DHCP, czyli urząd komunikacji rozdaje tablice rejestracyjne
Witamy ponownie na naszej Autostradzie Pakietów, zwanej potocznie Internetem!
Na osiedlu Spokojna Sieć życie powoli wraca do normy. Bramkarz od NAT-u nadal szuka zeszytu. Komputer i drukarka zakończyły spór o tablice rejestracyjne, choć drukarka od tamtej pory drukuje wyłącznie zawiadomienia o naruszeniu dóbr osobistych. Inteligentna lodówka nadal nie znalazła mleka.
Ale dziś wszystkich mieszkańców czeka prawdziwe wyzwanie.
Wizyta w urzędzie komunikacji.
Dzień dobry, poproszę jakiś numer
O siódmej rano przed urzędem ustawia się kolejka. Komputer, laptop, telefon, konsola do gier i niewielki toster, który przyszedł tylko zapytać o godziny otwarcia.
Za okienkiem siedzi urzędnik DHCP. Na biurku ma pieczątkę, kubek herbaty i wielki segregator podpisany:
„ADRESY DO WYDANIA — NIE WYDAWAĆ WSZYSTKICH NARAZ”.
Pierwszy podchodzi laptop.
— Dzień dobry, potrzebuję tablic rejestracyjnych.
— Proszę bardzo. Jaki numer?
— Nie wiem.
— To po co pan przyszedł?
— ŻEBY PAN MI GO DAŁ!
— Aaaa. Trzeba było tak od razu.
Urzędnik otwiera segregator.
— Mam 192.168.1.100. Może być?
— A ładny?
— Numeryczny.
— A wolny?
— Tak.
— To biorę!
— Chwileczkę. Najpierw formalności.
— JAKIE FORMALNOŚCI?!
— Musimy przeprowadzić procedurę DORA.
— JAKĄ DORĘ?!
— Cztery kroki.
— CZTERY KROKI DO WYDANIA TABLIC?!
— Witamy w administracji sieciowej.
I właśnie poznaliśmy DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — mechanizm pozwalający urządzeniom automatycznie uzyskać adres IP oraz inne informacje potrzebne do działania w sieci.
DORA, czyli cztery okienka do jednej pieczątki
Laptop nie ma jeszcze adresu. Nie wie nawet, gdzie siedzi odpowiedni urzędnik.
Wychodzi więc przed budynek i krzyczy:
— DZIEŃ DOBRY! CZY JEST TU KTOŚ, KTO ROZDAJE ADRESY?!
Z okienka wychyla się głowa.
— JA!
— A CO PAN MA?!
— 192.168.1.100!
— TO JA POPROSZĘ!
— ZATWIERDZONE!
Laptop patrzy z niedowierzaniem.
— To wszystko?
— Wszystko.
— To dlaczego kazaliście mi przejść cztery etapy?!
— Żebyśmy wiedzieli, kto co komu obiecał.
W świecie DHCPv4 te cztery kroki noszą nazwy:
| DORA | Procedura wydania tablic |
|---|---|
| Discover | „HALO! JEST TU JAKIŚ URZĄD?!” |
| Offer | „MAMY DLA PANA NUMER!” |
| Request | „BIORĘ TEN NUMER!” |
| Acknowledge (ACK) | „ZATWIERDZONE, NASTĘPNY!” |
Na początku klient często korzysta z rozgłaszania, czyli broadcastu, bo nie ma jeszcze właściwego adresu IPv4, a musi odnaleźć serwer DHCP.
— Czyli muszę krzyczeć do wszystkich?!
— Na początku często tak.
— A sąsiedzi?!
— Też usłyszą.
— A lodówka?!
— Niestety również.
Z oddali słychać:
— CZY KTOŚ WIE, GDZIE JEST MLEKO?!
— PROSZĘ PANI, TO NIE TEN PROTOKÓŁ!
Tablice nie są pańskie. Są wydzierżawione
Laptop zadowolony wraca do domu. Po godzinie znajduje w dokumentach dopisek:
Ważność przydziału: 24 godziny.
Natychmiast wraca do urzędu.
— PRZEPRASZAM BARDZO!
— Słucham?
— Dlaczego moje tablice są ważne tylko przez dobę?!
— Bo dostał pan dzierżawę.
— JAKĄ DZIERŻAWĘ?!
— Adresu IP.
— ALE JA CHCĘ TU MIESZKAĆ NA STAŁE!
— Może pan mieszkać. Tylko musi pan odnawiać dokumenty.
