Аренда ip адреса для роутера

DHCP — протокол автоматизации назначения IP-адреса клиенту. Он широко используется в современных сетях. В статье рассмотрим принципы работы, процесс DORA, основные опции и другие аспекты протокола.

Для чего нужен протокол DHCP

DHCP — протокол прикладного уровня модели TCP/IP, служит для назначения IP-адреса клиенту. Это следует из его названия — Dynamic Host Configuration Protocol. IP-адрес можно назначать вручную каждому клиенту, то есть компьютеру в локальной сети. Но в больших сетях это очень трудозатратно, к тому же, чем больше локальная сеть, тем выше возрастает вероятность ошибки при настройке. Поэтому для автоматизации назначения IP был создан протокол DHCP.

Впервые протокол был описан в 1993 году в документе RFC 1531, но с тех пор в описание вносились правки. На сегодняшний день основным документом, регламентирующим протокол, является RFC 2131. Помимо автоматизации процесса настройки IP, DHCP позволяет упростить диагностику подключения и переход из одной подсети в другую, оставляя уведомления для системного администратора в логах.

Принцип работы DHCP

Из вступления ясно, какие функции предоставляет DHCP, но по какому принципу он работает? Получение адреса проходит в четыре шага. Этот процесс называют DORA по первым буквам каждого шага: Discovery, Offer, Request, Acknowledgement.

Давайте подробнее рассмотрим DORA — принцип работы DHCP.

Протокол DHCP, получение адреса IP — DORA

Discovery, или поиск

Изначально клиент находится в состоянии инициализации (INIT) и не имеет своего IP-адреса. Поэтому он отправляет широковещательное (broadcast) сообщение DHCPDISCOVER на все устройства в локальной сети. В той же локальной сети находится DHCP-сервер. DHCP-сервер — это, например, маршрутизатор или коммутатор, существуют также выделенные DHCP-серверы.

Не всегда одну сеть обслуживает один DHCP-сервер, нередко организации устанавливают сразу несколько. Какие порты использует DHCP? Сервер всегда слушает 67 порт, ожидает широковещательное сообщение от клиента, а после его получения отправляет ответное предложение — DHCPOFFER. Клиент принимает сообщение на 68 порту.

Offer, или предложение

DHCP-сервер отвечает на поиск предложением, он сообщает IP, который может подойти клиенту. IP выделяются из области (SCOPE) доступных адресов, которая задается администратором.

Если имеются адреса, которые не должны быть назначены DHCP-сервером, область можно ограничить, указав только разрешенные адреса. Например, администратор может задать диапазон используемых IP-адресов от 192.0.0.10 до 192.0.0.254.

Бывает и так, что не все доступные адреса должны быть назначены клиентам. Например, администратор может исключить (exclude) диапазон 192.0.0.100 — 192.0.0.200 из используемой области. Такое ограничение называется исключением.

DHCP выделяет доступные IP-адреса из области только временно (об этом позже), поэтому нет гарантии, что при следующем подключении у данного клиента останется прежний IP. Но есть возможность назначить какому-либо клиенту определенный IP навсегда. К примеру, забронировать 192.0.0.10 за компьютером системного администратора. Такое сохранение IP для отдельных клиентов называют резервацией (reservation).

DHCPOFFER содержит IP из доступной области, который предлагается клиенту отправкой широковещательного (broadcast, «если вы тот, кто запрашивал IP-адрес, то доступен вот такой») или прямого (unicast, «вы запрашивали IP, предлагаю вот такой») сообщения. При этом, поскольку нужный клиент пока не имеет IP, для отправки прямого сообщения он идентифицируется по MAC-адресу.

Request, или запрос

Клиент получает DHCPOFFER, а затем отправляет на сервер сообщение DHCPREQUEST. Этим сообщением он принимает предлагаемый адрес и уведомляет DHCP-сервер об этом. Широковещательное сообщение почти полностью дублирует DHCPDISCOVER, но содержит в себе уникальный IP, выделенный сервером. Таким образом, клиент сообщает всем доступным DHCP-серверам «да, я беру этот адрес», а сервера помечают IP как занятый.

Acknowledgement, или подтверждение

Сервер получает от клиента DHCPREQUEST и окончательно подтверждает передачу IP-адреса клиенту сообщением DHCPACK. Это широковещательное или прямое сообщение утверждает не только владельца IP, но и срок, в течение которого клиент может использовать этот адрес.

Со схемой отправки сообщений разобрались, но, если в сети несколько DHCP-серверов, пославших предложение, какое из них выберет клиент? Хороший вопрос. В состоянии INIT, если клиент получает адрес впервые, он будет принимать только первое предложение IP. Однако, если клиент уже общался ранее с определенным DHCP-сервером, он отдаст предпочтение этому серверу и, наоборот, сервер выберет знакомого клиента.

Арендуйте выделенные серверы с запуском от двух минут.

Срок аренды

Когда DHCP-сервер выделяет IP из области, он оставляет запись о том, что этот адрес зарезервирован за клиентом с указанием срока действия IP. Этот срок действия называется срок аренды (lease time). Срок аренды по умолчанию выставлен на 24 часа, но может доходить до нескольких дней, недель или даже месяцев. Период задается в настройках самого сервера.

