基于ＤＨＣＰ技术的校园网应用

　　

　　 〔摘要〕文章分析动态主机配置协议的工作流程，描述在各种三层交换机上DHCP服务器的配置过程，并提出如何禁止非法DHCP服务器的方法。

　　 〔关键词〕DHCP；IP地址；交换机；Snooping

　　 目前，校园网已成为高等学校的重要组成部分。随着校园网的扩大以及移动办公逐步要求的增加，如果仍然采用静态地址分配的方法进行IP管理，不仅使网络管理人员的工作量极大地增加，同时由于一些用户记不清自己的IP地址，在重新安装系统后乱用IP地址，造成IP地址冲突或无法正常上网，影响校园网用户的正常使用。为防止类似的事情发生，在校园网的IP地址分配可采用动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP），DHCP可自动将IP地址、掩码、网关、DNS分配给用户。
　　 DHCP服务器的搭建一般可采用两种方式。方式一：操作系统+服务器。操作系统可以是window2003、Linux、Solaris、Freebsd等，不论使用哪一种操作系统，都需要另外使用一台服务器来安装，增加网络建设投资。方式二：采用汇聚交换机自带的DHCP服务器功能，为各汇聚交换机下的计算机用户自动分配IP地址。使用汇聚交换机做DHCP服务器的好处在于：（1）节省网络建设投资，不需另外采购一台服务器作为学校的DHCP服务器；（2）使用汇聚交换机来做DHCP服务器，不容易受到病毒的影响；（3）由于汇聚交换机本身运行稳定，带来DHCP服务器的运行稳定。
　　
　　一、DHCP工作流程
　　
　　 （一）发现阶段
　　 发现阶段即DHCP客户机寻找DHCP服务器的阶段。DHCP客户机以广播方式（因为DHCP服务器的IP地址对于客户机来说是未知的）发送DHCPdiscover发现信息来寻找DHCP服务器，即向地址255.255.255.255发送特定的广播信息。网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收到这种广播信息，但只有DHCP服务器才会响应。
　　 （二）提供阶段
　　 提供阶段即DHCP服务器提供IP地址的阶段。在网络中接收到DHCPdiscover发现信息的DHCP服务器都会做出响应，它从尚未出租的IP地址中挑选一个分配给DHCP客户机，向DHCP客户机发送一个包含出租的IP地址和其他设置的DHCPoffer提供信息。
　　 （三）选择阶段
　　 选择阶段即DHCP客户机选择某台DHCP服务器提供的IP地址的阶段。如果有多台DHCP服务器向DHCP客户机发来的DHCPoffer提供信息，则DHCP客户机只接受第一个收到的DHCPoffer提供信息，然后它就以广播方式回答一个DHCPrequest请求信息，该信息中包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。之所以要以广播方式回答，是为了通知所有的DHCP服务器，它将选择某台DHCP服务器所提供的IP地址。
　　 （四）确认阶段
　　 确认阶段即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段。当DHCP服务器收到DHCP客户机回答的DHCPrequest请求信息之后，它便向DHCP客户机发送一个包含它所提供的IP地址和其他设置的DHCPack确认信息，告诉DHCP客户机可以使用它所提供的IP地址。然后DHCP客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定，另外，除DHCP客户机选中的服务器外，其他的DHCP服务器都将收回曾提供的IP地址。
　　 （五）重新登录
　　 以后DHCP客户机每次重新登录网络时，就不需要再发送DHCPdiscover发现信息了，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCPrequest请求信息。当DHCP服务器收到这一信息后，它会尝试让DHCP客户机继续使用原来的IP地址，并回答一个DHCPack确认信息。如果此IP地址已无法再分配给原来的DHCP客户机使用时（比如此IP地址已分配给其他DHCP客户机使用），则DHCP服务器给DHCP客户机回答一个DHCPnack否认信息。当原来的DHCP客户机收到此DHCPnack否认信息后，它就必须重新发送DHCPdiscover发现信息来请求新的IP地址。
　　 （六）更新租约
　　 DHCP服务器向DHCP客户机出租的IP地址一般都有一个租借期限，期满后DHCP服务器便会收回出租的IP地址。如果DHCP客户机要延长其IP租约，则必须更新其IP租约。DHCP客户机启动时和IP租约期限过一半时，DHCP客户机都会自动向DHCP服务器发送更新其IP租约的信息。
　　
　　二、DHCP配置过程及说明
　　
　　 （一）CISCO交换机 DHCP配置
　　 cisco(config)#ip dhcp excluded-address 172.17.0.200 172.17.0.253//设置不参与动态分配的保留地址；
　　 cisco(config)#ip dhcp pool aaa //设置DHCP地址池名；
　　 cisco(dhcp-config)#network 172.17.0.0 255.255.255.0 //设置动态分配的IP地址段；
　　 cisco (dhcp-config)#default-router 172.17.0.254//设置缺省网关；
　　 cisco (dhcp-config)#dns-server 202.103.224.68 221.7.128.68 //设置DNS；
　　 cisco (dhcp-config)#lease 7 //设置地址租期，以天计算。
　　 （二）中兴交换机 DHCP配置
　　 ZXR10(config)#ip dhcp server enable //启用DHCP服务；
　　 ZXR10(config)#ip dhcp server dns 202.103.224.68 221.7.128.68 //设置DNS；
　　 ZXR10(config)#ip dhcp server leasetime 10080 //设置地址租期，以分钟计算；
　　 ZXR10#vlan database
　　 ZXR10(vlan)#vlan 222//创建vlan；
　　 ZXR10(vlan)#exit
　　 ZXR10#config t
　　 ZXR10(config)#interface vlan 222//设置vlan；
　　 ZXR10(config-if)#ip address 172.17.0.254 255.255.255.0 //设置vlan的IP地址段；
　　 ZXR10(config-if)#description aaa//设置vlan名；
　　 ZXR10(config-if)#peer default ip pool aaa //指定接口使用的地址池；
　　 ZXR10(config-if)#user-interface //设置用户侧接口标志；
　　 ZXR10(config-if)#ip dhcp server gateway 172.17.0.254//设置vlan网关；
　　 （三）CISCO2621路由器+港湾BIG800 DHCP配置
　　 由于港湾BIG800生产年限较早，该设备不提供DHCP服务器功能，只有DHCP中继功能，因此，将BIG800设置为DHCP中继，用一台CISCO2621做DHCP服务器。

