DHCP Grundlagen 1. DHCP - Protokoll. Dynamic Host Configuration Protocol. DHCP Grundlagen 2. DHCP Varianten

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1 DHCP - Protokoll DHCP Grundlagen 1 Automatische Zuweisung von Netzwerkeinstellungen (Konfigurationsdaten) für Hosts durch einen DHCP-Server Bei DHCP ist keine manuelle Konfiguration der Hosts erforderlich Dynamic Host Configuration Protocol für IPv4 nach RFC 2131 Ein DHCP-Server kann Konfigurationsdaten für z.b.: IP-Adresse, Netzmaske, Gateway, DNS-Server und WINS-Server verwalten Einsatzgebiet: TCP/IP-Netzwerke (vorwiegend im LAN) Standard: RFC 2131 (1997 / erste RFC zu DHCP 1993) Erweiterung des Bootstrap Protocol (BOOTP) nach RFC 951 (1985) Bm ABS-OF DHCP - Seite 1 Bm ABS-OF DHCP - Seite 2 DHCP Grundlagen 2 DHCP ist eine Anwendung nach dem TCP/IP-Protokollstapel DHCP Varianten Automatische Zuordnung (Automatic Allocation) Für die automatischen Zuordnung wird auf dem DHCP-Server immer ein Bereich von IP-Adressen (IP-Range) konfiguriert. Jedem Client wird eine eigene IP-Adresse vergeben. Es erfolgt eine Zuordnung der vergebenen IP-Adresse zur MAC-Adresse des Clients. Ist der gesamte Adressbereich vergeben, so können keine neuen Clients eine IP-Adresse erhalten. Dynamische Zuordnung (Dynamic Allocation) - Standard In der Transportschicht wird dabei immer UDP benutzt. Quelle: Ein DHCP-Server benutzt dabei Port 67 UDP (BOOTPS) Ein DHCP-Client arbeitet mit Port 68 UDP (BOOTPC) Die dynamische Zuordnung gleicht der automatischen Zuordnung. Hier werden die IP-Adressen aber nur für eine festgelegte Zeit geleast. Auch hier erfolgt heute i.d.r. eine Zuordnung der IP-Adresse zur MAC-Adresse des Clients. Ein Client bekommt i.d.r. immer wieder die gleiche IP-Adresse zugewiesen. Manuelle Zuordnung - statisches DHCP (Manual Allocation) Server (z.b. Druckserver) und Router sollten immer mit festen IP-Adressen arbeiten. In einem DHCP-Server können Adressen für diese Geräte fest vergeben werden. Bm ABS-OF DHCP - Seite 3 Bm ABS-OF DHCP - Seite 4

2 DHCP Lease-Konzept 1 DHCP Lease-Konzept 2 Wenn ein DHCP-Client in einem Netzwerk eingeschaltet wird, so schickt er per Broadcast (IP-Adresse ) eine Anfrage an alle verfügbaren DHCP-Server (DHCPDISCOVER). Dabei teilt der Client seine eigene MAC-Adresse mit. Es werden dabei Quellport 68 (UDP) und Zielport 67 (UDP) benutzt. Ein DHCP-Server, der diese Anfrage erhält macht dem Client ein Angebot (IP-Adresse, Netzmaske,..., Leasing-Time). Bei diesem Angebot (DHCPOFFER) werden in der Transportschicht als Quellport 67 (UDP) und als Zielport 68 (UDP) benutzt. Der Client erhält unter Umständen von mehreren DHCP-Server ein Angebot. Wenn der Client sich für ein Angebot entschieden hat, fordert er den betreffenden DHCP-Server auf, ihm die angebotene IP-Adresse zuzuteilen (DHCPREQUEST). Der DHCP-Server teilt dann dem Client diese IP-Adresse für die konfigurierte Leasing-Time fest zu (DHCPACK). Der Client kann vor der Benutzung der IP-Ardesse noch mit einem ARP- Request überprüfen, ob ein anderer Host im Netz diese Adresse benutzt. Bm ABS-OF DHCP - Seite 5 Quelle: : Bm ABS-OF DHCP - Seite 6 DHCP Refresh Standardmäßig sendet ein DHCP-Client nach 50% Leasing-Time eine erneute Anfrage (DHCPREQUEST), um die bestehende Konfiguration zu erneuern. Diese