Предоставление адреса в аренду, а не на постоянной основе необходимо по нескольким причинам. Во-первых, это разумное использование IP-адресов — отключенные или вышедшие из строя клиенты не резервируют за собой адрес. Во-вторых, это гарантия того, что новые клиенты при необходимости смогут получить уникальный адрес.

После получения адреса из области, клиент берет его в аренду на время, называемое T. Клиент переходит в связанное (BOUND) состояние и продолжает нормальную работу, пока не наступит время половины срока аренды — T1.

По наступлении T1 клиент инициализирует процедуру получения нового IP или обновления адреса — состояние RENEWING. Процесс повторного получения происходит по упрощенной схеме: клиент прямым сообщением запрашивает (DHCPREQUEST), а сервер подтверждает (DHCPACK) запрос. Время аренды начинает отсчитываться заново.

Если подтверждение (DHCPACK) от сервера не поступает, клиент снова запрашивает адрес, но только когда истекает половина T1. Если запрос адреса остается без ответа второй раз, клиент отправляет еще одно сообщение, когда истекает половина от T1/2 (25% от полного срока аренды). Следующий запрос будет отправлен после истечения еще половины оставшегося времени, потом еще половины. И так далее, пока не наступит T2, которое равняется 87,5%, или 7/8 от всего времени аренды. После T2 все попытки продлить аренду IP будут широковещательными. Это значит, что, если первый сервер по какой-то причине недоступен, на запрос адреса сможет ответить любой другой, и работа не будет прервана.

Три подхода к распределению адресов

Сервер назначает IP одним из трех основных способов.

Статическое распределение (static allocation). Почти как ввод адреса на каждом компьютере вручную. Отличие в том, что системный администратор задает нужные соответствия IP для MAC-адресов клиентов на самом DHCP-сервере. IP останется за клиентом, даже если тот выйдет из сети, отключится, перейдет в новую сеть и т.п.

Автоматическое распределение (automatic allocation). Сервер закрепляет IP из области за каждым клиентом навсегда. Срок аренды не ограничен.

Динамическое распределение (dynamic allocation). DHCP-сервер назначает адрес из области на определенное время, называемое сроком аренды. Такой подход полезен, если число доступных IP ограничено. IP назначается каждому клиенту при подключении к сети и возвращается в область, как только клиент его освобождает. В таком случае IP может отличаться при каждом подключении, но обычно назначается прежний.

Особые DHCP сообщения

Кроме DORA — четырех сообщений для получения адреса — DHCP использует и другие. Давайте рассмотрим каждое.

DHCPNAK. Нередко в источниках можно встретить написание DHCPNACK, что является неправильным, так как RFC 2131 регламентирует именно NAK. DHCPNAK отправляется сервером вместо окончательного подтверждения. Такой отказ может быть отправлен клиенту, если аренда запрашиваемого IP истекла или клиент перешел в новую подсеть.

DHCPRELEASE. Клиент отправляет это сообщение, чтобы уведомить сервер об освобождении занимаемого IP. Иными словами, это досрочное окончание аренды.

DHCPINFORM. Этим сообщением клиент запрашивает у сервера локальные настройки. Отправляется, когда клиент уже получил IP, но для правильной работы ему требуется конфигурация сети. Сервер информирует клиента ответным сообщением с указанием всех запрошенных опций.

Опции DHCP

Для работы в сети клиенту требуется не только IP, но и другие параметры DHCP — например, маска подсети, шлюз по умолчанию и адрес сервера. Опции представляют собой пронумерованные пункты, строки данных, которые содержат необходимые клиенту сервера параметры конфигурации. Дадим описания некоторым опциям:

• Option 1 — маска подсети IP;
• Option 3 — основной шлюз;
• Option 6 — адрес сервера DNS (основной и резервный);
• Option 51 определяет, на какой срок IP-адрес предоставляется в аренду клиенту;
• Option 55 — список запрашиваемых опций. Клиент всегда запрашивает опции для правильной конфигурации. Отправляя сообщение с Option 55, клиент выставляет список запрашиваемых числовых кодов опций в порядке предпочтения. DHCP-сервер старается отправить ответ с опциями в том же порядке.

Option 82 — ретрансляция DHCP-сервера

Option 82 — информация об агенте ретрансляции (relay agent information). Благодаря ретранслятору клиент и сервер могут общаться, находясь в разных подсетях. По умолчанию широковещательные сообщения не могут выходить за пределы текущего широковещательного домена (подсети). Внимательный читатель скажет, что выше мы писали, как клиент отправляет широковещательное сообщение DHCPDISCOVER всем доступным DHCP-серверам. А что если в сети нет DHCP?

Предположим, широковещательные сообщения не выходят за пределы подсети компании, которая не установила DHCP-сервер. В таком случае сообщение DHCPDISCOVER должно будет пропасть, и ни один компьютер компании не сможет выйти в интернет. Однако в реальности отсутствие DHCP-сервера не мешает выходу в сеть.

