DHCP工作原理教学设计毕业设计.doc

Sichuan University of Media and Communications

四川传媒学院

论
文

题 目： DHCP工作原理教学设计
专 业：
班 级：
学 号：
姓 名：
指导教师：

摘要
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol），即动态主机配置协议。它是TCP/IP协议簇中的一种，通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率，避免了TCP/IP网络中地址的冲突，同时大大降低了工作负担。
把生活中的例子与DHCP原理的工作过程结合起来，并以传统的图形辅助来讲解，再以扁平化，风趣幽默的动画视频作为辅助学习，视频主要用Adobe Flash；Adobe After Effects；Adobe Premiere；Adobe PhotoShop；Adobe Audition等软件制作而成，最后采用独自完成习题的方式来检测学习理解情况。用传统的方式来详细讲解DHCP工作原理，用视频对重点知识点加深记忆。

Abstract
DHCP Chinese name is a dynamic host configuration protocol. It is a kind of TCP / IP protocol suite, is usually applied in large local area network (LAN), a major role is centralized management, IP address allocation, obtain IP address, DNS server address information to network environment host dynamics, and can promote the rate of use of address, and avoid the conflict of the TCP / IP network address, and greatly reduce the burden of work.
The life examples and DHCP principles together, and the traditional graphics aided to explain, again to flatten, humorous animation video as a supplementary learning, video is mainly used Adobe Flash; produced by Adobe After Effects; Adobe Premiere; Adobe Photoshop; Adobe Audition and software. Finally, the alone to complete the exercises to test learning and understanding of the situation. In the traditional way to explain the principle of DHCP, with video focus on knowledge points to deepen memory.

1 引入主题
传统的课程讲授，都是使用PPT等课件来作为主要讲课工具，用图形的形式表现DHCP工作原理的几个过程。一般都是理论的讲解DHCP协议，把DHCP的工作原理逻辑的划分为几个阶段，客户端请求IP，服务器回应请求，客户端选择IP，服务器确认租约，租约更新和地址释放几个阶段。分别用相应的图像来直观的展示出来。
我们把传统的辅助教学课件和视频结合在一起，来加深DHCP的理解，在欣赏的同时达到学习理解的目的。
1.1 结合生活实例
“DHCP是什么呢？说个我们生活中的例子。一个房客在网上看到房主发的租房信息，便向各个房主发送消息，想进一步了解这个房子，各个房主收到这个房客的消息后，都回复愿意与房客当面协商，房客收到回复后，在多个房主中选择自己中意的房子，并与房主签订租赁合同。我们把租房的整个过程假想为DHCP工作原理的整个过程，把房主作为DHCP服务器，把房客作为DHCP客户端。”
通过房主与房客的租房过程来引出DHCP的工作原理过程。趁热打铁，用银行办理业务的过程，再次简述DHCP的工作原理过程。
“我们把自己去银行办理业务作为DHCP工作原理的过程。而在这个简单的过程，我们把银行作为DHCP服务器，把需要办理业务的人作为DHCP网络客户端，那么整个过程就可以看做是，办理业务的人（客户端）向银行（DHCP服务器）发出申请，自己要办理业务，银行（DHCP服务器）收到你的申请，并给你一个排队号（DHCP服务器回复），你拿到排队号，等待办理业务，当银行提示到自己时，自己去业务窗口出示排队号（客户端再次发出申请），银行受理业务（DHCP服务器分配IP信息）。”
2 课程安排
2.1介绍DHCP的工作机制，服务器与客户端
DHCP的工作机制
在DHCP协议的使用中，首先必须要做的就是架设一台DHCP服务器（很多时候用该网络中的路由器充当DHCP服务器）。然后就是在相应的DHCP服务器上设置所要分配的IP地址、子网掩码等。为了保证DHCP服务器分配给客户端的IP地址可以正常使用，DHCP服务器或者客户端必须具备以下功能：
DHCP服务器：
在DHCP服务器给客户端分配IP地址时，DHCP服务器会向各个网络中的客户端发送ICMP回送请求包，并确认没有客户端作出回应。
DHCP客户端：
从DHCP服务器获得DHCP服务器分配的IP地址信息后，向相应的DHCP服务器发送ARP请求包，并确认没有应答。
在DHCP服务器进行自动分配IP地址前，做以上的操作，虽然耗费时间，却可以为IP地址分配减少一定的麻烦。
2.2 DHCP工作原理讲解
以传统的讲解为主，视频为辅，两者结合起来讲解。把DHCP工作原理逻辑的划分，结合简单的图形，并在图形上标明重要过程，展示出来更加的形象，具体。
首先，网络管理员在DHCP服务器上设置可以分配的IP地址、子网掩码以及默认路由。DHCP工作原理逻辑过程：
图 2.1 DHCP工作原理图