Anfrage wird jetzt per Unicast verschickt. In der Regel vergibt der DHCP-Server die benutzte (alte) IP-Adresse jetzt neu. Antwortet der DHCP-Server aber nicht, so wird der Client nach 7/8 der Leasing-Time erneut versuchen eine Verlängerung der Konfigurationsdaten zu erhalten. Wenn die Leasing-Time abgelaufen ist, und der Client keine Erneuerung der Konfiguration erhalten hat, so darf die geleaste Adresse nicht mehr benutzt werden. Der gesamte Vorgang muss von vorne beginnen. DHCP Kommandos 1 DHCPDISCOVER (Entdeckung) Ein DHCP-Client ohne IP-Adresse sendet eine Nachricht an die Schicht-2-Broadcast-Adresse: FF:FF:FF:FF:FF:FF und die IPv4-Broadcastadresse: Der DHCP-Client benutzt als Quelladressen seine MAC-Adresse und die IP-Adresse: sowie UDP-Quellport 67. DHCPOFFER (Angebot) Ein DHCP-Server antwortet auf die Anfrage mit DHCPOFFER. Dabei werden die IP-Adresse und weitere Konfigurationsdaten an den DHCP-Client geschickt. Diese Nachricht wird wiederum an die Schicht-2-Broadcastadresse: FF:FF:FF:FF:FF:FF geschickt. Ziel-IP-Adresse ist die IPv4-Broadcastadresse: Damit geht die Nachricht alle Hosts im Netz. Aufgrund einer Transaction-ID wird nur der anfordernde Client die Nachricht annehmen. Ein Client kann von mehreren DHCP-Servern ein DHCPOFFER erhalten. Bm ABS-OF DHCP - Seite 7 Bm ABS-OF DHCP - Seite 8

3 DHCP Kommandos 2 DHCPREQUEST (Anfrage) Der Client sucht sich aus den Angeboten eine passende Konfiguration aus und schickt einen DHCPREQUEST per Broadcast an alle DHCP-Server. DHCPACK (Acknowledge / Bestätigung) Der entsprechende DHCP-Server überprüft ob die angefragte IP-Adresse noch frei ist und die restlichen Konfigurationsdaten noch gültig sind. Der DHCP-Server speichert dann die vergebene IP-Adresse mit der MAC-Adresse des Clients und schickt dem Client ein DHCPACK. Der Client konfiguriert mit den übergebenen Konfigurationsdaten die Netzwerkkarte. DHCPRELEASE (Freigabe) Wenn ein Client eine per DHCP vergebene IP-Adresse nicht mehr nutzen will kann er diese mit einer DHCPRELEASE-Nachricht an den Server wieder freigeben. Der Client erwartet keine Antwort vom Server und schaltet direkt danach die bisherige Konfiguration ab. Dies kann auch manuell mit dem Kommando ipconfig /release veranlasst werden. DHCP Kommandos 3 DHCPDECLINE (Ablehnung) Wenn der Client über z.b. ARP festgestellt hat, dass ein anderer Host eine angebotene IP-Adresse benutzt, so schickt er eine DHCPDECLINE-Nachricht an den DHCP-Server. DHCPNAK (negative Bestätigung) Wenn ein DHCP-Client in einem anderen Netzwerksegment neu gestartet wird, so schickt er einen DHCPREQUEST mit seinen alten Konfigurationsdaten an den DHCP-Server. Der DHCP-Server stellt fest, dass die Konfigurationsdaten im neuen Netzwerk nicht zu benutzen sind und schickt einen DHCPNAK. DHCPINFORM (Informationen anfordern) Anfrage eines Clients (auch von Nicht-DHCP-Clients) um allgemeine Konfigurationsdaten von einem DHCP-Server zu erhalten. Bm ABS-OF DHCP - Seite 9 Bm ABS-OF DHCP - Seite 10 DHCP Gesamtablauf DHCP Initialisierung > Bindung 1 Beispiel: Initialisierung, Auswahl, Anforderung und Bindung von Konfigurationsdaten mittels DHCP für einen WIN XP-Client. DHCP-Server: / 24 DHCP-Client: / 24 Adresse war bereits vorher vergeben Quelle: Bm ABS-OF DHCP - Seite 11 Bm ABS-OF DHCP - Seite 12

