利用Cisco Router建置DHCP功能 (M )

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1 利用 Cisco Router 建置 DHCP 2007 年 05 月份 功能 作者 : 袁國茂審稿 : 劉聖路文章編號 :M 出刊日期 :2007/05/11 本文難易程度 : 易 相關資源與開發工具 : 1. Windows Server 2003 難 簡介 DHCP 的重要性在現今電腦網路發達的 TCP/IP 的使用已經到了不能停歇的環境, 然而在 IT 管理員的規劃與維護領域中, 如何讓用戶端使用者與重要的網路設備能夠取得正確而無誤的 IP 相關環境就變成一個重要的課題 如何讓大量的用戶端使用者能獲取正確的資訊, 就可以透過 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 這個公開的標準來完成相關的服務需要, 利用 DHCP 此一個公開的標準, 可以降低 TCP/IP 網路的管理複雜度 任何一個用戶端要連線到 TCP/IP 的網路, 都必須有一個唯一的 IP 位址, 而使用 DHCP 則讓我們不用手動為每一個用戶端設定 IP 位址 DHCP server 將所有可以被租用的 IP 位址範圍集中在特定的資料庫中, 裡面包含了 IP 位址相關的設定, 例如 : 子網路遮罩 (Subnet Mask) 預設閘道位址 (Default Gateway) DNS Server 與網路相關重要主機的相關位置 等等 如此一來, 用戶端在開機後, 就可以自動取得 IP 位址等相關的設定 DHCP 服務可以節省網路的管理時間, 而且隨著企業的網路規模越大, 相關的網路越來越複雜, 如何能讓企業的所有用戶端正確無誤的取得正確 IP 位址就變成非常重要 不論是 : 因應各部門間的不同網段需求 VLAN 環境的劃分 不同的網路設備的設定與導入 隨著企業的複雜度越高, 利用 DHCP 所能節省的時間也越多 如果不使用動態的 IP 位址指派, 管理員必 總編 : 張智凱主編 : 劉聖路社務顧問 : 邱世萍編輯顧問 : 屠立剛吳翠鳳許俊龍職念文趙驚人林國龍唐任威張宏義邱顯智美術設計 : 魏吉芝張鈴玉陳淑娟行銷企劃 : 曹雅瑩陳秀慧許克臻李苾芬發行服務 : 謝佩珊蔡美雲發行所 : 毅達行銷顧問服務股份有限公司客戶服務 : service@msservermag.com.tw 本電子刊物之所載標誌名稱分屬各該公司所有, 非經授權請勿轉載使用, 版權所有 如經查證依法律追訴 1

2 須管理好相關 IP 位址以避免相關 IP 設定的衝突, 並且必須手動指定 IP 位址的設定 而且沒有將設定的資訊統一管理, 使得管理員很難確保設定的一致性 DHCP Server 與 Client 的運作過程 DHCP 服務中可以把 DHCP Server 和 DHCP Client 的運作過程可分為 4 個階段 : 1. 租約索取 : DHCP Discover 2. 租約提供 : DHCP Offer 3. 租約選擇 : DHCP Request 4. 租約回應 : DHCP ACK 下圖 1, 使用 Sniffer 等相關軟體所擷取到的各個階段的封包 : 2

3 圖 1:DHCP Server 和 DHCP Client 的運作相關封包 1. 租約的索取 : DHCP 租約的程序開始於 DHCP Client 開始透過廣播 DHCP Discover 的信息以尋找位於網路上的 DHCP Server 在這個階段時,DHCP Client 本身尚未擁有 IP 位址也未知 DHCP Server 的 IP 位址, 所以會以 當作來源位址 (Source Address), 而以 作為目的地位址 (Destination Address) 在整個網路上廣播 在這個 DHCP Discover 封包中會包含此 DHCP Client 的 MAC Address,Media Access Control Address, 和 Host Name 如圖 2, 當 DHCP Server 收到此封包時可以依據這些資料做判別 圖 2:DHCP Discover 封包 2. 租約的提供 : 當 DHCP Server 收到這個廣播後,DHCP Server 會發出 DHCP Offer 的封包回應 DHCP Client 所以這裡可以看到來源端的 IP 位址是 : ( 這裡我們是以 為 DHCP Server 的 IP 位址 ), 而目的端是 以全域廣播對整個網路發送出這個封包 這個封包內除了含有 DHCP Client 的 MAC Address 以外還含有下面這些資訊 ( 如圖 3 所示 ): 提供給 DHCP Client 的一個 IP 位址 ( 這裡是 ) 子網路遮罩 ( 這裡是 ) 租約的時間長度 ( 這裡是 1 天 ) DHCP Server 的識別資料如 IP 位址 ( 這裡是 ) 圖 3:DHCP Offer 封包 3