— CODZIENNIE?!
— System zwykle zrobi to automatycznie.
— TO PO CO MI PAN O TYM MÓWI?!
— Żeby pan wiedział, że tablice nie są własnością samochodu.
To DHCP lease, czyli dzierżawa adresu. Serwer przydziela adres na określony czas, a klient może wystąpić o jego odnowienie.
W typowej konfiguracji DHCPv4 klient rozpoczyna próbę odnowienia już po upływie około połowy czasu dzierżawy, w punkcie nazywanym T1.
— Czyli jak mam dobę, to po dwunastu godzinach już pytam?!
— Zwykle tak.
— ALE PRZECIEŻ MAM JESZCZE DWANAŚCIE GODZIN!
— I właśnie dlatego pytamy wcześniej.
— A jeśli pan nie odpowie?!
— Później może pan spróbować odnowienia szerzej, w punkcie T2.
— A jeśli nadal nikt nie odpowie?!
— Po wygaśnięciu dzierżawy nie może pan dalej zakładać, że adres należy do pana.
— TO MI ZDEJMUJECIE TABLICE PODCZAS JAZDY?!
— Proszę nie dramatyzować.
— PAN MI WŁAŚNIE POWIEDZIAŁ, ŻE MOGĘ STRACIĆ NUMER W CZASIE PODRÓŻY!
— Dlatego radzimy nie ignorować terminów.
— JA NIENAWIDZĘ URZĘDÓW!
Stały numer, ale nadal z urzędu
Następnego dnia do urzędu przyjeżdża serwer. Bardzo poważny. W garniturze. Z teczką.
— Dzień dobry. Życzę sobie stałego adresu.
— Może pan ustawić adres ręcznie.
— Nie chcę.
— To czego pan chce?
— Żeby pan przydzielał mi zawsze ten sam.
— Aha. Rezerwacja DHCP.
— Dokładnie.
— Potrzebuję identyfikatora urządzenia.
— Proszę.
Serwer podaje swój adres MAC. Urzędnik zapisuje w rejestrze:
AA:BB:CC:DD:EE:10 → 192.168.1.10
— Gotowe. Kiedy będzie pan prosił o adres i rozpoznamy pana według tej rezerwacji, otrzyma pan ten numer.
— Doskonale.
— Proszę pamiętać, że nadal jest to przydział obsługiwany przez DHCP.
— Ale numer będzie ten sam?
— Tak długo, jak administracja utrzymuje tę rezerwację i konfiguracja na to pozwala.
— A mogą państwo usunąć rezerwację?
— Technicznie tak.
— TO JA CHCĘ JĄ ZAREZERWOWAĆ NA ZAWSZE!
— Proszę złożyć podanie.
— DO KOGO?!
— Do administracji.
— ALE PRZECIEŻ PAN JEST ADMINISTRACJĄ!
— Ja jestem tylko serwerem DHCP. 🤣
To ważna różnica: statyczny adres skonfigurowany ręcznie i rezerwacja DHCP mogą dawać podobny efekt — stały numer — ale działają inaczej.
Przepraszam, skończyły nam się numery
Pewnego pięknego poranka na osiedlu odbywa się promocja inteligentnych urządzeń.
Mieszkańcy kupują termometry, telewizory, czujniki, żarówki, odkurzacze, głośniki i ekspresy, które same zamawiają kawę.
Przed urzędem pojawia się dwieście nowych samochodów.
— Następny!
— Poproszę adres!
— Następny!
— Poproszę adres!
— Następny!
— Poproszę adres!
Po godzinie urzędnik zagląda do segregatora. Przewraca kartkę. Drugą. Trzecią.
— Hmm.
— Co „hmm”?!
— Skończyły nam się adresy.
— JAK TO SKOŃCZYŁY?!
— Wszystkie z dostępnej puli są przydzielone.
— TO PROSZĘ WZIĄĆ NASTĘPNY SEGREGATOR!
— Nie mamy.
— TO PROSZĘ WYDRUKOWAĆ WIĘCEJ!
— Nie mogę przydzielić adresów spoza skonfigurowanej puli.
— ALE JA KUPIŁEM INTELIGENTNY ODKURZACZ!
— Gratuluję.
— ON NIE MOŻE SIĘ POŁĄCZYĆ Z INTERNETEM!
— To na razie niech odkurza.
To wyczerpanie puli DHCP (DHCP pool exhaustion).
