffähige und kommentierte Beispielkonfiguration. 13

15 4.1 Konfigurationsdatei 01 #************************************************ 02 #* DHCP - Konfigurationsskript * 03 #* * 04 #* verwendet auf a027fs01.irmgardis * 05 #* erstellt von Nils Gräf * 06 #* am * 07 #* letzte Änderung am * 08 #************************************************ 09 # Allgemeine Konfiguration: 10 ddns-update-style interim; 11 # Servername 12 server-identifier a027fs01; 13 # Leasezeiten 14 default-lease-time ; 15 max-lease-time ; 16 # Subnetmaske 17 option subnet-mask ; 18 # Broadcastadresse 19 option broadcast-address ; 20 # Gateway 21 option routers ; 22 # DNS 23 option domain-name "irmgardis"; 24 option domain-name-servers ; 25 # WinS 26 option netbios-name-servers a027fs01.irmgardis; 27 # Nis Domain 28 option nis-domain "irmgardis"; 29 authoritative; 30 log-facility local7; 31 # Vergabe von festen Adressen an den jeweiligen PC: 32 subnet netmask { 34 } 35 # E03 36 host e03-ws01 37 { 38 hardware ethernet 00:04:75:79:8E:13; 39 fixed-address ; 40 } 41 # E04 42 host e04-ws01 43 { 44 hardware ethernet 00:50:DA:3C:E7:F5; 45 fixed-address ; 46 } 14

16 Diese Beispielkonfiguration ist in zwei Teile aufzuspalten. Die Zeilen 1-30 stellen die allgemeinen Netzwerkinformationen dar, und die Zeilen zeigen die Parameter zur manuellen Vergabe der IP-Adressen. Auf den zweiten Bereich wird im Abschnitt 4.2 eingegangen. Zeilen, die mit einer Raute beginnen, gelten als Kommentar und dienen nur zur besseren Lesbarkeit der Datei. Mit der folgenden Tabelle wird nun der erste Teil der Datei erklärt. Zeile Bedeutung 1-8 Kopf der Konfigurationsdatei 10 Gibt an, wie der DHCP den DNS updaten soll Servername Definition der Leasezeiten Subnetmask Broadcastadresse Angabe des Gateways DNS - Hier wird der Name der Domain sowie die Adresse des Servers festgelegt. Es ist darauf zu achten, dass es sich bei diesem Beispiel um denselben PC handelt WINS-Server, hier ebenfalls derselbe Rechner, dies ist aber nicht zwingend notwendig Legt den NIS-Domainnamen fest (irmgardis) 29 Macht diesen Server zu dem DHCP-Hauptserver von diesem Netz 30 Legt das Log-Level des Sytemlogs (syslog) fest Diese Werte stellen Default-Werte dar, welche, falls dies aus irgendwelchen Gründen notwendig ist, überschrieben werden können. Ein möglicher Grund wäre zum Beispiel, das ein PC über eine extra Leitung mit dem Internet verbunden werden soll und daher dieser einen anderen Gateway zugewiesen bekommen muss. 4.2 Manuelle Zuordnung Der zweite Teil dieser Beispielkonfiguration zeigt nun, wie man DHCP dazu nutzt einem Client immer dieselbe IP-Adresse zukommen zu lassen. Die Schule verwendet nur diesen Vergabemodus. Dieser ist praktisch, wenn man eine feste Anzahl an Rechnern hat und die Zahl der Rechner sich auf einem relativ geringen Niveau liegt. Die Anzahl der Rechner sollte aus mehreren Gründen nicht so hoch liegen, da man immer die Hardwareadresse bestimmen und in die Konfiguration eingeben muss; man schaue sich dazu zum Beispiel mal die Zeilen an. Hier wird einem einzelnen Rechner, nämlich dem Client e03-ws01 die IP- Adresse zugewiesen. DHCP erkennt den dazugehörigen Rechner an der Hardwareadresse, die in Zeile 39 angegeben ist. 15