4 DHCP Initialisierung > Bindung 2 DHCP Initialisierung > Bindung 3 Frame 1 DHCP-DISCOVER (Auszug) Schicht2: Quelle: MAC 08:00:27:9b:b4:cc Ziel: MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff Schicht3: Quelle: IP Ziel: IP Transaction ID: 0x84206f1f Client IP address: Option: (t=53,l=1) DHCP Message Type = DHCP Discover Option: (t=116,l=1) DHCP Auto-Configuration [TODO] Option: (t=12,l=9) Host Name = "XP-Client" Der DHCP-Client (XP-Client) sendet ein DHCP-DISCOVER an: MAC: ff:ff:ff:ff:ff:ff, IP: und Port 67 (UDP). Damit werden alle DHCP-Server im lokalen Netz angesprochen. Es wird hier die Transaction ID: 0x84206f1f benutzt. Bm ABS-OF DHCP - Seite 13 Frame 2 DHCP-OFFER (Auszug) Schicht2: Quelle: MAC 08:00:27:b7:c1:c7 Ziel: MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff Schicht3: Quelle: IP Ziel: IP Schicht4: Quelle: Port 67 (UDP) Ziel: Port 68 (UDP) Message type: Boot Reply (2) Der DHCP-Server (abs-of.lokal) sendet ein Transaction ID: 0x84206f1f DHCP-OFFER an: MAC: ff:ff:ff:ff:ff:ff, Client IP address: IP: und Port 68 (UDP). Your (client) IP address: Die Nachricht geht an alle Hosts im Netz. Next server IP address: Aufgrund der Transaction ID: 0x84206f1f Option: (t=53,l=1) DHCP Message Type = DHCP Offer nimmt nur der anfordende Host diese Option: (t=1,l=4) Subnet Mask = Nachricht an. Option: (t=58,l=4) Renewal Time Value = 3 days Es werden Konfigurationsdaten wie: Option: (t=59,l=4) Rebinding Time Value = 5 days, 6 hours IP-Adresse, Subnet Mask, Renewal Time Option: (t=51,l=4) IP Address Lease Time = 6 days Value, IP Address Lease Time, DHCP Server Option: (t=15,l=13) Domain Name = "abs-of.lokal Identifier, Domain Name und Domain Name Option: (t=6,l=4) Domain Name Server = Server mitgeschickt. Bm ABS-OF DHCP - Seite 14 DHCP Initialisierung > Bindung 4 DHCP Initialisierung > Bindung 5 Frame 3 DHCP-REQUEST (Auszug) Schicht2: Quelle: MAC 08:00:27:9b:b4:cc Ziel: MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff Schicht3: Quelle: IP Ziel: IP Transaction ID: 0x84206f1f Client IP address: Option: (t=53,l=1) DHCP Message Type = DHCP Request Option: (t=50,l=4) Requested IP Address = Option: (t=12,l=9) Host Name = "XP-Client" Option: (t=55,l=11) Parameter Request List 1 = Subnet Mask 15 = Domain Name 3 = Router... Der DHCP-Client (XP-Client) sendet ein DHCP-REQUEST an: MAC: ff:ff:ff:ff:ff:ff, IP: und Port 67 (UDP). Damit werden alle DHCP-Server im lokalen Netz angesprochen. Aufgrund der Transaction ID: 0x84206f1f erkennt ein DHCP-Server im Netz, dass das Anbot ursprünglich von ihm kam. Frame 4 DHCP-ACK (Auszug) Schicht2: Quelle: MAC 08:00:27:b7:c1:c7 Ziel: MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff Schicht3: Quelle: IP Ziel: IP Schicht4: Quelle: Port 67 (UDP) Ziel: Port 68 (UDP) Message type: Boot Reply (2) Transaction ID: 0x84206f1f Your (client) IP address: Option: (t=53,l=1) DHCP Message Type = DHCP ACK Option: (t=58,l=4) Renewal Time Value = 3 days Option: (t=59,l=4) Rebinding Time Value = 5 days, 6 hours Option: (t=51,l=4) IP Address Lease Time = 6 days Option: (t=1,l=4) Subnet Mask = Option: (t=15,l=13) Domain Name = "abs-of.lokal" Option: (t=6,l=4) Domain Name Server = Der DHCP-Server ( ) hat überprüft, ob die angefragte IP-Adresse in seiner Datenbank noch frei ist und die restlichen Konfigurationsdaten noch gültig sind und schickt jetzt dem Client die Konfigurationsdaten mit einem DHCP-ACK. Bevor der Client diese Konfigurationsdaten nutzt prüft er noch per ARP (Frame 5 bis 7), ob ein anderer Host im Netz diese IP- Adresse benutzt. Bm ABS-OF DHCP - Seite 15 Bm ABS-OF DHCP - Seite 16