Значит ли это, что широковещательные сообщения каким-то образом выходят за пределы подсети? Не совсем. За пределы подсети выходят только широковещательные DHCP-сообщения. Это становится возможным благодаря агенту ретрансляции. Обычно в его роли выступает маршрутизатор или сервер. Ретранслятор получает сообщения от клиента в своей подсети, направляют его на DHCP-сервер, который тем же образом — через ретранслятор — отправляет ответ. Так ретранслятор выступает в качестве посредника между подсетями.

Опции DHCP для загрузки PXE

Протокол DHCP позволяет загрузку компьютера без использования носителя данных. Такая загрузка происходит с сетевой карты и называется PXE (Preboot eXecution Environment). Для конфигурации сетевой загрузки LEGACY BIOS PXE используются DHCP-опции 43, 60, 66 и 67.

• Option 43 зарезервирована для обмена информацией производителей;
• Option 60 — классовый идентификатор; здесь указывается, например, PXE клиент;
• Option 66 и 67 необходимы для указания имени сервера PXE и имени файла загрузки соответственно.

Взаимодействие DHCP и DNS

Как мы упоминали выше, Option 6 — это сервер DNS. Давайте рассмотрим подробнее взаимодействие двух протоколов.

DNS (система доменных имен) отвечает за соответствие доменных имен и IP-адресов. Доменное имя — это не только адрес в интернете, например, selectel.ru, но также имя компьютера в локальной сети, например, Director PC. DNS проводит соединительную линию между IP и буквенно-числовым доменным именем компьютера или веб-сайта. DHCP занимается выделением и назначением IP из области. Очевидно, что два протокола должны тесно взаимодействовать между собой.

В статье мы уже говорили, что DHCP-сервер имеет область IP-адресов, которые допускается распределять между клиентами в сети. DNS-сервер занимается тем, что сопоставляет IP-адреса и доменные имена. Это не только имена сайтов, но и имена компьютеров в сети, (например, NetworkServer PC).

Если вы хотите создать свою локальную сеть на базе Linux, потому что это бесплатно и вы не хотите связываться Windows, то вы можете столкнуться с проблемой взаимодействия DNS и DHCP. Linux не имеет Active Directory, как в Windows, позволяющей тесно связать DHCP и DNS, избегая необходимости обращаться к клиенту каждый раз по IP. Однако способы организовать такую связь существуют и для свободной системы.

Первый вариант — настроить DHCP-сервер так, чтобы фиксировал адрес за клиентом. Второй вариант — настроить взаимодействие DHCP- и DNS- серверов. Первый вариант подходит, если область IP-адресов широкая и вы можете позволить себе фиксировать IP за каждым клиентом. Если же для вас такой метод будет расточительным, то необходимо дать двум серверам работать вместе.

Взаимодействие DHCP и DNS необходимо для того, чтобы DNS-сервер вовремя получал информацию о новом IP клиента и мог сопоставить его с именем клиента в сети. Если сервера не будет взаимодействовать, это чревато ошибками и недоступностью клиентов.

Настроить данное взаимодействие можно в четыре шага при помощи пакета dnsmasq, доступного в стандартных репозиториях Ubuntu и Debian. Мы не будем давать детальную инструкцию по осуществлению, а лишь кратко опишем каждый шаг.

Шаг 1 — конфигурация сети

В первую очередь необходимо определиться с компьютером, который будет выполнять роль сервера. Важно выбрать тот компьютер (Ubuntu Server или Ubuntu Desktop), который вы не планируете выключать слишком часто. Если после полной настройки вы решите выключить компьютер, то вся сеть тоже выключится.

Выбранному компьютеру необходимо назначить статический IP. Делается это редактированием конфигурационного файла в директории /etc/network/interfaces.

Шаг 2 — установка dnsmasq

Установите пакет dnsmasq командой из терминала:

sudo apt-get install dnsmasq -y

А затем откройте файл конфигурации /etc/dnsmasq.conf. Файл конфигурации dnsmasq очень большой, но он содержит комментарии с объяснениями того, за что отвечает каждая настройка. Чтобы добавить требуемые настройки, откройте файл и удалите решетку (#), означающую комментарий, в начале нужных строк.

Шаг 3 — настройка фаервола

Для изменения настроек фаервола можно использовать Ubuntu Uncomplicated Firewall. Используйте следующие команды:

sudo ufw allow bootps

sudo ufw allow 53/udp

sudo ufw allow 53/tcp

Шаг 4 — изменение настроек роутера

Зайдите в настройки вашего роутера из браузера, отключите DHCP для локальной сети, измените все настройки DNS так, чтобы они указывали на ваш только что настроенный сервер. Последнее действие — перезапуск сети на сервере. Для этого вы можете просто перезагрузить компьютер или использовать команды:

sudo service dnsmasq restart

sudo service network-manager restart

Недостатки протокола DHCP

DHCP имеет свои уязвимости. Основная заключается в четырех шагах, необходимых для получения IP. Процесс DORA подразумевает рассылку сообщений широковещательного типа, когда первый откликнувшийся DHCP-сервер получает возможность предложить IP из своей области. Если злоумышленник сможет использовать свой сервер, который даст самый быстрый ответ клиенту, то у него откроется возможность получить контроль над действиями пользователя в сети и нанести существенный ущерб.

Следующий недостаток — ненадежность UDP. UDP не обеспечивает гарантию доставки информации. Этот протокол допускает потери и ошибки, которые могут сказаться и на работе DHCP, в частности при PXE-загрузке.

