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<h1><center>VRRP协议&DHCP协议</center></h1>
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> 作者：行癫
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<h3>第一节：VRRP原理与配置</h3>
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<h4>一：VRRP技术概述</h4>
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<h5>1.单网关面临的问题</h5>
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当网关Router出现故障时，本网段内以该设备为网关的主机都不能与Internet进行通信
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<img src="https://xingdian-image.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/xingdian-image/image-20220217112100632.png" alt="image-20220217112100632" style="zoom:80%;" />
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<h5>2.VRRP概述</h5>
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通过把几台路由设备联合组成一台虚拟的“路由设备”，使用一定的机制保证当主机的下一跳路由设备出现故障时，及时将业务切换到备份路由设备，从而保持通讯的连续性和可靠性
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<img src="https://xingdian-image.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/xingdian-image/image-20220217112216574.png" alt="image-20220217112216574" style="zoom:80%;" />
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VRRP的运行结果是在局域网上提供一个虚拟路由器
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**本例中：**
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局域网中有两个路由器R1和R2，R1端口IP地址为192.168.1.251/24，R2端口IP地址为192.168.1.252/24
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配置R1和R2关联到同一个虚拟路由器，该虚拟路由器使用192.168.1.254做为端口IP地址
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所有的PC使用192.168.1.254做为默认网关
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<h5>3.VRRP的基本概念</h5>
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VRRP路由器：运行VRRP协议的路由器，如R1和R2。VRRP是配置在路由器的接口上的，而且也是基于接口来工作的
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VRID：一个VRRP组（VRRP Group）由多台协同工作的路由器（的接口）组成，使用相同的VRID（Virtual Router Identifier，虚拟路由器标识符）进行标识。属于同一个VRRP组的路由器之间交互VRRP协议报文并产生一台虚拟“路由器”。一个VRRP组中只能出现一台Master路由器
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虚拟路由器：VRRP为每一个组抽象出一台虚拟“路由器”（Virtual Router），该路由器并非真实存在的物理设备，而是由VRRP虚拟出来的逻辑设备。一个VRRP组只会产生一台虚拟路由器
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虚拟IP地址及虚拟MAC地址：虚拟路由器拥有自己的IP地址以及MAC地址，其中IP地址由网络管理员在配置VRRP时指定，一台虚拟路由器可以有一个或多个IP地址，通常情况下用户使用该地址作为网关地址。而虚拟MAC地址的格式是“0000-5e00-01xx”，其中xx为VRID
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Master路由器：“Master路由器”在一个VRRP组中承担报文转发任务。在每一个VRRP组中，只有Master路由器才会响应针对虚拟IP地址的ARP Request。Master路由器会以一定的时间间隔周期性地发送VRRP报文，以便通知同一个VRRP组中的Backup路由器关于自己的存活情况
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Backup路由器：也被称为备份路由器。Backup路由器将会实时侦听Master路由器发送出来的VRRP报文，它随时准备接替Master路由器的工作
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Priority：优先级值是选举Master路由器和Backup路由器的依据，优先级取值范围0-255，值越大越优先，值相等则比较接口IP地址大小，大者优先
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<h5>4.VRRP报文格式</h5>
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VRRP只有一种报文，即Advertisement报文，基于组播方式发送，因此只能在同一个广播域传递。 Advertisement报文的目的组播地址为224.0.0.18
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Ver：VRRP目前有两个版本，其中VRRPv2仅适用于IPv4网络，VRRPv3适用于IPv4和IPv6两种网络
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Virtual Rtr ID：该报文所关联的虚拟路由器的标识
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Priority：发送该报文的VRRP路由器的优先级
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Count IP Addrs：该VRRP报文中所包含的虚拟IP地址的数量
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Auth Type：VRRP支持三种认证类型：不认证、纯文本密码认证、MD5方式认证，对应值分别为0、1、2
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Adver Int：发送VRRP通告消息的间隔。默认为1秒
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IP Address：所关联的虚拟路由器的虚拟IP地址，可以为多个
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Authentication Data：验证所需要的密码信息
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<h5>5.VRRP定时器</h5>
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**在VRRP协议工作过程中，VRRP定义了两个定时器：**
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ADVER_INTERVAL定时器：Master发送VRRP通告报文时间周期，缺省值为1秒
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MASTER_DOWN定时器：Backup设备监听该定时器超时后，会变为Master状态
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**MASTER_DOWN定时器计算公式如下：**
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MASTER_DOWN =（3* ADVER_INTERVAL）+ Skew_time（偏移时间）
