پروتکل DHCP و کاربرد آن در شبکه های کامپیوتری

فرشاد مراحم

1399/10/30
1208
برنامه نویسی

DHCP یک پروتکل پر کاربرد در شبکه های کامپیوتری

امروزه شبکه‌های کامپیوتری تأثیرات عمیقی بر چگونگی ارتباط ما با یکدیگر دارند و زندگی را آسان‌تر ‏ساخته‌اند. بعلاوه وجود شبکه های کامپیوتری بخش مهم و حیاتی هر سازمانی به حساب می‌آید.

یک شبکه کامپیوتری مجموعه‌ای از کامپیوترهایی است که به صورت الکترونیکی به یکدیگر متصل میشوند بطوریکه می‌توانند اطلاعات و منابع خود را با یکدیگر به اشتراک بگذارند و پروتکل‌های ارتباطی، نحوه این اشتراک گذاری را تعیین می‌کنند.

در این مقاله قصد داریم تا یکی از پروتکل های مهم و کاربردی شبکه های کامپیوتری را مورد بررسی قرار دهیم و نحوه‌ی عملکرد این پروتکل را به زبان ساده بیان کنیم. قبل از تعریف مفهوم پروتکل DHCP باید معنی چند اصطلاح علمی در شبکه های کامپیوتری را بدانیم:

مفهوم پروتکل چیست؟ در واقع پروتکل به معنای قرارداد ، شیوه و اصول ، راهکار و سیاست می باشد و به مجموعه قوانینی گفته می شود که تعیین می کند چگونه دو کامپیوتر درون شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار نمایند.

پروتکل را می توان به یک زبان تشبیه کرد ، شما میتوانید هر یک از زبان های موجود در دنیا را یک پروتکل در نظر بگیرید ، برای مثال : فارسی ، انگلیسی ، عربی ، چینی ، هندو ، ژاپنی و ... . فرض کنید شما می خواهید با یک فرد انگلیسی صحبت کنید ، برای اینکه بتوانید ارتباط موفقی داشته باشید دو حالت وجود دارد ، اولین حالت این است که شما به زبان انگلیسی صحبت کنید ، دومین حالت این است که شخص مقابل شما با زبان فارسی صحبت کند. اما معمولا در مجامع بین المللی شما از زبانی استفاده می کنید که بیشتر شناخته شده است و بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.

بنابراین در بستر شبکه پروتکل هایی وجود دارند که برای Client , Server شناخته شده هستند و توسط این قوانین با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند.

مفهوم TCP/IP چیست ؟ اصطلاح TCP برگرفته از Transport Transmission Control و اصطلاح IP internet protocol است. TCP/IP ، پروتکلی استاندارد برای ارتباط کامپیوترهای موجود در یک شبکه مبتنی بر ویندوز است. از پروتکل فوق، به منظور ارتباط در شبکه‌های بزرگ استفاده می شود. برقراری ارتباط از طریق پروتکل‌های متعددی که در چهارلایه مجزا سازماندهی شده‌اند، میسر می‌گردد.

TCP/IP، دارای قابلیت تفکیک و تمایز یک برنامه موجود بر روی یک کامپیوتر با سایر برنامه‌ها است و پس از دریافت داده‌ها از یک برنامه، آن‌ها را برای برنامه متناظر موجود بر روی کامپیوتر دیگر ارسال میکند. نحوه ارسال داده توسط پروتکل TCP/IP از محلی به محل دیگر مانند فرایند ارسال یک نامه از شهری به شهر دیگر است.

بعد از آشنایی با مفاهیم گفته شده میتوانیم تعریف بهتری از پروتکل DHCP داشته باشیم :

DHCP مخفف Dynamic Host Configuration Protocol یکی از پروتکل های کاربردی TCP/IP می باشد که در لایه application مورد استفاده قرار می گیرد، این پروتکل توسط سازمان Internet Engineering Task Force) IETF) استاندارد های اینترنتی، تحت استاندارد 2131 RFC و 3396 RFC معرفی شده است.