Заключение

Мы рассмотрели основные принципы работы DHCP-серверов. Несмотря на недостатки и частые доработки, протокол DHCP широко используется в современных сетях. Также изучили процесс DORA, основные опции и другие аспекты протокола. Надеемся, эта статья оказалась вам полезна.

DHCP-сервер — до недавнего времени этот термин использовался только среди профессионалов в области информационных систем. Но с появлением интернет-маршрутизаторов практически в каждой квартире разобраться с тем, как работает DHCP, будет нелишним и для простых людей, не связанных с телекоммуникационными сетями.

Что такое DHCP

Дословно эта аббревиатура (protocol DHCP) означает Dynamic Host Configuration Protocol, что в переводе на русский язык означает «протокол динамической настройки узла». Благодаря этой технологии не требуется прописывать на каждом клиенте сетевые параметры, такие как:

• IP-адрес;
• Маска подсети;
• Основной шлюз;
• Адрес DNS-сервера.

В рамках этой статьи определим термины:

• Клиент (Client) – устройство, с которого происходит выход в интернет;
• Сервер (Server) – устройство, предоставляющее возможность выхода в интернет для клиента.

Простыми словами, DHCP выполняет всю работу по подбору сетевых настроек автоматически, без необходимости присваивать вручную каждому устройству свой IP-адрес. Это очень упрощает работу системного администратора в случае расширения сети.

Виды

Для выхода в интернет используется протокол IPv4. Для своей работы он применяет IP-адреса. IP у каждого компьютера в рамках одной сети должен быть уникальный.

Определение адресов может быть двух типов:

• Статическое (распределение вручную) – IP каждому клиенту присваивается вручную администратором сети;
• Динамическое (DHCP) – IP присваиваются автоматически исходя из заданных условий.

Принцип действия

Если то для чего нужен DHCP, понять довольно просто, то с принципом его работы нужно немного разобраться. Присвоение IP посредством DHCP выполняется в 4 действия:

• Discover (Поиск сервера). Клиент, которому нужно получить сетевой адрес, отправляет сообщение на все компьютеры в сети с запросом на присвоение ему IP. Для своей временной идентификации клиенту присваивается адрес 0.0.0.0;
• Offer (Предложение сервера). Сервер получает запрос от клиента, анализирует его и, исходя из своих настроек, подбирает конфигурацию и отправляет её клиенту;
• Request (Запрос). Получив предлагаемые настройки, клиент отправляет на адрес ответившего ему сервера запрос о предоставлении ему этих настроек;
• Acknowledge (Подтверждение). Сервер получает запрос на уже конкретные настройки, предложенные ранее, создаёт привязку для клиента и отправляет ему их.

Присвоенные настройки выдаются не навсегда, а на какое-то время. Когда срок аренды (lease time) адреса подходит к концу, клиент отправляет на сервер запрос для обновления аренды этого же адреса. Сервер получает запрос, и если никаких причин для отказа нет, обновляет аренду.

Весь этот обмен пакетами происходит в пределах одной подсети, если клиент и сервер находятся в разных подсетях, то нужно использовать DHCP Relay для связи между ними.

IP адресация

Для работы по сети любому устройству требуется IP-адрес. В протоколе IPv4 это числовой идентификатор, состоящий из 4 разрядов, каждый из которых отделяется точкой, без него устройство не может быть определено в сетевой инфраструктуре. Зачастую маршрутизатор имеет IP-адрес 192.168.1.1, а подключённое к нему устройство, например, 192.168.1.2.

Клиенту должна быть присвоена определённая маска подсети, например, 255.255.255.0. Она позволяет определить к какой сети относится данный клиент.

Для связи между интернетом и сетью в любой сети должен быть определён IP-адрес основного шлюза. В роли шлюза выступает маршрутизатор, который предоставляет доступ в сеть всем устройствам в своей сети.

Проблемы с интернетом и сетью

При использовании DHCP могут возникать некоторые проблемы с доступом в интернет:

• Дублирование IP. Когда в пределах одной сети у двух и более устройств прописан один и тот же адрес, то возникнет ошибка «Address Already in Use», что означает, что данный адрес уже используется. В этом случае нужно проверить настройки IP на всех компьютерах и изменить совпадающие. Это может быть из-за того, что на роутере установлена раздача адресов по DHCP или присвоены статические адреса некоторым устройствам, и из-за того, что неправильно задан диапазон IP, раздаваемых динамически, DHCP сервер пытается присвоить уже используемый адрес. Для решения этой проблемы можно посмотреть список клиентов DHCP и передвинуть диапазон динамических адресов далее;
• Исчерпание IP. Это означает, что пул адресов, доступных для динамической раздачи, исчерпан и его нужно расширить, чтобы новые устройства могли получать адреса.
• Неправильная настройка DHCP и клиента. В случае, если изменить на самом клиенте присвоенные ему автоматические настройки, то доступа в сеть не будет. Присваивать адреса клиентам нужно на роутере, и уже после и на клиенте.