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其中，Skew_Time=（256–Priority）/256
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<h4>二：VRRP技术原理</h4>
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<h5>1.VRRP状态机</h5>
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VRRP协议状态机有三种状态：Initialize（初始状态）、Master（活动状态）、Backup（备份状态）
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一个Startup事件可以由系统在VRRP配置完成后自动触发，也可以是在已经配置VRRP的端口上，底层链路由不可用变为可用而触发
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<h5>2.VRRP协议状态</h5>
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**Master状态**
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定期（ADVER_INTERVAL）发送VRRP报文
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以虚拟MAC地址响应对虚拟IP地址的ARP请求
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转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文
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默认允许ping通虚拟IP地址
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当多台设备同时为Master时，若设备收到与自己优先级相同的报文时，会进一步比较IP地址的大小。如果收到报文的源IP地址比自己大，则切换到Backup状态，否则保持Master状态
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**Backup状态**
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接收Master设备发送的VRRP报文，判断Master设备的状态是否正常
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对虚拟IP地址的ARP请求，不做响应
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丢弃目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文
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丢弃目的IP地址为虚拟IP地址的IP报文
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如果收到优先级和自己相同或者比自己优先级大的报文时，重置MASTER_DOWN定时器，不进一步比较IP地址的大小
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<h5>3.VRRP主备选举</h5>
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**VRRP优先级不相等时主备选举过程**
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R1的接口VRRP优先级为200，R2的接口VRRP优先级为100，两台设备完成初始化后首先切换至Backup状态
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R1与R2根据各自MASTER_DOWN定时器超时时间由Backup切换到Master状态，所以R1比R2更快切换至Master状态
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R1和R2通过相互发送VRRP报文进行Master选举，优先级高的被选举为Master设备，因此R1被选为Master路由器
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R1被选举为Master路由器后，立即发送免费ARP报文将虚拟MAC地址通告给与它连接的设备和主机
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**注意：**
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初始创建VRRP的设备工作在Initialize状态，收到接口Up的消息后，若此设备的优先级小于255，则会先切换至Backup状态，等待MASTER_DOWN定时器超时后再切换至Master状态
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如果优先级高的设备先启动，优先级低的设备后启动，则优先级高的设备先进入Master状态，优先级低的设备收到高优先级的VRRP通告报文，自己仍处于Backup状态
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如果优先级低的先启动，优先级高的后启动，则优先级低的先由Backup状态切换为Master状态，优先级高的设备收到优先级低的VRRP通告报文，重新进行选举，将优先级高的设备切换为Master状态
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**VRRP优先级相等时主备选举过程**
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R1与R2的GE0/0/0接口VRRP优先级都是200，两台设备完成初始化后首先切换至Backup状态
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由于优先级相同，R1与R2的MASTER_DOWN定时器超时后，同时由Backup状态切换至Master状态
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R1与R2交换VRRP报文，优先级一样，通过比较接口IP地址选举Master路由器，由于R2的接口IP地址大于R1的接口IP地址，因此R2被选举为Master路由器
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R2被选举为Master路由器后，立即发送免费ARP报文将虚拟MAC地址通告给与它连接的设备和主机
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**注意：**
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初始创建VRRP的设备工作在Initialize状态，收到接口Up的消息后，若此设备的优先级小于255，则会先切换至Backup状态，等待MASTER_DOWN定时器超时后再切换至Master状态
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如果优先级高的设备先启动，优先级低的设备后启动，则优先级高的设备先进入Master状态，优先级低的设备收到高优先级的VRRP通告报文，自己仍处于Backup状态
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如果优先级低的先启动，优先级高的后启动，则优先级低的先由Backup状态切换为Master状态，优先级高的设备收到优先级低的VRRP通告报文，重新进行选举，将优先级高的设备切换为Master状态
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当路由器接口被配置为VRRP的IP地址拥有者时（接口IP地址与Virtual IP相同），路由器无需等待任何定时器超时，可以直接切换至Master状态
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**配置为IP地址拥有者时主备选举过程**
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R1与R2的GE0/0/0接口VRRP优先级都采用默认配置（默认为100），但是R1的GE0/0/0接口IP地址与Virtual IP地址相同
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R1的GE0/0/0接口直接切换至Master状态，R1成为Master路由器
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**注意：**