4 3. 租約的選擇 : 在 DHCP Client 收到 DHCP Server 發出的 DHCP Offer 封包之後,DHCP Client 會以 MAC Address 比對出正確結果後, 會發出 DHCP Request 的訊息以回應 DHCP Server 它已收到此租約的資訊了 這個封包中會含有提供這個 DHCP Offer 訊息的 DHCP Server 的識別資料, 因此只有符合此識別資料的 DHCP Server 才會處理此廣播訊息, 如圖 4 所示 圖 4:DHCP Request 封包 4. 租約的回應 : 當 DHCP Server 收到 DHCP Client 所發出的 DHCP Request 封包後, 經過相關的檢查, 確定其 IP 資訊目前無任何設定衝突時,DHCP Server 就會發出 DHCP ACK 的封包以回應 DHCP Client 租約已經成功了, 如圖 5 所示 而 DHCP Client 收到這個 DHCP ACK 封包後就會依據其所提供的資料而組態 TCP/IP 的設定並啟動 圖 6 則顯示 DHCP ACK 的封包所提供的資料, 例如 :IP 位址 租約和其他相關資訊 等 圖 5:DHCP Request 封包 在 DHCP Client 網路卡的內容所看到的相關資訊, 可以透過更多的圖形介面與相關操作, 可以讓我們的用戶端得知更多 DHCP Server 所提供給用戶端的內容 例如 : 圖 6 中, 如果 DHCP Client 沒有正確取得到正確 IP 位址的同時或是要解決 DHCP Client 網路問題的第一步驟, 可以建議各位 IT 管理員要求用戶端的使用者, 按下 : 修復 這個按鈕 利用 DHCP Client 的作業系統所提供的功能來解決網路上的常見問題 而 IT 管理員或是 DHCP Client 的使用者如果需要即時得知相關的網路連線狀況也可以使用圖 6 中的操作介面按下 : 詳細資料 這個按鈕 利用下圖 ( 如圖 7), 管理員或是使用者可以輕鬆得 圖 6: 在 DHCP Client 所看到的相關資訊 4

5 知 : 目前用戶端的 IP 位址 子網路遮罩 預設閘道等基本資料 除此之外, 我們還可以得到 :DHCP Server 的主機 IP 位址 IP 租約的相關情形以及其他相關網路重要伺服主機的參數 這些資料都是在解決 DHCP Client 網路上常見問題時很重要的相關資訊 圖 7: 在 DHCP Client 所看到的取得 IP 位址的相關資訊 在 Cisco Router 上設定 DHCP Server 至於要如何在設定 Cisco Router 上設定 DHCP Server 的功能, 我們則可以透過如圖 8 所示, 模擬在 Cisco Router 上設定 DHCP Server 的架構圖 這樣的設定, 我們主要是要測試企業中相關的網路環境, 如 : 各部門間的不同網段需求 VLAN 環境的劃分 等 圖 8: 在 Cisco Router 上設定 DHCP Server 的示意圖 5