Включение в Windows

В случае подключения компьютера напрямую к кабелю от интернет-провайдера, как правило, умения работать с DHCP не требуется. Поскольку в большинстве случаев подключение физических лиц происходит через протокол PPPoE, в котором пользователю нужно лишь создать подключение к сети и ввести там свой логин и пароль. В этом случае компьютеру будет присвоен динамический IP, который через время изменится на другой. И в этот момент пользователь не догадывается, что служба DHCP уже вовсю работает на его компьютере, и позволяет провайдеру предоставить ему любой IP.

Для настройки DHCP сервера в операционной системе Windows нужно зайти в “Центр управления сетями и общим доступом” и выбрать пункт “Изменение параметров адаптера”. В открывшемся окне нужно найти сетевую карту и в контекстном меню выбрать пункт “Свойства”, в новом окне найти пункт “IP версии 4” и нажать на кнопку “Свойства”. В открывшемся окне можно увидеть, что активны настройки получения адреса автоматически.

В случае, если провайдер предоставил вам статический IP, то это означает что для доступа в интернет устройство должно иметь строго тот адрес, который выдал провайдер, для этого в этом же окне нужно указать параметры, выданные провайдером. Проведя соответствующие настройки, вы отключите DHCP на своём компьютере и ему никто не сможет присвоить другой адрес, отличный от того, который был установлен.

Настройка на роутерах

Всё это относилось к настройкам внешнего IP, но что делать, если у пользователя стоит задача обеспечить доступом в интернет несколько устройств? В этом случае нужно использовать маршрутизатор, для настройки которого пригодится умение работать с DHCP.

В зависимости от того, какой тип подключения используется, с выделенным или динамическим IP, так же как и в случае с настройкой подключения в операционной системе, роутер получит либо динамический (DHCP), либо статический IP.

Но это ещё не всё, ведь для каждого устройства, подключённого к сети, требуется собственный адрес, уникальный только в рамках данной сети, чтобы роутер мог «понимать», как ему общаться с тем или иным устройством. Внешний адрес, уникальный в глобальной сети, у всех устройств будет точно такой же, как и у маршрутизатора, а вот с внутренними нужно будет разобраться непосредственно пользователю.

Сам роутер имеет статический внутренний IP, обычно это 192.168.1.1 или 192.168.0.1. На всех роутерах DHCP сервер активирован по умолчанию. Это сделано для того, чтобы можно было подключиться к маршрутизатору с любого устройства, роутер сам определит, какой ему присвоить адрес и даст доступ во внутреннюю сеть. Такой способ подключения клиентов очень удобен, ведь в этом случае не нужно проводить предварительную настройку каждого устройства и присваивать каждому уникальный внутренний адрес. Все новые устройства без проблем получат адреса и доступ в сеть.

Однако это может быть неудобно, если нужно управлять этими устройствами, в этом случае лучше будет отключить динамическое распределение адресов и присвоить каждому устройству свой IP. Принцип настройки DHCP-сервера на роутере разных моделей одинаков, но достигается разными путями.

Итак, всё же как включить DHCP на роутере? Если вкратце, то нужно сначала активировать работу сервера, настроить пул (диапазон адресов, которые выдаются роутером автоматически) задав начальный и конечный IP и время его аренды.

Asus

Настройка роутера этой фирмы происходит следующим образом. В левом краю web-панели есть пункт “Локальная сеть”, нажав на него, нужно выбрать вкладку DHCP-сервер. На открывшейся странице нужно отметить пункт “Да” в графе “Включить DHCP-сервер”.

Здесь можно настроить пул выдаваемых автоматически адресов и время аренды.

D-Link

Настраивать роутеры D-Link чуть сложнее, поскольку у них сильно разнятся варианты исполнения интерфейса. Но обычно пункт настройки DHCP вынесен непосредственно в основное меню на главной странице.

Здесь всё те же настройки, только выглядят несколько иначе.

TP-LINK

Параметры DHCP на устройствах TP-LINK доступны практически с главной страницы интерфейса.

В левом краю есть стэк “DHCP”. Развернув его, можно увидеть ещё три пункта, в которых можно настроить, посмотреть список клиентов и зарезервировать адреса для определённых клиентов. Для настройки нужно выбрать пункт “Настройка DHCP”. Далее нужно активировать сервер и произвести его настройку, задав интервал и время аренды.

Zyxel keenetic

Для настройки роутеров Zyxel нужно зайти в панель Администратора, затем в настройки домашней сети.

Там выбрать вкладку “Параметры IP” и поставить галочку “Включён” в пункте “Сервер DHCP”.

Netis

Настройки роутеров Netis несколько более скудные, здесь можно включить и отключить DHCP на маршрутизаторе и задать диапазон выдаваемых IP.

Попасть в эти настройки можно из стэка “Сеть”, пункт “LAN”.

Upvel

В левом стеке есть пункт “Основные настройки”, там “Интерфейс LAN”, в нём на выбор можно включить DHCP или DHCP Relay (ретранслятор в другие подсети).

Здесь можно установить диапазон адресов, срок аренды и редактировать список зарезервированных клиентов, добавлять и удалять их.

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Продолжаем изучать основы работы компьютерных сетей. Продолжаем рассматривать и разбирать протокол DHCP, на этот раз мы рассмотрим срок аренды IP-адреса в DHCP, который передается при помощи опции 51 (Option 51 IP Address Lease Time). В общем, нам нужно понять зачем нужно время аренды и как правильно настроить этот параметр в своей компьютерной сети.