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通常情况下，VRRP路由器的接口IP地址不会与虚拟路由器的IP地址重叠，也就是说我们会为虚拟路由器单独规划一个IP地址，而不会使用某台路由器的接口IP地址。当然也存在一个特殊的情况，例如在某些网络中IP地址资源比较紧缺，那么也有可能会将某台路由器的接口IP地址用于虚拟路由器，此时该路由器将无条件成为Master
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无法手动将VRRP接口优先级配置为255，当接口IP地址为IP地址拥有者时，优先级自动成为255
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<h5>4.VRRP主备切换</h5>
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当Master设备主动放弃Master地位（如Master设备退出备份组）时，会发送优先级为0的通告报文，用来使Backup设备快速切换成Master设备，而不用等到MASTER_DOWN定时器超时。这个切换的时间称为Skew_time
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当Master设备发生网络故障而不能发送通告报文的时候，Backup设备并不能立即知道其工作状况。等到MASTER_DOWN定时器超时后，才会认为Master设备无法正常工作，从而将状态切换为Master
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<h5>5.VRRP主备回切</h5>
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正常情况下，由Master设备负责转发用户报文，如图所示，所有用户流量通过R1到达Internet。
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当R1出现故障时，网络会重新进行VRRP主备选举，如图所示，此时R2会成为新的Master设备负责转发用户报文
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当R1从故障恢复后，网络将重新进行VRRP主备选举，由于R1的优先级大于R2，所以R1又重新成为新的Master设备负责转发用户报文
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**VRRP抢占模式（Preempt Mode） ：**
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抢占模式（默认激活）：如果Backup路由器激活了抢占功能，那么当它发现Master路由器的优先级比自己更低时，它将立即切换至Master状态，成为新的Master路由器
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非抢占模式：如果Backup路由器没有激活抢占功能，那么即使它发现Master路由器的优先级比自己更低，也只能依然保持Backup状态，直到Master路由器失效
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<h4>三：VRRP典型应用</h4>
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<h5>1.VRRP负载分担</h5>
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通过创建多个虚拟路由器，每个物理路由器在不同的VRRP组中扮演不同的角色，不同虚拟路由器的Virtual IP作为不同的内网网关地址可以实现流量转发负载分担
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<h5>2.VRRP监视上行端口</h5>
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VRRP可监视（Track）上行端口状态，当设备感知上行端口或者链路发生故障时，可主动降低VRRP优先级，从而保证上行链路正常的Backup设备能够通过选举切换为Master状态，指导报文转发
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如果用户未配置VRRP监视上行端口，则当VRRP备份组中的Master设备R1的上行接口或者链路出现故障时，VRRP备份组无法感知，Master无法向外转发流量。但是由于主备不会发生切换，导致出现流量黑洞
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<h5>3.VRRP与BFD联动</h5>
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通过配置VRRP与BFD联动，当Backup设备通过BFD感知故障发生之后，不再等待Master_Down_Timer计时器超时而会在BFD检测周期结束后立即切换VRRP状态，此时可以实现毫秒级的主备切换
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当VRRP备份组之间的链路出现故障时，由于此时VRRP报文无法正常交互，Backup设备需要等待Master_Down_Timer计时器超时后才会切换为Master设备，在等待切换期间内，业务流量仍会发往Master设备，此时会造成业务流量丢失
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通过在Master设备和Backup设备之间建立BFD会话并与VRRP备份组进行绑定，由BFD机制快速检测VRRP备份组之间的通信故障，并在出现故障时及时通知VRRP备份组进行主备切换，从而大大减少应用中断时间
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在普通BFD联动中，VRRP备份组会根据BFD会话的状态进行优先级调整，并根据调整后的优先级判断是否进行主备切换。在实际应用中，通常Master设备配置延时抢占，而Backup设备配置立即抢占，当Backup设备检测到BFD会话状态出现DOWN后，通过增加自身优先级大于Master优先级实现快速切换，当故障排除，BFD会话状态出现UP时，新的Master通过减小自己的优先级，发送vrrp通告报文，经过延迟时间后再次切换为Backup
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<h5>4.VRRP与MSTP结合应用</h5>
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MSTP是将一个或多个VLAN映射到一个生成树的实例，若干个VLAN共用一个生成树，MSTP可以实现负载均衡
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VRRP配置网关可以灵活根据网络拓扑变化而自动切换，提高网络可靠性
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VRRP+MSTP可以在实现负载分担的同时保证网络冗余备份
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<h4>四：VRRP基本配置</h4>
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<h5>1.VRRP常用配置命令</h5>
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<h5>2.VRRP基础配置实例</h5>
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**配置要求：**
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R1与R2组成一个VRRP备份组，其中R1为Master，R2为Backup
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Master设备故障恢复时采用抢占模式，抢占延时10秒
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Master设备监视上行接口状态实现VRRP主备自动切换
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**配置：**
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```shell
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[R1] interface GigabitEthernet0/0/0
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[R1-GigabitEthernet0/0/0] ip address 192.168.1.253 24