6 利用硬體的相關設備來扮演 DHCP Server 的伺服器, 它提供了下列幾項的好處 : 1. 降低價格 在企業的網路的環境中利用 Router 上設定 DHCP Server, 企業就不再需要提供額外的硬體設備與作業系統平台來支持這項的服務 這樣可以使許多的中小企業或外商在台灣的相關分公司, 可以使用較低的成本來到入更好的企業網路服務, 也因為如此, 現今許多的硬體設備, 如 :IP 分享器 等硬體現在都已經提供類似這樣的網路服務功能, 以提供更好的競爭性 2. 可靠度的提升 利用如此穩定的硬體平台來替代額外增加的伺服主機與系統平台, 會隨著使用更少的伺服主機與較少的系統平台 減少了相關的硬體與軟體, 這樣可以不需要擔心相關的伺服主機的硬體問題, 以及不需要擔心這些相關作業系統平台所帶來的風險與危機 3. 降低維護成本 既然利用硬體設備來替代額外增加的伺服主機與系統平台, 除了不需要額外的建置成本, 相對的連同後續的維護與支援成本也隨之降低 這些事實, 許多的中小企業或外商在台灣的相關分公司在電腦環境導入時越來越重視的方向, 想要降低整體總擁有成本 (TCO,Total Cost of Ownership) 的重要目的 4. 減少資訊安全的風險 在使用穩定的硬體平台來執行企業必要的網路服務, 除了減少了不必要的硬體與作業系統來降低成本 另外, 也可以因為使用專屬的硬體, 來取代相關的作業系統所衍生出的資訊安全風險 減少資訊安全的風險也是企業在導入相關的電腦網路服務時, 需要考量的重要項目之一 5. 減少管理員負荷 利用簡單的命令列指令介面 (CLI,Command Line Interface, 如圖 9) 與相關的設定說明, 可以讓許多新手的工程師, 不需要再重新學習相關的作業系統與其網路服務的設定, 這樣的好處, 可以提升企業網路服務的高模組化, 相對的, 也可以降低自身企業在提供服務時的導入與維護門檻 而這些設定我們則分別敘述如下 : 圖 9: 在 Cisco Router 上設定 DHCP Server 的指令內容 6

7 為了方便讓各位清楚知道上圖中的各項設定與指令用途, 我們將 Cisco Router 上設定 DHCP Server 的指令分 別敘述如下 : 指令 指令用途 #configure terminal 進入 Cisco 組態模式 (config)#service dhcp 啟用 DHCP 服務 (config)#ip dhcp excluded-address 設定保留 ip 位址段 (config)#ip dhcp pool a 建立一個 dhcp pool 的名稱 a, 進入 pool a 介面 (dhcp-config)#network /24 設定配發的網段 (dhcp-config)#default-router 設定配發網段的預設閘道 (gateway) (dhcp-config)#dns-server 設定配發的 DNS 伺服器 (dhcp-config)#lease 3 設定租約期 (config)#interface ethernet 0/1 進入 Ethernet 0/1 介面 ( 連接 switch 的介面 ) (config-if)#ip address 設定 Ethernet 0/1 介面的 IP (config-if)#no shutdown 啟用 Ethernet 0/1 介面 (config-if)#exit 退出 Ethernet 0/1 介面 #write 存檔 (config)#ip dhcp excluded-address 設定保留 ip 位址段 (config)#ip dhcp pool b 建立一個 dhcp pool 的名稱 b, 進入 pool b 介面 (dhcp-config)#network /24 設定配發的網段 (dhcp-config)#default-router 設定配發網段的預設閘道 (gateway) (dhcp-config)#dns-server 設定配發的 DNS 伺服器 (dhcp-config)#lease 3 設定租約期 (config)#interface ethernet 0/0 進入 Ethernet 0/0 介面 ( 連接 switch 的介面 ) (config-if)#ip address 設定 Ethernet 0/0 介面的 IP (config-if)#no shutdown 啟用 Ethernet 0/0 介面 (config-if)#exit 退出 Ethernet 0/0 介面 #write 存檔 總結在現今電腦網路發達的 TCP/IP 的使用已經到了不能停歇的環境, 而 DHCP Server 便是要來解決 IT 管理員在 IP 位址與相關參數設定所遇到的問題 透過 DHCP 動態指定 IP 位址可以降低管理的成本及負荷, 並且容易設定及部署 因為 DHCP Server 可以同時包含多個網段的設定, 所以當 IP 等相關設定改變的時候, 管理員只要針對特定的 DHCP Server 做好組態設定即可, 大大的降低了管理的困難度 7

8 參考資料 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Basics Dynamically Configuring DHCP Server Options ml Cisco IOS DHCP Server Configuring DHCP 800ca75c.html#wp DHCP Server Options Import and Autoconfiguration 關於作者 袁國茂 Alan Yuan 現任職恆逸資訊教育訓練處資深講師及技術雜誌專欄作家專長 : 資訊安全與管理 系統整合與故障排除 網路安全環境規劃與建置 資料通訊與安全 等等 8

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