Adresy mogą być zajęte przez aktywne dzierżawy, rezerwacje albo wyłączone z przydziału. Nowe urządzenie może wtedy nie otrzymać oczekiwanej konfiguracji.
— TO NIECH PAN ZABIERZE ADRES KOMUŚ, KTO NIE UŻYWA!
— Zajmiemy się odzyskiwaniem dostępnych adresów zgodnie z zasadami dzierżawy.
— A MÓJ ODKURZACZ?!
— Nadal może odkurzać.
— ALE BEZ CHMURY NIE WIE, GDZIE JEST KUCHNIA!
— Kuchnia zwykle bywa niedaleko lodówki.
— LODÓWKA TEŻ NIE DZIAŁA!
— To przynajmniej wiadomo, gdzie jej szukać.
Dwóch urzędników, jeden samochód
Któregoś dnia zarządca osiedla znajduje na chodniku drugi urząd komunikacji.
Nikt go nie budował. Nikt go nie zatwierdzał. Po prostu stoi.
Z okienka wygląda niewielkie urządzenie z antenkami.
— Dzień dobry! Też rozdaję adresy!
Główny urzędnik DHCP wychodzi na zewnątrz.
— PRZEPRASZAM, A PAN KTO?!
— Routerek Wi-Fi.
— A DLACZEGO PAN ROZDAJE ADRESY?!
— Bo mam taką funkcję!
— KTO PANU POZWOLIŁ?!
— Fabryka.
— ALE TO JEST MOJE OSIEDLE!
— Nie wiedziałem.
Nadjeżdża nowy laptop.
— DZIEŃ DOBRY! KTO MI DA NUMER?!
Z pierwszego okienka:
— 192.168.1.120!
Z drugiego:
— 192.168.0.120!
— TO KTÓRY?!
— MÓJ! — krzyczy pierwszy.
— MÓJ JEST ŁADNIEJSZY! — odpowiada drugi.
Laptop wybiera ofertę drugiego.
— A gdzie brama?!
— 192.168.0.1!
— ALE TAM NIE MA AUTOSTRADY!
— To nie moja wina.
I tak poznajemy rogue DHCP server — nieautoryzowany serwer DHCP.
W jednej domenie rozgłoszeniowej dwa niezależnie skonfigurowane serwery mogą odpowiadać na zapytania klientów.
Nie oznacza to automatycznie katastrofy — istnieją prawidłowe konfiguracje z wieloma serwerami DHCP — ale przypadkowy router potrafi rozdawać niewłaściwe adresy, bramy czy DNS-y.
— To jak rozpoznać właściwy urząd?!
— Administrator może zastosować zabezpieczenia, na przykład DHCP snooping na odpowiednich przełącznikach.
— CO TO JEST SNOOPING?!
— Kontrola, z których portów mogą przychodzić odpowiedzi DHCP.
— CZYLI KONTROLA URZĘDNIKÓW?!
— Dokładnie.
— WRESZCIE JAKAŚ ROZSĄDNA INSTYTUCJA!
Urząd jest za daleko, żeby usłyszeć wołanie
Osiedle Spokojna Sieć rozrosło się. Powstały nowe dzielnice. Każda ma własną sieć i oddziela ją zarządca ruchu.
W nowej dzielnicy komputer próbuje dostać adres.
— HALO! JEST TAM JAKIŚ DHCP?!
Cisza.
— HALOOOOOO!
Cisza.
— URZĄD KOMUNIKACJI!!!
Z pobliskiej bramki wychyla się zarządca.
— Proszę nie krzyczeć.
— ALE NIKT MNIE NIE SŁYSZY!
— Bo urząd jest w innej sieci.
— TO NIECH PAN GO ZAWOŁA!
— Mogę przekazać pański wniosek.
— JAK?!
— Przez DHCP Relay.
Zarządca odbiera zgłoszenie i przesyła je do serwera DHCP znajdującego się gdzie indziej. Urząd przygotowuje odpowiedź i odsyła ją przez pośrednika.
— O, dostałem numer!
— Proszę bardzo.
— CZYLI JEST PAN LISTONOSZEM?!
— Przekaźnikiem DHCP.
— A JAKA RÓŻNICA?!
— Listonosz nie musi znać konfiguracji podsieci.
DHCP Relay pozwala obsługiwać klientów w różnych sieciach bez konieczności ustawiania osobnego serwera DHCP w każdej z nich.