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[R1-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254
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[R1-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 priority 120
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[R1-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 10
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[R1-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/1 reduced 30
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```
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```shell
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[R2] interface GigabitEthernet0/0/0
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[R2-GigabitEthernet0/0/0] ip address 192.168.1.252 24
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[R2-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254
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[R2-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 priority 110
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```
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**VRRP基础配置验证**
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```shell
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[R1]display vrrp
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GigabitEthernet0/0/0 | Virtual Router 1 #VRRP组ID为 1
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State : Master #本设备在组中状态为Master
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Virtual IP : 192.168.1.254
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Master IP : 192.168.1.253
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PriorityRun : 120 #接口在本VRRP组中优先级为120
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PriorityConfig : 120
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MasterPriority : 120
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Preempt : YES Delay Time : 10 s #开启抢占模式，且延迟时间为10秒
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TimerRun : 1 s
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TimerConfig : 1 s
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Auth type : NONE
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Virtual MAC : 0000-5e00-0101
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Check TTL : YES
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Config type : normal-vrrp
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Track IF : GigabitEthernet0/0/1 Priority reduced : 30
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IF state : UP
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```
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```shell
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[R2]display vrrp
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GigabitEthernet0/0/0 | Virtual Router 1
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State : Backup #本设备在组中状态为Backup
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Virtual IP : 192.168.1.254
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Master IP : 192.168.1.253
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PriorityRun : 110 #接口在本VRRP组中优先级为110
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PriorityConfig : 110
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MasterPriority : 120
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Preempt : YES Delay Time : 0 s #开启抢占模式，延迟时间为0秒
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TimerRun : 1 s
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TimerConfig : 1 s
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Auth type : NONE
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Virtual MAC : 0000-5e00-0101
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Check TTL : YES
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Config type : normal-vrrp
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```
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<h3>第二节：DHCP原理与配置</h3>
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<h4>一：DHCP产生背景</h4>
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<h5>1.手工配置网络参数存在的问题</h5>
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**手工配置网络参数存在以下问题：**
