許春玲 付帥

摘要：為解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課綜合實(shí)驗(yàn)難以開展、學(xué)生興趣缺乏等問題，設(shè)計(jì)了基于eNSP的網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生利用仿真軟件，在普通計(jì)算機(jī)上就能完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作。文章給出了基于接口地址池的DHCP實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和交換機(jī)詳細(xì)配置方法，并通過Wireshark軟件對捕獲報(bào)文進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。通過實(shí)驗(yàn)，加深了學(xué)生對DHCP工作原理及優(yōu)點(diǎn)的理解，增強(qiáng)了學(xué)生在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的實(shí)踐操作能力。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）;華為eNSP模擬器;仿真實(shí)驗(yàn);接口地址池

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0010-03

為了解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本過高，理論和實(shí)踐相脫節(jié)等問題，我們在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中引入模擬仿真軟件eNSP進(jìn)行模擬仿真教學(xué)。動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中，最基本的學(xué)習(xí)內(nèi)容之一。為此本文基于eNSP模擬器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了DHCP實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，使學(xué)生對DHCP的工作原理有了深入的認(rèn)識和理解。

1 eNSP軟件概述

eNSP是華為提供的一款免費(fèi)的、可擴(kuò)展的、圖形化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真平臺，主要對企業(yè)網(wǎng)絡(luò)路由器、交換機(jī)、WLAN等設(shè)備進(jìn)行軟件仿真。為學(xué)生提供近似真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境，有效地解決理論和實(shí)踐脫節(jié)的問題，讓他們在沒有真實(shí)設(shè)備的情況下也能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2 DHCP概念的提出與工作原理

2.1 DHCP概念的提出

傳統(tǒng)的手工配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)需要每個(gè)用戶都手動(dòng)配置IP地址、掩碼、網(wǎng)關(guān)、DNS等多種參數(shù)。如果采用這種方式上網(wǎng)，必然會存在IP地址資源利用率低、出錯(cuò)率高、靈活性差等諸多問題，并且對用戶的網(wǎng)絡(luò)基本常識有較高的要求。

隨著用戶的不斷增加以及用戶位置的不固定性，傳統(tǒng)的靜態(tài)手工配置方式已經(jīng)無法滿足需要，未來網(wǎng)絡(luò)可以動(dòng)態(tài)合理地分配IP地址給主機(jī)使用，需要用到動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP。

2.2 DHCP的概念

動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）采用客戶端/服務(wù)器模式對用戶的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置和集中管理。DHCP提供了即插即用連網(wǎng)（plug-and-play networking）的機(jī)制，這種機(jī)制允許一臺計(jì)算機(jī)加入新的網(wǎng)絡(luò)和獲取IP地址而不用手工配置?？蛻魴C(jī)接入網(wǎng)絡(luò)后，可自動(dòng)獲取DHCP服務(wù)器分配的IP地址和子網(wǎng)掩碼。

2.3 DHCP基本工作原理

DHCP工作流程有以下4步。

1）DHCP發(fā)現(xiàn)

當(dāng)一臺客戶機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)首先將自己的IP地址配置成0.0.0.0，但該地址無法正常通訊，所以客戶機(jī)需要通過DHCP服務(wù)器申請獲取一個(gè)合法地址，由于客戶端不知道DHCP服務(wù)器的地址，因而發(fā)送一個(gè)DHCPDISCOVER廣播包，廣播包內(nèi)包含客戶機(jī)的MAC地址和機(jī)器名。

2）DHCP提供

DHCP服務(wù)器收到DHCPDISCOVER廣播包后，會從自己的地址池中找查找是否有一個(gè)合法的地址提供給客戶機(jī)，如果有就發(fā)一條DHCPOFFER廣播包。

3）DHCP請求

DHCP客戶機(jī)從接收到的第一個(gè)DHCPOFFER消息中選擇IP地址，發(fā)出IP地址的DHCP服務(wù)器將該地址保留，這樣該地址就不能提供給另一個(gè)DHCP客戶機(jī)。

4）DHCP確認(rèn)

DHCP服務(wù)器接收到DHCPREQUEST消息后，以DHCPACK消息的形式向客戶機(jī)廣播成功的確認(rèn)，該消息包含有IP地址的有效租約和其他可能配置的信息。

3 DHCP實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

DHCP服務(wù)器通過地址池為用戶分配IP地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。地址池分配方式有接口地址池和全局地址池兩種。

接口地址池配置方式簡單，只能用于用戶與DHCP服務(wù)器在同一個(gè)網(wǎng)段的情況，并且只能給對應(yīng)接口下的用戶分配IP地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù);適用于設(shè)備數(shù)量有限、配置以及維護(hù)量可控的小型網(wǎng)絡(luò)。全局地址池配置方式相對復(fù)雜，能從同一個(gè)地址池給從不同接口接入的用戶分配IP地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù);推薦在核心層設(shè)備上配置基于全局地址池的DHCP服務(wù)器功能或在服務(wù)器區(qū)域搭建一臺專門的DHCP服務(wù)器統(tǒng)一分配IP地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，適用于大型網(wǎng)絡(luò)。下面主要研究基于接口地址池的DHCP實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

3.1基于接口地址池的DHCP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

以三層交換機(jī)作為局域網(wǎng)中的DHCP服務(wù)器組建小型的局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.2 PC機(jī)參數(shù)配置

將PC1的IPv4配置成DHCP方式，基礎(chǔ)配置如圖2所示，PC2和PC3配置同理。

3.3交換機(jī)參數(shù)配置

1）進(jìn)入系統(tǒng)模式，更改交換機(jī)名稱，啟動(dòng)DHCP服務(wù)

7）交換機(jī)配置信息（如圖3所示）

4 基于接口地址池的DHCP仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1）未配置DHCP前，在命令行通過ipconfig 命令查看IP地址，PC1、PC2和PC3都沒有獲得任何IP地址。

2）配置DHCP服務(wù)器后，在命令行通過ipconfig 命令查看IP地址，PC1、PC2和PC3均獲得正確的IP地址，如圖4和圖5所示。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過Wireshark軟件對交換機(jī)g0/0/1端口進(jìn)行抓包，如圖6示。

根據(jù)圖8，我們對DHCP報(bào)文做如下分析：

lDHCP Discover客戶端發(fā)送廣播信息來尋找DHCP服務(wù)器;

lDHCP Offer DHCP服務(wù)器Discover報(bào)文，攜帶配置信息;

lDHCP Request客戶端首次廣播請求配置確認(rèn);或者單播請求續(xù)借租期;

lDHCP ACK 服務(wù)器對Request 確認(rèn)響應(yīng);

lDHCP NAK 服務(wù)器對Request 拒絕響應(yīng);

lDHCP Release 客戶端通知服務(wù)釋放地址。

5 結(jié)束語

動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）是構(gòu)建大中型網(wǎng)絡(luò)時(shí)常用的基本配置方式，使用華為eNSP模擬器構(gòu)建仿真小型局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行基于接口地址池的DHCP實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并通過Wireshark軟件對捕獲報(bào)文進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。仿真軟件具有高度可視化、可操作性，教師結(jié)合實(shí)際將其應(yīng)用在教育教學(xué)中，使學(xué)生在虛擬仿真環(huán)境中開展實(shí)訓(xùn)操作，進(jìn)而提高實(shí)踐能力與操作技能，可以大大提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)水平，為教師教學(xué)提供便利，對培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力也具有重要意義。

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【通聯(lián)編輯：王力】