Przekaźnik przekazuje odpowiednie informacje, aby serwer mógł ustalić, z jakiej podsieci pochodzi zgłoszenie i jaką pulę adresów zastosować.
— Czyli jeden urząd może obsługiwać całe miasto?
— Owszem.
— A JAK SIĘ ZEPSUJE?!
— Wtedy zaczyna się osobny rozdział o wysokiej dostępności.
— NIE! ŻADNYCH NOWYCH ROZDZIAŁÓW!
Nie tylko tablice. Jeszcze mapa i książka telefoniczna
Pewnego dnia komputer wraca z urzędu z kompletem dokumentów.
— Mam adres IP!
— Świetnie.
— Mam maskę!
— Doskonale.
— Mam bramę domyślną!
— Wspaniale.
— Mam serwery DNS!
— Gratuluję.
— A CO TO JEST DNS?!
— Książka adresowa Internetu.
— A PO CO MI KSIĄŻKA?!
— Żeby nie musiał pan pamiętać wszystkich numerów.
— ALE JA WŁAŚNIE DOSTAŁEM NUMER!
— Swój. Nie wszystkich pozostałych.
— AAAAAA!
DHCP może dostarczać nie tylko adres urządzenia i maskę podsieci, ale także bramę domyślną, adresy serwerów DNS i wiele innych opcji konfiguracyjnych.
Dzięki temu nie trzeba każdemu nowemu samochodowi ręcznie tłumaczyć, gdzie jest wyjazd i do jakiego biura dzwonić, kiedy szuka konkretnego adresu.
A teraz IPv6. Urząd oczywiście musiał się rozbudować
Pewnego ranka do urzędu przyjeżdża elegancki przedstawiciel IPv6.
— Dzień dobry. Chciałbym przedstawić nowoczesny system przydziału adresów.
Urzędnik IPv4 nawet nie podnosi głowy.
— Mamy już DHCP.
— My mamy DHCPv6.
— A CZYM SIĘ RÓŻNI?!
— Między innymi sposobem działania i rodzajami przydzielanych informacji.
— To po prostu większy numer?
— Nie do końca.
— Oczywiście, że nie.
— Adresy mogą być też konfigurowane przez SLAAC.
— PRZEPRASZAM, PRZEZ KOGO?!
— Stateless Address Autoconfiguration.
— CZYLI CO?!
— Samochód może utworzyć sobie adres na podstawie informacji ogłaszanych w sieci.
— TO PO CO PAN PRZYJECHAŁ?!
— Bo DHCPv6 nadal bywa przydatne.
— A BRAMĘ DOMYŚLNĄ TEŻ PAN WYDAJE?!
— Zwykle informacja o routerze pochodzi z Router Advertisement.
— AHA. CZYLI MAMY DHCPv6, SLAAC I JESZCZE RA?!
— Tak.
— A NIE MOŻNA BYŁO PO PROSTU ROZDAWAĆ TABLIC?!
— Można. Tylko system jest bardziej elastyczny.
— JA JUŻ SŁYSZAŁEM TO SŁOWO PRZY OSTATNIEJ REORGANIZACJI!
W IPv6 często wykorzystuje się SLAAC i komunikaty RA (Router Advertisement) do automatycznej konfiguracji.
DHCPv6 może również przydzielać adresy lub dodatkowe informacje, zależnie od konfiguracji sieci.
Ważna różnica: standardowy DHCPv6 nie przekazuje bramy domyślnej w taki sposób, jak DHCPv4. Informacja o routerach pochodzi zwykle z RA.
— A po co urządzeniu kilka adresów IPv6?!
— Może korzystać z różnych adresów do różnych zastosowań.
— A LODÓWKA?!
— Ma lokalny, globalny i tymczasowy.
— I CO Z MLEKIEM?!
— Nadal brak danych.
Proszę oddać adres, którego pan już nie używa
Zbliża się koniec dnia. Do okienka podjeżdża laptop.
— Dzień dobry. Zwracam tablice.
— Dlaczego?
— Wyprowadzam się z osiedla.
— Aha. To proszę.
Urzędnik odbiera dokumenty i odnotowuje zwolnienie adresu.
To odpowiednik DHCP Release — klient może poinformować serwer, że rezygnuje z dzierżawy.
— A jak ktoś odjedzie bez zgłoszenia?!
— Dzierżawa ma swój termin ważności.
— I wtedy odzyskamy numer?
— Po odpowiednim czasie serwer może znów udostępnić adres do przydziału.
— A jeśli ktoś nagle wróci?!