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灵活性差
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容易出错
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IP地址资源利用率低
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工作量大
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人员素质要求高
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<img src="https://xingdian-image.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/xingdian-image/image-20220217123435583.png" alt="image-20220217123435583" style="zoom:50%;" />
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手工配置主机IP地址、网络掩码、网关地址、DNS服务器地址等网络参数时，需要经过地址规划、地址分配、地址配置、地址维护等复杂的操作流程。这使地址分配灵活性差，IP地址资源利用低，同时较大的工作量导致配置容易出错，对人员素质要求较高
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<h5>2.DHCP的基本概念</h5>
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DHCP是一种用于集中对用户IP地址进行动态管理和配置的协议
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DHCP采用C/S(Client/Server，客户端/服务器)通信模式，协议报文基于UDP的方式进行交互，采用67（DHCP服务器）和68（DHCP客户端）两个端口号：正常工作时由客户端向服务器提出配置申请；服务器返回为客户端分配的IP地址等相应的配置信息
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**DHCP相对于手工配置有如下优点：**
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效率高
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灵活性强
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易于管理
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网络终端设备，例如主机、打印机、笔记本电脑、手机和AP，作为DHCP客户端，向DHCP服务器请求分配相关网络参数。DHCP服务器响应DHCP客户端请求进行动态分配
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<h4>二：DHCP工作原理与配置</h4>
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<h5>1.DHCP客户端首次接入网络的工作原理</h5>
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**发现阶段，即DHCP客户端发现DHCP服务器的阶段**
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DHCP客户端发送DHCP DISCOVER报文来发现DHCP服务器。DHCP DISCOVER报文中携带了客户端的MAC地址、需要请求的参数列表选项、广播标志位等信息
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**提供阶段，即DHCP服务器提供网络配置信息的阶段**
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服务器接收到DHCP DISCOVER报文后，选择跟接收DHCP DISCOVER报文接口的IP地址处于同一网段的地址池，并且从中选择一个可用的IP地址，然后通过DHCP OFFER报文发送给DHCP客户端
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**选择阶段，即DHCP客户端选择IP地址的阶段**
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如果有多个DHCP服务器向DHCP客户端回应DHCP OFFER报文，则DHCP客户端一般只接收第一个收到的DHCP OFFER报文，然后以广播方式发送DHCP REQUEST报文，该报文中包含客户端想选择的DHCP服务器标识符和客户端IP地址
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**确认阶段，即DHCP服务器确认所分配IP地址的阶段**
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DHCP客户端收到DHCP ACK报文，会广播发送免费ARP报文，探测本网段是否有其他终端使用服务器分配的IP地址
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<h5>2.DHCP报文格式</h5>
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**重要字段说明：**
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Op（op code)：表示报文的类型，取值为1或2，1：客户端请求报；服务器响应报文
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Secs（seconds）：由客户端填充，表示从客户端开始获得IP地址或IP地址续借后所使用了的秒数，缺省值为3600s
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Flags：客户端请求服务器发送响应报文的形式，只有最高位有意义，其余15位置0。最高位为0时请求发送单播响应，最高位为1时请求发送广播响应
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Yiaddr（your client ip address）：表示服务器分配给客户端的IP地址。当服务器进行DHCP响应时，将分配给客户端的IP地址填入此字段
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Siaddr（server ip address）：DHCP服务器的IP地址
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Chaddr（client hardware address）：客户端的MAC地址
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Options：DHCP通过此字段包含了服务器分配给终端的配置信息
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Htype （hardware type）: 表示硬件地址的类型
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Hlen（hardware length）: 表示硬件地址的长度
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Hops（hops）: 表示当前DHCP报文经过的DHCP Relay数目。该字段由客户端设置为0，每经过一个DHCP Relay时，该字段加1。此字段的作用是限制DHCP报文所经过的DHCP Relay数目
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Xid：表示DHCP客户端选取的随机数，使DHCP服务器的回复与DHCP客户端的报文相关联
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Sname（server host name）: 表示客户端获取配置信息的服务器名字。此字段由DHCP服务器填写，是可选的。如果填写，必须是一个以0结尾的字符串
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File（file name）: 表示客户端启动DHCP相关配置的文件名。此字段由DHCP服务器填写，随着DHCP地址分配的同时下发至客户端。本字段是可选的，如果填写，必须是一个以0结尾的字符串
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<h5>3.Options预定义选项字段介绍</h5>
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DHCP报文中Options字段为可变长度字段，最多为312Byte，此字段包含了DHCP报文类型，服务器分配给终端的配置信息，如网关IP地址，DNS服务器的IP地址，客户端可以使用IP地址的有效租期等信息