图 2.2 DHCP工作原理视频截图

2.3 DHCP工作原理逻辑过程
2.3.1发现阶段
DHCP客户机第一次接入到网络中，如果客户机上没有IP信息，它就会向网络发出DHCPDISCOVER数据包，因为客户端还不知道自己属于哪个网络（如同房客不知道寻找哪些房主租房子），所以为保证服务器数据能够接收到请求，数据包源地址设定为0.0.0.0，而目的地址为255.255.255.255，并且附上DHCPDISCOVER的信息，在网络中进行广播（房客向暂定的多名房主发送“想租房子”的消息）。

图 1.3 广播DHCPDISCOVER包图

图 2.4 租用请求报文阶段视频截图
2.3.2提供IP租用地址阶段
DHCP服务器提供IP地址的阶段。DHCP服务器接收到客户端的DHCPDISCOVER报文后[[1]李桂青,杨凯.基于Cisco Packet Tracer6.0的DHCP教学实验设计[J].《消费电子》,2014 ,(12)
]（房主收到了房客发的“想租房子”的消息），就从IP地址池中选择最前面的一个尚未分配的IP地址分配给客户端，向该客户端发送包含租借的IP地址和其他配置信息的DHCPOFFER包（同意租房，以及房子的相关信息一同发给房客）。

图 2.5 回复DHCPOFFER包图

图 3.6 DHCP回应IP租用提供报文阶段视频截图
2.3.3选择IP地址
客户端选择IP阶段。网段中如果存在多个DHCP服务器，这些服务器都向同一个客户端发送DHCPOFFER包[[2]何智勇,沈苏彬,毛燕琴.DHCP协议优化方案研究[J].《计算机技术与发展》2010，20(9)
]，客户端会选择最先收到的DHCPOFFER包对应的DHCP服务器，并使用该服务器分配的地址信息。然后用广播的形式向DHCP服务器发送DHCPREQUEST包回应。当其他DHCP服务器收到客户端广播的DPCPOFFER包后，会释放已经OFFER（预分配）给客户端的IP地址[[3]刘强,汪斌强,刘彩霞,赵靓.基于DH加密算法的DHCP协议设计[J].《计算机工程》2006，32(19)
]。（房客选择了多名房主，分别向他们发送了“想租房子”的消息，而每个收到这个消息的房主都回复了房客，房客收到各个房主发的房子的相关信息后，从中选择符合自己要求的房子，并向相应的房主发送消息“我准备租你的这间房子”）

图 2.7 广播DHCPQUEST包图

图 4.8 客户选择IP租用报文阶段视频截图

2.3.4 DHCP服务器确认阶段
当DHCP服务器接收到客户端发送的DHCPRQUEST包后，会向该客户端发送DHCPPACK包，告知客户端可以使用它，其中包含服务器分配给当前客户端的IP地址和其他配置信息[[4]何智勇,沈苏彬,毛燕琴.DHCP协议优化方案研究[J].《计算机技术与发展》2010，20(9)
]。客户端接收到DHCPACK包后，客户端会使用服务器分配的IP地址和配置参数。即客户端续租IP地址。（房主收到房客发的“我准备租你的这间房子”的消息后，同意出租，并与房客签订相应的租赁合同。内容包括，租金，出租时间等信息）

图 .9 广播DHCPPACK包图

图 5.10 DHCP服务器发出IP租用确认报文阶段视频截图
2.4 DHCP租约更新
每个被DHCP服务器分配的IP地址会有一个生命周期，期满后服务器会收回该IP地址。DHCP客户端在使用IP地址的时间到达生命周期的一半时，会向DHCP服务器发送DHCPREQUEST包来更新IP地址的租约时间[[5]李冲.DHCP双机热备在广电系统中的应用[J].《中国有线电视》2014，(1)
]DHCP服务器收到DHCPREQUEST包后，在确认IP地址有效的情况下会向客户端发送DHCPPACK包更新IP地址的租期。如果发送的DHCPREUQEST中的客户端IP地址信息与服务器分配给它的IP地址不一致，服务器会重新发送DHCPACK来修改该客户端的IP地址。