5 DHCP Initialisierung > Bindung 6 DHCP Release 1 Frame 5 bis7 Gratuitous ARP - unaufgefordertes ARP (Auszug) Schicht2 (MAC): Quelle: MAC 08:00:27:9b:b4:cc Ziel: MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff Schicht2 (ARP): Quelle: MAC 08:00:27:9b:b4:cc Ziel: MAC 00:00:00:00:00:00 Quelle: IP: Ziel: IP Der Client-Rechner schickt insgesamt drei unaufgeforderte ARP-Nachrichten (Gratuitous ARP) an alle Host-Rechner im LAN, um festzustellen ob ein anderer Host schon die vom DHCP-Server zugeteilte IP-Adresse benutzt. Wenn er nach drei ARP-Meldungen (zeitlicher Abstand ca. 0,4 und 1,0 Sek.) keine Antwort erhält, schaltet er die Netzwerkkarte mit den neuen Konfigurationsdaten ein. Bm ABS-OF DHCP - Seite 17 Frame 1 DHCP-RELEASE (Auszug) Schicht2: Quelle: MAC 08:00:27:9b:b4:cc Ziel: MAC 08:00:27:9b:b4:cc Schicht3: Quelle: IP Ziel: IP Transaction ID: 0xc7ea072a Client IP address: Option: (t=53,l=1) DHCP Message Type = DHCP Release Der Client ( ) schickt eine einzige Nachricht, hier ausgelöst durch: ipconfig / release an den DHCP-Server. Wenn ein Client eine per DHCP vergebene IP-Adresse nicht mehr nutzen will, kann er diese mit einer DHCPRELEASE-Nachricht an den Server wieder freigeben. Bm ABS-OF DHCP - Seite 18 DHCP Release 2 Ein WIN XP-Client erwartet keine Antwort vom DHCP-Server und schaltet direkt nach dem DHCPRELEASE die bisherige Konfiguration ab. Ein WIN7-Client versucht nach dem DHCPRELEASE über IPv6-Protokoll (hier nicht dargestellt) und über eine per Zeroconf (APIPA) vergebenen IPv4-Adresse weiter zu arbeiten. DHCP Verlängerung 1 Eine Verlängerung des DHCP-Leasings erfolgt normalerweise wenn die: IP Address Lease Time zu 50% abgelaufen ist. Diese Zeit wird auch mit dem Parameter: Renewal Time Value übergeben. Die Verlängerung / Erneuerung des DHCP-Leasings kann auch manuell mit dem Befehl: ipconfig/renew ausgelöst werden. Beispiel: Erneuerung des DHCP-Leasings nach ipconfig/renew. Bei WIN-XP und WIN7 ergibt sich der gleiche Ablauf. Bm ABS-OF DHCP - Seite 19 Bm ABS-OF DHCP - Seite 20

6 DHCP Verlängerung 2 DHCP Verlängerung 3 Wenn die Leasing-Time verringert wird (hier eine Minute), so kann auch die Verlängerung nach 50% der IP Address Lease Time beobachtet werden. Frame 1 DHCP-REQUEST (Auszug) Schicht2: Quelle: MAC 08:00:27:9b:b4:cc Ziel: MAC 08:00:27:b7:c1:c7 Schicht3: Quelle: IP Ziel: IP Transaction ID: 0x4f6a2a07 Client IP address: Client name: XP-Client.abs-of.lokal Bei einem ipconfig/renew an einem XP-Client ( ) wird ein DHCP-REQUEST an den DHCP-Server geschickt. Im Gegensatz zu einem DHCP-REQUEST bei einer Neuvergabe sind jetzt die Schicht-2- und Schicht-3-Adressen bekannt. DHCP-ACK verhält sich so wie bei einer DHCP Neuvergabe. Als IP-Adresse wird immer die alte Adresse vergeben, da im DHCP-Server die MAC-Adresse des Clients gespeichert ist. Bei WIN7 ergibt sich bezüglich DHCP der gleiche Ablauf. Bm ABS-OF DHCP - Seite 21 Nach 50% der Leasing-Time erfolgt vom Client ein DHCP-REQUEST. Der