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Options字段由Type、Length和Value三部分组成。其中Type字段取值范围1~255。常见的Options如下表所示：
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| **Type** | **Length (**Byte) | **Value** | **作用** |
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| -------- | ----------------- | ---------------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| 1 | 4 | Subnet Mask | 设置子网掩码选项。 |
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| 3 | 4 | Router(网关) | 设置网关地址选项。 |
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| 50 | 4 | Requested IP Address | 设置请求IP地址选项。 |
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| 51 | 4 | IP Address Lease Time | 设置IP地址租约时间选项。 |
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| 53 | 1 | Message Type | 设置DHCP消息类型。 |
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| 54 | 4 | DHCP Server Identifier | 设置服务器标识。 |
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| 55 | 9 | Parameter Request List | 设置请求选项列表。客户端利用该选项指明需要从服务器获取哪些网络配置参数。 |
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| 58 | 4 | Rebinding Time Value | 设置续约T1时间，一般是租期时间的50%。 |
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| 59 | 4 | Renewal Time Value | 设置续约T2时间。一般是租期时间的87.5%。 |
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<h5>4.DHCP的消息类型</h5>
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DHCP报文通过Options选项中的Type=53来表示DHCP的报文类型。如下图所示，当Type=53，Length=1，Value取值从01到08分别表示不同的DHCP报文类型
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1-DHCP DISCOVER：DHCP客户端首次登录网络时进行DHCP交互过程发送的第一个消息，用来寻找DHCP服务器
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2-DHCP OFFER：DHCP服务器用来响应DHCP DISCOVER消息，此消息携带了各种配置信息
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3-DHCP REQUEST：DHCP客户端广播请求回应DHCP服务器OFFER消息；DHCP客户端重启广播确认之前的IP地址等配置信息；续租
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4-DHCP DECLINE：当客户端发现服务器分配给它的IP地址发生冲突时会通过发送此消息来通知服务器
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5-DHCP ACK：DHCP服务器对客户端的DHCP REQUEST消息的确认响应消息
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6-DHCP NAK：服务器对客户端的DHCP REQUEST消息的拒绝响应消息
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7-DHCP RELEASE：客户端可通过发送此消息主动释放服务器分配给它的IP地址
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8-DHCP INFORM：DHCP客户端获取IP地址后，如果需要向DHCP服务器获取更为详细的配置信息（网关地址、DNS服务器地址），则向DHCP服务器发送DHCP INFORM请求消息
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<h5>5.Options自定义选项字段介绍</h5>
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除了标准协议中规定的字段选项外，还有部分选项内容没有统一规定，统称为用户自定义选项，例如Option 82和Option 43
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**Option 82称为中继代理信息选项**
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Option 82中可以包含最多255个Sub-Option，若定义了Option 82，至少要定义一个Sub-Option
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DHCP中继或DHCP Snooping设备接收到DHCP客户端发送给DHCP服务器的请求报文后，在该报文中添加Option 82，并转发给DHCP服务器。管理员可以从Option 82中获得DHCP客户端的信息，例如DHCP客户端所连接交换机端口的VLAN ID、二层端口号、中继设备的MAC地址等
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**Option 43称为厂商特定信息选项**
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DHCP服务器和DHCP客户端通过Option 43交换厂商特定的信息。当DHCP服务器接收到请求Option 43信息的DHCP请求报文（Option 55中带有Option 43参数）后，将在回复报文中携带Option 43，为DHCP客户端分配厂商指定的信息
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在WLAN组网中，AP作为DHCP客户端，DHCP服务器可以为AP指定AC的IP地址，以方便AP与AC建立连接
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<h5>6.Option 43应用举例</h5>
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在WLAN三层组网中，当AP上线时，需要获取AC的IP地址，并与AC之间建立CAPWAP隧道
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AP的IP地址通过DHCP服务器分配，当AC的IP地址与AP不在同一个广播域，AP无法通过广播的方式获取AC的IP地址，则CAPWAP隧道无法建立成功
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AP通过DHCP报文中的Option 43选项字段获取AC的IP地址，当AP获取AC的IP地址后，可以进一步完成CAPWAP隧道的建立，从而实现AP上线
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AC的IP地址是10.23.101.2，AP所在网络的网关地址为10.23.100.1，AP通过DHCP的方式从IP地址池Huawei1中获取IP地址，DHCP服务器通过option 43选项字段向AP通告AC的IP地址
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<h5>7.DHCP地址续租</h5>
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DHCP服务器给每个分配给客户端的IP地址定义一个使用期限，该使用期限被称为租期。在租期到期前，DHCP客户端如果仍需要使用该IP地址，可以请求延长租期；如果不需要，可以主动释放该IP地址。在没有其他空闲地址可用的情况下，DHCP服务器会把客户端主动释放的IP地址分配给其他客户端