9.4.1 Введение

Сразу скажу, что в DHCP-клиенты получают IP-адреса не насовсем, а на строго определенное время, которое задается на сервере, это время называется временем аренды IP-адреса или lease time. Такой механизм в DHCP необходим, поскольку было бы глупо заставлять сервер постоянно проверять: а пользуется ли клиент выданным IP-адресом? Во-первых, у сервера может быть несколько тысяч или десятков тысяч клиентов, а его ресурсы не бесконечны, во-вторых, представьте, как не экономно расходовалась бы полоса пропускания, если бы сервер проверял доступность клиентов.

В конце концов у клиента могли бы быть написаны правила безопасности, запрещающие отвечать на всевозможные проверки, например, на ping. И что тогда, сервер бы забирал ранее выданный IP-адрес и отдавал его другому клиенту? Тогда были бы конфликты IP-адресов, что не есть хорошо. Разработчики протокола DHCP решили по-другому, придумали более гибкий и в то же время надежный подход, они решили, что клиент должен получать IP-адрес на определенное время и при необходимости продлевать это время, сервер же в свою очередь, не должен выдавать IP-адрес никому другому, пока длится время аренды, как только оно закончится и не будет продлено, сервер будет вправе освободить адрес, а затем выдать его другому клиенту.

9.3.2 Зачем нужен срок аренды в DHCP и как его правильно выбрать?

Давайте начнем с того, что поговорим: зачем в протоколе DHCP нужно время аренды IP-адреса и как его правильно выбрать. А затем посмотрим на практике, как это всё работает.

9.3.2.1 Зачем нужно время аренды IP-адреса в DHCP?

Разберемся с первой частью вопроса. Все мы прекрасно понимаем, что количество IP-адресов в мире ограничено, особенно, если речь идет о протоколе IPv4. Если же говорить про локальную сеть, то здесь IP-адресов еще меньше, это будет не совсем точно, но можно сказать, что количество IP-адресов в локальной сети ограничено количеством частных IP-адресов. Кроме того, не стоит забывать и том, что мы должны выделить DHCP-серверу пул IP-адресов, чтобы сервер начал их раздавать клиентам, этот пул тоже не бесконечен.

Думаю, приведенных выше аргументов достаточно, чтобы понять важность опции время аренды в DHCP. Эта опция нужна, чтобы клиент не владел адресом до бесконечности. Ведь может возникнуть такая ситуация в сети, при которой клиента уже в ней нет, а DHCP-сервер держит ранее выданный IP-адрес за этим клиентом и никому другому его не отдает, хотя легко мог бы это сделать, и никакого конфликта бы не произошло. Как-то не экономнененько получается с учетом дефицита IP-адресов. Заставлять DHCP-сервер опрашивать своих клиентов – затея так себе, об этом я написал выше. Значит, надо сделать так, чтобы клиент не навсегда получал адрес, а на определенное время, как я уже говорил, это время называется lease time, но не подумайте, клиент ничего серверу не платит за то, чтобы получить IP-адрес, просто надо было как-то это дело назвать.

Когда время аренды будет истекать, клиент будет вправе продлить время пользования IP-адресом, а сервер может даже ему в этом отказать в некоторых случаях. Если время аренды истекло, то клиент будет обязан прекратить использование IP-адреса, дабы чего не произошло. Также клиент вправе в любой момент времени отказать от полученного IP-адреса, для этого есть специальное DHCP-сообщение DHCPREALEASE.

Бывают такие ситуации, при которых клиент отключается от сети, проходит какое-то время, за это время срок аренды истекает, а клиент вновь подключается к сети, в таком случае он попытается запросить у сервера тот IP-адрес, который был получен ранее и если этот IP-адрес будет свободен, то сервер его выдаст, если нет, то клиент получит другой IP-адрес.

В противовес бывают обратные ситуации. Клиент отключился от сети и подключился вновь, но время аренды еще не истекло, естественно, клиент сперва попытается достучаться до сервера, чтобы выполнить продление IP-адреса, если это сделать не удается, то клиент будет использовать старый IP-адрес до тех пор, пока время аренды не истечет.

В DHCP есть одно интересное сообщение, которое нигде не реализовано, его посылает сервер клиенту и называется оно DHCPFORCERENEW, этим сообщением сервер может заставить клиента отказаться от IP-адреса до истечения срока аренды, это сообщение очень сомнительно по своему функционалу, поэтому и не реализовано.

9.3.2.2 Рекомендации по выбору и настройки времени аренды в DHCP

Тут можно сказать, что рекомендаций нет и всё зависит от того, как долго клиент находится в сети, а можно сказать, что есть одна универсальная рекомендация: настраивайте время аренды IP-адреса в соответствие с потребностями пользователей вашей сети. Все станет понятно тогда, когда мы разберем с вами несколько примеров.