DHCP-Server antwortet dann mit einem DHCP-ACK. Jede Erneuerung erhält eine eigene Transaction-ID. Keine Unterschiede zwischen WIN-XP und WIN7. Bm ABS-OF DHCP - Seite 22 DHCP Verlängerung 4 Die Verlängerung / Erneuerung des DHCP-Leasings kann bei WIN-XP auch manuell mit der Funktion: Netzwerk reparieren ausgelöst werden. Neben dem Löschen des ARP-Caches und Erneuerung der Namensauflösung wird zweimal ein DHCP-REQUEST versandt. Der DHCP-Server antwortet jeweils mit einem DHCP-ACK. DHCP Verlängerung 5 Mit der Funktion: Problembehandlung an einem WIN7-Client wird neben dem Löschen des ARP-Caches und Erneuerung der Namensauflösung ein DHCP-INFORM versandt. Der DHCP-Server antwortet jeweils mit einem DHCP-ACK. Frame 1 DHCP-INFORM (Auszug) Schicht2: Quelle: MAC 08:00:27:e1:22:ef Ziel: MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff Schicht3: Quelle: IP Ziel: IP Transaction ID: 0xed329b41 Client IP address: Client MAC address: 08:00:27:e1:22:ef Option: (t=53,l=1) DHCP Message Type = DHCP Inform Option: (t=12,l=11) Host Name = "Win7-Client" Option: (t=55,l=13) Parameter Request List 1 = Subnet Mask 15 = Domain Name 3 = Router... Bm ABS-OF DHCP - Seite 23 Bm ABS-OF DHCP - Seite 24

7 DHCP Neuvergabe 1 Nach dem Verändern der MAC-Adresse an einem XP-Client werden die IP-Adresse und die weiteren Konfigurationsdaten neu vergeben. Da der DHCP-Server von einem neuen Client ausgeht, vergibt er jetzt auch eine neue IP-Adresse. DHCP Neuvergabe 2 Bei WIN7 wird, wenn die neu eingestellte MAC-Adresse dem DHCP-Server schon bekannt ist, nach dem DHCP-REQUEST (Frame1) ein DHCP-NAK (Frame2) geschickt und damit die im Frame1 angeforderte IP-Adresse zurückgewiesen. Anschließend beginnt die DHCP-Vergabe neu (neue Transaction-ID). Bm ABS-OF DHCP - Seite 25 Bm ABS-OF DHCP - Seite 26 DHCP Neuvergabe 3 DHCP Ausfall DHCP-Server 1 Bei Ausfall des DHCP-Servers können die DHCP- DISCOVER- Nachrichten des XP-Clients nicht mehr beantwortet werden. Frame 2 DHCP-NAK (Auszug) Schicht2: Quelle: MAC 08:00:27:b7:c1:c7 Ziel: MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff Schicht3: Quelle: IP Ziel: IP Schicht4: Quelle: Port 67 (UDP) Ziel: Port 68 (UDP) Message type: Boot Reply (2) Transaction ID: 0xe3318f58 Client MAC address: 08:00:27:01:23:45 Option: (t=53,l=1) DHCP Message Type = DHCP NAK Bm ABS-OF DHCP - Seite 27 Es werden insgesamt fünf DHCP-DISCOVER-Nachrichten in ca. 1 Minute versandt. Nach weiteren 30 Sekunden wird eine IP-Adresse aus dem APIPA-Bereich (Zeroconf) eingestellt. Bevor aktiv mit dieser Adresse gearbeitet wird, wird noch dreimal per ARP überprüft, ob ein anderer Host in diesem Netzwerk diese Adresse (hier: ) benutzt. Obwohl die APIPA-Adresse danach aktiv ist, wird noch viermal versucht einen DHCP-Server zu errreichen. Bm ABS-OF DHCP - Seite 28

8 DHCP Ausfall DHCP-Server 2 DHCP Ausfall DHCP-Server 3 Bei einem WIN7-Client wird insgesamt 6x per DHCP-REQEUST und 8x per DHCP-DISCOVER versucht bei einem DHCP-Server die alte IP-Adresse zu erhalten. Beim WIN-7-Client kann schon nach ca. 9 Sekunden mit einer APIPA-Adresse gearbeitet werden. Bm ABS-OF DHCP - Seite 29 Bm ABS-OF DHCP - Seite 30 DHCP - Protokoll Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Unvollständige und unsortierte Link-Liste zum Thema: DHCP Bm ABS-OF DHCP - Seite 31