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DHCP客户端根据IP地址的剩余租期的不同而产生不同形式的续租请求
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当租期达到50%（T1）时，DHCP客户端会自动以单播的方式向DHCP服务器发送DHCP REQUEST报文，请求更新IP地址租期。如果收到DHCP服务器回应的DHCP ACK报文，则租期更新成功
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当租期达到87.5%（T2）时，如果仍未收到DHCP服务器的应答，DHCP客户端会自动以广播的方式向DHCP服务器发送DHCP REQUEST报文，请求更新IP地址租期。如果收到DHCP服务器回应的DHCP ACK报文，则租期更新成功
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如果租期时间到时都没有收到服务器的回应，客户端停止使用此IP地址，重新发送DHCP DISCOVER报文请求新的IP地址
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**注意：**
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DHCP客户端无论在T1还是T2时刻发送DHCP REQUEST报文后，如果收到DHCP NAK报文，则重新发送DHCP DISCOVER报文请求新的IP地址
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客户端在租期时间到之前，如果用户不想使用分配的IP地址（例如客户端网络位置需要变更），会触发DHCP客户端向DHCP服务器发送DHCP RELEASE报文，通知DHCP服务器释放IP地址的租期。DHCP服务器会保留这个DHCP客户端的配置信息，将IP地址列为曾经分配过的IP地址中，以便后续重新分配给该客户端或其他客户端。客户端可以通过发送DHCP INFORM报文向服务器请求更新配置信息
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<h5>8.DHCP客户端重用曾经使用过的地址</h5>
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DHCP客户端非首次接入网络时，可以重用曾经使用过的地址。例如，网络中的主机作为DHCP客户端，在关机再开机的过程中，需要重新获取相关网络参数，则可以请求分配曾经使用过的IP地址
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**选择阶段**
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客户端广播发送包含前一次分配的IP地址的DHCP REQUEST报文，报文中的Option 50（请求的IP地址选项）字段填入曾经使用过的IP地址
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**确认阶段**
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DHCP服务器收到DHCP REQUEST报文后，根据DHCP REQUEST报文中携带的MAC地址来查找有没有相应的租约记录。如果有则返回DHCP ACK报文，通知DHCP客户端可以继续使用这个IP地址，如果没有租约记录，则不响应
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<h5>9.DHCP分配IP地址顺序</h5>
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DHCP服务器的数据库中与客户端MAC地址静态绑定的IP地址
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客户端以前曾经使用过的IP地址，即客户端发送的请求报文中请求IP地址选项的地址
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在DHCP地址池中，顺序查找可供分配的空闲IP地址，最先找到的IP地址
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如果在DHCP地址池中未找到可供分配的空闲IP地址，则依次查询超过租期、发生冲突的IP地址，如果找到可用的IP地址，则进行分配，否则报告错误
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<h5>10.DHCP配置命令介绍</h5>
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<h5>11.DHCP配置举例</h5>
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**实验要求：**
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采用基于全局地址池的方式为PC1分配IP地址
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**配置：**
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```shell
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[R1]DHCP enable
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[R1]ip pool HW
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[R1-ip-pool-HW]gateway-list 192.168.1.1
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[R1-ip-pool-HW]network 192.168.1.0 mask 24
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[R1-ip-pool-HW]excluded-ip-address 192.168.1.200 192.168.1.254
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[R1]interface GigabitEthernet 0/0/0
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[R1-GigabitEthernet0/0/0]DHCP select global #选择全局地址池
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```
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**实验要求：**
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采用基于接口地址池的方式为PC2和PC3分配IP地址，且PC3获取固定的IP地址
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**配置：**
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```shell
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[R1]interface GigabitEthernet 0/0/1
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[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip address 192.168.2.1 24
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[R1-GigabitEthernet0/0/1]DHCP select interface #选择接口地址池
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[R1-GigabitEthernet0/0/1]DHCP server excluded-ip-address 192.168.2.254
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[R1-GigabitEthernet0/0/1]DHCP server static-bind ip-address 192.168.2.2 mac-address 00e0-fc00-00aa #为PC3分配固定的IP地址
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```
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**DHCP配置结果**