1.港湾交换机配置
　　 Harbour(config)# create vlan aaa //创建vlan；
　　 Harbour(config)# config vlan aaa tag 222 //设置vlan的tag值；
　　 Harbour(config)# config vlan aaa ipaddress 172.17.0.254 255.255.255.0//设置vlan的IP地址段；
　　 Harbour(config)# config dhcpr listen add aaa//设置DHCP Relay服务监听的vlan；
　　 Harbour(config)# config dhcpr targetip add 172.16.0.1//指定DHCP服务器IP；
　　 2.路由器配置
　　 dhcp-server(config)#ip dhcp pool aaa //设置DHCP地址池名；
　　 dhcp-server(dhcp-config)#network 172.17.0.0 255.255.255.0 //设置动态分配的IP地址段；
　　 dhcp-server(dhcp-config)#default-router 172.17.0.254 //设置缺省网关；
　　 dhcp-server(dhcp-config)#dns-server 202.103.224.68 221.7.128.68 //设置DNS；
　　 dhcp-server(dhcp-config)# lease 7 //设置地址租期，以天计算。
　　
　　三、禁止非法DHCP服务器的方法
　　
　　 对于某一个子网，非法的DHCP报文在该子网的传播要比合法的DHCP报文快，如在该子网内存在一台非法的DHCP服务器，用户必将先获取到非法DCHP服务器所提供的IP地址，影响用户的正常网络使用。防止非法DHCP服务器，可以通过以下几种方式进行解决。
　　 （一）接入交换机带有访问控制列表功能（Access Control Lists，ACL）
　　 RFC定义DHCP端口号：DHCP Server的UDP端口号为67，DHCP Client的UDP端口号为68。这样，我们可以通过访问控制列表，在下行端口拒约所有源端口为67，目标端口为68的UDP通过，从而达到使非法的DHCP服务器失效的作用。以CISCO2950为例，具体配置如下：
　　 switch #config t
　　 switch (config)#access-list 120 deny udp any eq 67 any eq 68
　　 switch (config)#access-list 120 permit ip any any
　　 写好访问控制列表后，将列表应用到各个下行端口。上行端口不能写入该条访问控制列表，否则该交换机下的所有计算机用户都不能获取到IP地址。
　　 （二）接入交换机带有DHCP-snooping功能
　　 DHCP Snooping技术DHCP Snooping是一种通过建立DHCP Snooping Binding数据库，过滤非信任的DHCP消息，从而保证网络安全的特性。DHCP Snooping就像是非信任的主机和DHCP服务器之间的防火墙。通过DHCP Snooping来区分连接到末端客户的非信任接口和连接到DHCP服务器或者其他交换机的受信任接口。
　　 DHCP Snooping Binding数据库包括如下信息：MAC地址、IP地址、租约时间、binding类型、VLAN ID以及来自本地非信任端口的接口信息，但不包含通过受信任端口互相连接的接口信息。在启用了DHCP Snooping的VLAN中，如果交换机收到来自非信任端口的DHCP包，交换机将对目的MAC地址和DHCP客户端的地址进行对比，如果符合则该包可以通过，否则将被丢弃掉，从而达到过滤非法DHCP服务器的目的。
　　 以CISCO3550为例，具体配置如下：
　　 switch #config t
　　 switch (config)# ip dhcp snooping//在全局模式下启用DHCP Snooping；
　　 switch (config)# ip dhcp snooping vlan 130 //在VLAN 130中启用DHCP Snooping；
　　 switch (config)# interface GigabitEthernet 0/10//进入交换机的第10口；
　　 switch (config-if)# ip dhcp snooping trust//将第20口设置为受信任端口；
　　 switch (config)# interface range GigabitEthernet 0/1-9 //其他端口；
　　 switch (config)# no ip dhcp snooping trust //将第21口 设置为不受信任端口；
　　 switch (config)# ip dhcp snooping limit rate 10 //设置每秒钟处理DHCP数据包上限。
　　 （三）接入交换机为不可网管交换机
　　 在获取到非法IP地址的计算机上，到通过arp -a命令查找到非法DHCP服务器的MAC地址，在上层可网管交换机中查找出该MAC地址是从可网管交换机的哪一个端口上行的，找到该端口下的交换机，然后在该交换机上通过逐条拔出网线的方式，查找出非法DHCP所在位置。
　　
　　四、结语
　　
　　 随着校园网的扩大以及移动办公的要求逐步增加，校园网若纯粹采取静态IP地址，将会加重网管人员的负担，引发的网络故障也多。DHCP服务作为一项简化网络配置的有效措施，在不同规模的网络中都有广泛的应用。通过应用DHCP动态分配IP地址，证明DHCP服务是非常有用和有效的，为网管人员对网络进行管理以及故障排查等提供方便，有效地促进了校园网网络环境的稳定和网络状况健康度。
　　
　　〔参考文献〕
　　〔1〕港湾网络软件配置指导手册〔Z〕.
　　〔2〕ZXR10路由器/以太网交换机命令手册〔Z〕.