图 2.11 DHCP租约更新图

图 6.12 租约更新视频截图
2.5 DHCP客户端IP地址释放
DHCP客户端释放IP地址。如果在生命周期内客户端不再使用DHCP服务器分配到IP地址，则会主动向DHCP服务器发送DHCPRELEASE包，同时将自己的IP地址设为0.0.0.0 。DHCP服务器接收到DHCPRELEASE包后，会释放该地址（租房的时间结束前，房客没有再次向房主签订租期合同，则不能再次租用该房子）。

图 7.13 IP地址释放视频截图

表格 2.1 数据包类型表
序号
数据包名称
抽象对象
作用
1
DHCPDISCOVER
“想租房子”
客户端向网络广播寻找可使用的DHCP服务器
2
DHCPOFFER
“同意出租”
DHCP服务器回应客户端，并发送配置信息

3

DHCPREQUEST
房客向选择好的房主发送消息
客户端发给DHCP服务器的数据包，告知网络中的DHCP服务器自己选择的服务器，及接受该台服务器的配置信息，拒绝使用其余的服务器配置信息。并在服务器上做相应记录。
4
DHCPDECLINE
“我选择你的房子”
客户端发给服务器告知此地址已被客户端使用
5
DHCPACK
房子的信息
服务器发给客户端的配置信息
6
DHCPNAK
租赁合同时间
服务器发给客户端告知该客户端使用的地址无效或者租期已满
7
DHCPRELEASE
租赁合同期满
客户端发给服务器告知此地址不在被使用

3 DHCP特点
结合以上DHCP工作原理，让学习者自主列举出DHCP的优缺点。检查这些优缺点是否正确，并补充DHCP的其他特点，如DHCP实现终端即插即用，增加了IP地址的利用率等等。
3.1 DHCP优点
3.1.1 DHCP服务器自动分配IP地址
只需在服务器上做必要的设置，接入到网络中的客户端就会自动获取TCP/IP信息。并且DHCP服务器会保证IP地址的唯一性，确保各个客户端不会发生IP地址冲突，安全可靠。
3.1.2 DHCP的利用率增加
DHCP协议服务可以提高IP地址的利用率。DHCP客户端断开网络连接后，原来的客户端就会释放IP地址，DHCP服务器收回这个IP地址，分配给其余的客户端使用[[6]骆焦煌.基于网络地址依赖DHCP服务的分析[J].《新乡学院学报：自然科学版》2011，28(4)
]。这常常用于网络IP地址资源紧缺的网络中。
3.1.3 DHCP实现智能终端的即插即用
DHCP动态分配IP地址，系统管理员只需设置租用时间来控制IP地址的分配。客户端在当前网络使用中，超过IP地址租用期或者断开连接，再次接入时，客户机会随机获取一个IP地址，达到即插即用的目的。DHCP动态分配IP地址同样实用与小型网络，IP地址不需要太多，只要保证同时最多用户登录个数即可。
3.2 DHCP的不足
所有的事物都不是百分百完美的，DHCP优点虽多，但同样也有缺点。
3.2.1分布式网络中的缺陷
在分布式网络中，DHCP服务器不能实现IP地址共享和其它信息交换，因此，网络管理员就必须给每个服务器手动分置IP地址，并且保证各个服务器的IP地址不重复，这样才能保证每个接入网络中的客户端说分配的IP地址的唯一性。
3.2.2同域名服务器的缺陷
DHCP不能和服务器（DNS）同域名共享地址信息。同域名服务器(DNS)共享地址,DNS把所有的网络资源映射到相应的主机。目前,DHCP还没办法追踪DNS中列出的每一项资源,因此,网络管理员还必须定期地手工更新。另外,如果DHCP服务器出现故障的话,其它 IP地址依赖于该服务器的PC机将断开与网络的连接。这就表明需要配 置几台DHCP服务器以提供额外的IP地址。
4 总结
DHCP的实现大大降低了网络管理员的工作效率，也大大减少了网络中IP地址冲突的出现。客户端向DHCP服务器之间从首次接入到网络中，向服务器发送DHCPDISCOVER包，申请地址，服务器回复客户端DHCPOFFER包，客户端再次向服务器发送DHCPREQUEST包选择IP地址，服务器向客户端发送DHCPACK包确认，到计算机可以在网络中通信，以及当IP地址租约期限即将结束的时候，客户端与服务器之间通信，更新租约，这就是DHCP工作原理的整个过程。
以传统理论讲解为主，视频为辅，将生活与理论相结合，加深理解，具有一定的创新性。

5 参考文献
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