Для начала представим, что под нашим управлением находится ресторан быстрого питания с суточной пропускной способностью в тысячу человек человек, среднее время, которое посетитель находится в ресторане, составляет не больше 20 минут, да и не каждый посетитель хочет подключаться к нашей сети, чтобы воспользоваться халявным Интернетом. Тогда мы легко можем прийти к выводу, что для того, чтобы все были довольны, нам хватит сети с маской /25, а время аренды IP-адреса должно быть не более 20 минут, если посетитель будет пользоваться нашей сетью дольше 20 минут, то для него ничего страшного не произойдет, его устройство просто продлит время аренды.

Следующий пример. У нас есть офисная сеть с нормальным офисным планктоном, который работает пять дней в неделю по 8 часов. В нашей сети 50 сотрудников, которые раз в год уходят в отпуск на месяц и иногда болеют, все остальное время они работают. Вообще, тут напрашивается статика, но это очень лень, когда есть DHCP-сервер, поэтому смело выставляем время аренды несколько больше, чем 30 дней и берем сеть с маской /26. Все довольны.

И третий пример с выбором времени аренды. Представим себе, что мы администрируем сеть гостинцы, которая для поддержания статуса проводит в своих помещениях выставки и конференции. Первым делом нужно для себя определить следующее: посетители в гостинице есть всегда, а вот выставки – акция разовая. Поэтому будет логично иметь на DHCP-сервере, как минимум, два пула IP-адресов, один для посетителей (хотя тут вопрос спорный, можно создать по пулу на каждый этаж гостиницы), а другой пул для разовых акций, им будут пользоваться участники конференции. Размер первого пула должен быть чуть больше, чем среднее число постояльцев, это на тот случай, если будут гости, а время аренды выставлять дольше, чем на два часа не имеет смысла, поскольку посетитель в гостинице не живет постоянно. Размер второго пула зависит от числа участников, а время аренды ставить больше, чем на час, и не стоит.

Ну а что делать, если в гостинице есть важные клиенты, которые в любом случае должны иметь доступ к сети, в этом случае для таких гостей можно зарезервировать IP-адрес и не париться. Заметили, что я все время указывал сравнительно небольшие сетки, которые должен раздавать DHCP-сервер? Почему не стоит создавать большие пулы IP-адресов, даже скажу так: почему не стоит создавать пул больше, чем /24? Дело все в том, что и клиент, и сервер обычно находятся в одной канальной среде, что будет, если клиента заштормит или случится какая другая оказия, правильно, всем остальным клиентам тоже будет плохо, и они не смогут работать, а нас это не устраивает, ведь так? У нас все должны работать. А теперь представьте – каково это – искать заглючившую железку в огромной сети.

9.3.3 Истечение срока аренды IP-адреса или как DHCP-клиент делает повторный запрос?

К сожалению, тут я ничего продемонстрировать на практике не смогу, кроме опции, в которой сервер сообщает клиенту время аренды, поэтому поверьте на слово или попробуйте самостоятельно провести эксперимент на основе моего описания.

9.3.3.1 Ключевые особенности времени аренды

Ключевые особенности протокола DHCP, связанные с временем аренды мы уже перечислили ранее, но сделали это размыто, сейчас мы просто акцентируем внимание.

• любой клиент воспринимает IP-адрес, полученный по DHCP, как временный;
• срок аренды задается на DHCP-сервере администратором, не ждите, что я вам скажу какой срок используется по умолчанию, то всё зависит от желания разработчиков;
• как только срок аренды истек, клиент обязан прекратить использовать арендованный IP-адрес, ему нужно либо продлить аренду текущего, либо получить новый, но пока это происходит, старым адресом пользоваться нельзя;
• клиент вправе продлить время аренды, о том как он это может сделать, мы поговорим ниже;
• клиент может в любой момент прекратить пользоваться арендованным адресом, при этом он может сообщить об этом серверу при помощи специального сообщения (в этом случае сервер сразу же освободит IP-адрес), а может и не сообщать, тогда адрес будет освобожден сразу после окончания срока аренды;
• в DHCP есть механизм, который позволяет серверу заставить клиента освободить уже занимаемый IP-адрес, для этих целей используется сообщение DHCPFORCERENEW, но я не встречал таких реализаций;
• сервер вправе отклонить запрос клиента на продление IP-адреса, в этом случае он обязан будет послать сообщение DHCPNACK.

Эти особенности стоит помнить, при использовании протокола DHCP.

9.3.3.2 Option 51 IP Address Lease Time

Время аренды сообщает сервер клиенту, это тот процесс, за который отвечает сервер, администратор может изменить время аренды IP-адреса в любой момент. Для того, чтобы DHCP-сервер мог сообщить клиенту время аренды используется Option 51 (IP Address Lease Time). Если я всё правильно помню, то в качестве единиц измерения всегда используются секунды, ниже вы видите фрагмент дампа с сообщением DHCPOFFER, в котором сервер сообщает клиенту время, после которого IP-адрес должен быть освобожден.

Тут стоит заметить, что клиент начинает отсчет времени сразу после того, как получит подтверждение от сервера, а сервер начинает отсчет после того, как зарезервирует IP-адрес за клиентом. При этом клиенту нужно заботиться только о себе любимом, а серверу приходится следить и помнить время каждого клиента.