— Będzie musiał ustalić, jaki adres może obecnie wykorzystywać.
— A JEŚLI STARE TABLICE MA JUŻ KTOŚ INNY?!
— To proszę ich nie zakładać bez sprawdzenia.
— CZYLI JEDNAK DOBRZE, ŻE MAMY URZĄD?!
— Wreszcie ktoś to powiedział.
Co naprawdę robi DHCP?
DHCP automatyzuje konfigurację sieciową i zarządzanie przydzielanymi adresami.
W naszej drogowej analogii wygląda to następująco:
| Mechanizm | Co oznacza na naszym osiedlu? |
|---|---|
| DHCP Discover | Poszukiwanie urzędu komunikacji |
| DHCP Offer | Propozycja numeru rejestracyjnego |
| DHCP Request | Wybór i zgłoszenie chęci użycia adresu |
| DHCP ACK | Zatwierdzenie przydziału |
| Lease | Dzierżawa numeru na określony czas |
| Reservation | Rezerwacja numeru dla rozpoznawanego pojazdu |
| Pool | Pula tablic dostępnych do wydania |
| DHCP Relay | Pośrednik przekazujący wnioski do odległego urzędu |
| Rogue DHCP | Nieuprawniony urząd rozdający własne dokumenty |
| DHCP Release | Dobrowolne oddanie przydzielonego adresu |
| DHCPv6 | Urząd przydzielający adresy i opcje dla IPv6 |
| SLAAC | Samodzielne konfigurowanie adresu IPv6 na podstawie informacji o sieci |
Oczywiście adres IP można również skonfigurować ręcznie. DHCP nie jest obowiązkowy w każdej sieci.
Jest jednak niezwykle wygodny wszędzie tam, gdzie urządzeń jest dużo, przybywa ich, ubywa, a administrator nie zamierza osobiście przykręcać tablic do każdego nowego tostera.
Jeśli chcesz przejechać dalej po naszej Autostradzie Pakietów, zajrzyj także do tematów: adresach IP, DNS, NAT.
Tymczasem w urzędzie komunikacji...
Urzędnik odkłada pieczątkę. Zamyka segregator. Wyłącza komputer.
Już ma wychodzić, gdy do okienka podjeżdża inteligentna lodówka.
— Dzień dobry.
— Urząd zamknięty.
— Chciałam odnowić dzierżawę.
— Jutro.
— Ale mój adres wygasa dzisiaj!
— System powinien był go wcześniej odnowić.
— Próbowałam.
— I co?
— Nie udało się.
— Dlaczego?!
— Bo nie miałam połączenia z siecią.
— A DLACZEGO NIE MIAŁA PANI POŁĄCZENIA?!
— Bo nie miałam adresu IP.
Urzędnik powoli siada.
— Zaraz... Nie miała pani adresu, bo nie mogła się pani połączyć z siecią?
— Tak.
— A nie mogła się pani połączyć z siecią, bo nie miała pani adresu?
— Tak.
— ...
— Czy mogę zadać jeszcze jedno pytanie?
— NIE.
— Ale to ważne.
— JAKIE?!
— Czy widział pan moje mleko?
— PROSZĘ PANI, JA ROZDAJĘ ADRESY, A NIE NABIAŁ!!!
— To dlaczego na drzwiach jest napisane „DHCP”?
— BO TO SKRÓT OD DYNAMIC HOST CONFIGURATION PROTOCOL!
— Aha.
Chwila ciszy.
— Czyli nie od Dostawa Herbaty, Chleba i Produktów?
Urzędnik patrzy na pieczątkę. Patrzy na segregator. Patrzy na lodówkę.
— OD JUTRA PRACUJĘ W DNS. TAM PRZYNAJMNIEJ SZUKAJĄ TEGO, CO JEST POD JAKĄ NAZWĄ!
Z sąsiedniego okienka ktoś krzyczy:
— NIECH PAN NIE PRZYCHODZI! MY TU OD RANA SZUKAMY SERWERA, KTÓRY NIE ISTNIEJE!
— TO JA JUŻ WOLĘ ROZWIESZAĆ PRANIE!!! 🤣🤣
Na następnej wycieczce możemy odwiedzić przewoźników TCP i UDP. Jeden nie ruszy bez pokwitowania, a drugi już dawno odjechał, tylko nikt nie wie dokąd.
Urząd komunikacji informuje, że wydawanie adresów zostaje czasowo wstrzymane. Zabrakło tonera do pieczątek.