این سرویس قابلیت هایی همچون تخصیص IP به صورت خودکار در شبکه، آدرس Default Gateway ،Subnet Mask و آدرس DNS همراه با سایر تنظیمات در سیستم های سرویس گیرنده (Client) را داشته و می تواند جایگزین خوبی برای سایر پروتکل های مدیریتی مانند BOOTP جهت تخصیص IP آدرس ها در شبکه های کامپیوتری باشد.

نحوه‌ی عملکرد پروتکل DHCP

پروتکل DHCP یک رنج IP در اختیار خود دارد که به صورت اتوماتیک می تواند از بین این رنج مشخص اقدام به تخصیص آدرس IP به کلاینت های موجود در شبکه کند.

در مرحله اول یک کلاینت که به یک کامپیوتر دسترسی دارد وارد شبکه شده و درخواستی از طرف آن فرستاده می شود در این حالت به یک آدرس آی‌پی احتیاج دارد و این سیستم از پروتکل موجود در شبکه بی اطلاع است و فقط منتظر دریافت پاسخ می باشد.درخواست کاربر درون یک بسته با نام Discovery فرستاده می شود کلاینت بسته Discovery را به صورت Broadcast در شبکه ارسال می کند.

در این بخش است که DHCP وارد عمل شده و در Respond به درخواست کلاینت مبنی بر Broadcast کردن بسته Discovery یک offer ارسال می کند بسته آفر شامل شامل IP و Default Gateway می باشد که به کامپیوتر کلاینت ارسال می شود.

در مرحله بعدی سیستم مبدا که همان کامپیوتر کلاینت می باشد محتویات بسته Offer را بررسی می کند و اگر امکان اتصال به IP , Default Gateway پیشنهاد شده را داشته باشد دوباره یک (Request) برای سرور دی‌اچ‌سی‌پی جهت اتصال ارسال می‌کند.

در مرحله آخر سرور DHCP در قالب یک تائیدیه با عنوان (ACK) به کلاینت ارسال میکند و یک آی پی برای آن اختصاص می دهد و اتصال به صورت کامل برقرار می شود.

در این حالت یک IP از لیست آی پی های سرور DHCP کم شده و در اختیار میزبان قرار داده می شود به مدت زمانی که کلاینت از این آی پی استفاده می کند اصطلاحا Lease duration نام دارد.

اگر یک سیستم به مدت زمان بیشتری جهت برقراری ارتباط نیاز داشته باشد دوباره یک درخواست جدید جهت تمدید ارسال می کند و از انقضاء آی پی اختصاص داده شده جلوگیری می کند در غیر اینصورت پروتکل DHCP آی پی مورد نظر را پس میگیرد.

معماری پروتکل DHCP

همانطور که در مطالب بالا گفته شد در معماری DHCP سه بخش مهم وجود دارد که کلاینت و سرور گفته شد ولی یک بخش مهم دیگر به نام عامل رله یا به اصطلاح DHCP relay agents گفته می شود.

DHCP relay agents پروتکلی برای انتقال پیام ها بین clientها و سرور DHCP است در واقع dhcp relay agent در شبکه هایی به کار میرود که دارای subnetهای متفاوت هستند.فرض کنید یک ساب نت در سرور DHCP از کار بیفتد و کلاینتی درخواست IP به صورت broadcast در شبکه بدهد در این حالت این درخواست به دلیل عدم وجود ساب نت نمیتواند از روتر عبور کند و در نتیجه کلاینت قادر به گرفتن IP نیست.

در چنین مواقع نقش DHCP Relay Agent به وجود می آید.Relay Agent کامپیوتری است که درون هر زیر شبکه مستقر میشود و درخواست های دستگاه های شبکه ی خودش را بررسی می کند و با تبدیل نوع آنها از Broadcast به Unicast و فرستادن درخواست به DHCP Server و برگرداندن جواب به تقاضا کننده IP مشکل نبود سابت نت را حل می کند. در واقع میتوان گفت به عنوان یک نوع Proxy برای ارسال درخواستهای DHCP اطلاق می شود.