9.3.3.3 Как клиент продлевает время аренды IP-адреса

Срок аренды IP-адреса обычно обозначается буквой Т, но мы для ясности будем считать, что клиент арендовал адрес на 100 секунд, как только он получил этот адрес, пошел отсчет: 100, 99, 98, 97… Но что если клиенту мало 100 секунд, может он хочет побыть в сети немного подольше, снова проходить весь процесс получения IP-адреса, это долго и это broadcast, то есть неудобно. Поэтому клиент сделает попытку продлить IP-адрес, у него есть на это право по истечению половины периода времени аренды, это у нас время равное T/2 или 50 секунд для нашего случая.

Клиент будет пытаться продлить IP-адрес при помощи сообщения DHCPREQUEST, но в отличие от получения, продление отправляется как unicast с использованием IP-адреса того сервера, у которого клиент получил IP-адрес. Если DHCPREQUEST таки дошел до сервера, то он отправит в ответ DHCPACK тоже юникастом, так он сообщает клиенту, что запрос получил и с ним согласен, можно снова начинать отсчет, начиная со 100 секунд.

А что если выдавший IP-адрес сервер вышел из строя, но есть резервный сервер, как поступит клиент? Клиент в этом случае отправит еще одно unicast сообщение на основной сервер на 75-ой секунде (это для нашего случая, а вообще, попытка будет сделана по истечению половины оставшегося времени) при этом, если половина оставшегося времени от времени аренды, это позже, чем 7/8Т, то есть 87.5% времени аренды или 87.5 секунд для нашей ситуации, то следующая попытка продления IP-адреса будет широковещательная.

Как только истекло 87.5 секунд, клиент начнет отправлять DHCPREQUEST в сеть, используя broadcast адрес, чтобы его слышали все, в том числе и резервный DHCP-сервер, если он, конечно, есть. Если резервный сервер есть, то он может продлить аренду клиенту, в этом случае клиент получит DHCPACK, а может отказать клиенту в продлении, например, если у резервного сервера нет пула IP-адресов, в который попадает IP-адрес клиента. Тогда сервер отправит клиенту DHCPNACK, а клиент поймет, что нужно просить другой адрес.

Как только срок аренды IP-адреса истек, клиент обязан перестать его использовать и пытаться получить новый IP-адрес, либо запустить механизм APIPA и придумать сам себе случайный IP в надежде, что он будет такой не один.

9.3.4 Освобождение IP-адреса и получение нового адреса в ОС Windows

В завершении разговора поговорим о том, как происходит освобождения IP-адреса до истечения времени аренды и получение нового IP на компьютерах под управлением Windows 10. Для этого нам потребуется Wireshark, командная строка или эмулятор терминала и стандартная сетевая утилита ipconfig. Запускаем командую строку и для начала выполним команду ipconfig.

Вывод команды может быть большим, как простыня, все зависит от количества сетевых интерфейсов. Выше вы видите настройки интерфейса моего ПК, который получает IP-адрес от роутера по Wi-Fi. Обратите внимание на адрес и маску подсети.

Следующим шагом нужно будет запустить Wireshark и указать интерфейс, с которого будем снимать дамп трафика. В моем случае он называется «Беспроводная сеть». С него я и получил нужную информацию. Теперь в командной строке напишем ipconfig /release и посмотрим в Wireshark.

Само сообщение ничем особо не примечательно, лишь стоит выделить два момента:

1. Это сообщение клиент отправляет серверу адресно, а не как он это делал с другими сообщениями – при помощи broadcast.
2. О том, что это сообщение вынуждает сервер высвободить IP-адрес говорит нам опция 53, вернее ее содержимое.

Обратите внимание на вывод команды ipconfig ниже, после того, как я освободил IP-адрес, сработал механизм, называемый APIPA, и мой компьютер назначил сам себе IP-адрес, начинающийся на 169, сделал он это в надежде на то, что в этой подсети есть и другие устройства. То есть после ручного освобождения IP-адреса, компьютер не делает повторный запрос к DHCP-серверу.

Теперь мы хотим, чтобы клиент вновь получил IP-адрес. Нас ведь не устраивает тот, что выдал нам APIPA. Для этого напишем команду ipconfig /renew. И сразу лезем в дамп Wireshark. Тут нам уже всё знакомо.

Обратите внимание: никаких специальных сообщений для повторного получения IP-адреса нет, вся нужная информация находится в запросе DHCPDISCOVER, клиент с помощью 50 опции сообщает серверу о том, что он раньше брал IP-адрес 192.168.0.100 и хотел бы его взять снова, в данном случае сервер выдал клиенту этот адрес, так как он был свободен.

Вы должны были обратить внимание на то, что в дампе не было подтверждения от сервера о том, что он получил сообщение RELEASE, такого подтверждения просто нет в природе, так как оно и не нужно, даже если по каким-то причинам DHCPRELEASE не дойдет до сервера, клиент все равно освободит IP-адрес, ему на это разрешений не нужно, ведь такое действие не приведет к конфликту, и при этом ничего страшного не произойдет, если сервер не получит RELEASE от клиента, он просто освободит IP-адрес после того, как истечет срок аренды.

9.3.5 Выводы

Как видите, мы в принципе ничего  не настраивали, не экспериментировали, но зато вскрыли целый пласт особенностей работы протокола DHCP, связанных со сроком аренды IP-адреса.