17 4.3 Automatische Zuordnung subnet netmask { range ; } Die Automatische Zuordnung ist eine Zuteilung ohne zeitliche Beschränkung. Der Rechner erhält einmalig eine IP-Adresse und behält diese auf unbegrenzte Zeit. In diesem Beispiel ist der zur Verfügung stehende Pool von Adressen von bis Eine solche Zuteilung ist zum Beispiel sinnvoll, wenn es einen großen Pool von Rechnern gibt, die jeweilige IP-Adresse im Prinzip egal ist und es nur darauf ankommt, dass die IP-Adressen nicht mehrfach vergeben werden. Im Gegensatz zu der manuellen Zuordnung, die nur für kleine Netzwerke oder Subnetze sinnvoll ist, ist diese in mittelgroßen Netzwerken sinnvoll. Solange es nicht mehr Rechner gibt als IP-Adressen zur Verfügung stehen, ist diese Zuteilung die bequemste, da man die Log-Dateien nachvollziehen kann. 4.4 Dynamische Zuordnung subnet netmask { range ; default-lease-time 21600; max-lease-time 43200; } Diese Zuteilung ist das eigentliche Herz von DHCP. Die spärlich vorhandenen IP-Adressen werden effizient ausgenutzt. Die IP-Adressen werden spätestens nach Ablauf der Leasezeit neu vergeben. Es sind immer nur so viele IP-Adressen vergeben, wie Rechner in Gebrauch sind. So ist es möglich auf einen relativ kleinen IP-Bereich viele Rechner zu verwenden. Das beste Beispiel dafür sind wohl die Internetprovider. Nie sind alle Kunden gleichzeitig online, so dass es viel zu teuer wäre, für jeden eine feste IP-Adresse zu besitzen. Der größte Nachteil liegt wohl genau in diesem Detail. Man weiß nie, welche IP-Adresse gerade ein Client hat, welches das Konfigurieren einer Firewall unter Umständen unmöglich machen kann. Bei dem oben gezeigten Beispiel werden die IP-Adressen von bis vergeben. Die normale Leasezeit wird hier mit Sekunden, also 6 Stunden angegeben, die Maximale ist mit genau doppelt so groß. 16

18 5. Zusammenfassung Das Dynamic Host Configuration Protocol ist die optimale Lösung für die Probleme, welche die Motivation zur Entwicklung von diesem Protokoll darstellten. Eine effiziente Verwaltung der zur Verfügung stehenden IP-Adressen wurde mit den drei verschiedenen Vergabemodi realisiert. Die Fernkonfiguration der Clients im Netzwerkbereich wurde ebenfalls realisiert, wie man im Kapitel 4.1 sehen kann. Auf der anderen Seite werden aber auch Nachteile deutlich und aufgedeckt.. Nach einer kurzen Einführung in das Thema beschäftigt sich das zweite Kapitel mit dem Vorgänger von DHCP, dem Bootstrap Protocol (kurz BOOTP). Im dritten Kapitel, dem eigentlichen Proseminar, wird erst auf die Entwicklung von BOOTP zu DHCP und deren Motivation eingegangen. Weiterhin werden mögliche Einsatzgebiete vorgestellt. Die Problematik mit dem verzögerten Vorstoß von IPv6 aufgrund der Vorzüge von DHCP wird am Ende der Einführung in das dritte Kapitel vorgestellt. Danach wird anhand eines Schemas ein DHCP-UDP-Paket erklärt und veranschaulicht. Nachdem der Leser erfahren hat wie ein einzelnes Paket aussieht, werden die einzelnen Arten der Anfragen erläutert. Abschnitt 3.3 zeigt den Ablauf eines Dialoges zwischen einem Client und dem Server dargestellt. Der Leasezeitmechanismus ist Bestandteil des folgenden Abschnittes. Danach folgt die Erklärung von DHCP-Relay in 3.5 anhand eines Beispiels. Dieses Beispiel wird in Kapitel 4 dann fortgeführt und anhand einer Konfigurationsdatei erklärt. Auf die Vorzüge und die Arbeitsweisen der drei Vergabemodi wird abschließend genauso eingegangen wie auf deren verschiedene Einsatzmöglichkeiten. Damit wird die Darstellung von diesem wichtigen Internetprotokoll abgerundet. Arbeitsweise und Prinzipien wurden dargestellt, sowie auf die Geschichte eingegangen. 17

19 6. Quellenangabe BOOTP: [1] Bill Croft, John Gilmore, RFC 951 Bootstrap Protocol (BOOTP), September 1985, [2] R. Droms,RFC 1534 Interoperation Between DHCP and BOOTP,Oktober 1993, ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc1534.txt [3] Gerhard Lienemann, TCP/IP-Grundlagen, 1996, ISBN: DHCP: [4] R. Droms, RFC 2131 Dynamic Host Configuration Protocol, März 1997, ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc2131.txt [5] S. Alexander, R. Droms, RFC 2132 DHCP Options and BOOTP Vendor Extensions, März 1997, ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc2132.txt [6] [7] Uni Marburg, , [8] Thomas Eicker, , [9] AWi Aktuelles Wissen Verlagsgesellschaft mbh, [10] SONIK GmbH, Praktisches Beispiel: [11] Red Hat, Inc., Red Hat Linux 7.2 Handbuch, 2001, [12] SuSE AG, SuSE Linux 8.0 Handbuch, 2002 [13] Linux Manpages 18

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