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```sheell
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[R1]display ip pool
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Pool-name : HW
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Gateway-0 : 192.168.1.1
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Mask : 255.255.255.0
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IP address Statistic
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Total: 253
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Used: 2 Idle: 198
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Expired: 0 Conflict: 0 Disable: 55
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```
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```shell
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PC3>ipconfig
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IPv4 address......................: 192.168.2.2
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Subnet mask.......................: 255.255.255.0
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Gateway...........................: 192.168.2.1
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Physical address..................: 54-89-98-86-2B-F4
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```
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**根据IP地址的使用情况，地址池中的IP地址可以分为多种状态：**
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Used：表示此IP地址已使用
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Idle：表示此IP地址处于空闲状态
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Expired：表示此IP地址租期已过，处于空闲状态
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Conflict：表示此IP地址与网络上其他地址冲突
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Disable：表示此IP地址无法使用
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<h4>三：DHCP Relay工作原理与配置</h4>
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<h5>1.什么是DHCP Relay</h5>
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随着网络规模的不断扩大，网络设备不断增多，企业内不同的用户可能分布在不同的网段，一台DHCP服务器在正常情况下无法满足多个网段的地址分配需求。如果还需要通过DHCP服务器分配IP地址，则需要跨网段发送DHCP报文
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DHCP Relay即DHCP中继，它是为解决DHCP服务器和DHCP客户端不在同一个广播域而提出的，提供了对DHCP广播报文的中继转发功能，能够把DHCP客户端的广播报文“透明地”传送到其它广播域的DHCP服务器上，同样也能够把DHCP服务器端的应答报文“透明地”传送到其它广播域的DHCP客户端
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<h5>2.DHCP Relay报文格式</h5>
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DHCP Relay主要负责转发DHCP客户端与DHCP服务器之间的DHCP报文，所以DHCP Relay的报文格式只是把DHCP的报文部分字段做了相应的修改，报文格式没有发生变化
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Hops：表示当前的DHCP报文经过的DHCP中继的数目。该字段由客户端或服务器设置为0，每经过一个DHCP中继时，该字段加1
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Giaddr(gateway ip address)：表示第一个DHCP中继的IP地址。当客户端发出DHCP请求时，第一个DHCP中继在将DHCP请求报文转发给DHCP服务器时，会把自己的IP地址填入此字段
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<h5>3.DHCP Relay工作原理</h5>
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**有中继场景时DHCP客户端首次接入网络的工作原理：**
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发现阶段：DHCP中继接收到DHCP客户端广播发送的DHCP DISCOVER报文后，通过路由转发将DHCP报文单播发送到DHCP服务器或下一跳中继
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提供阶段：DHCP服务器根据DHCP DISCOVER报文中的Giaddr字段选择地址池为客户端分配相关网络参数，DHCP中继收到DHCP OFFER报文后，以单播或广播方式发送给DHCP Client
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选择阶段：中继接收到来自客户端的DHCP REQUEST报文的处理过程同“发现阶段”
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确认阶段：中继接收到来自服务器的DHCP ACK报文的处理过程同“提供阶段”
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**注意：**
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DHCP中继收到DHCP DISCOVER报文后，处理规则为：
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检查DHCP报文中的Hops字段，如果大于16，则丢弃DHCP报文；否则，将Hops字段加1（表明经过一次DHCP中继），并继续下面的操作
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检查DHCP报文中的Giaddr字段。如果是0，将Giaddr字段设置为接收DHCP DISCOVER报文的接口IP地址。如果不是0，则不修改该字段，继续下面的操作
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将DHCP报文的目的IP地址改为DHCP服务器或下一跳中继的IP地址，源地址改为中继连接客户端的接口地址，通过路由转发将DHCP报文单播发送到DHCP服务器或下一跳中继
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DHCP服务器接收到DHCP DISCOVER报文后，选择与报文中Giaddr字段为同一网段的地址池，并为客户端分配IP地址等参数，然后向Giaddr字段标识的DHCP中继单播发送DHCP OFFER报文，DHCP中继收到DHCP OFFER报文后，会进行如下处理：
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检查报文中的Giaddr字段，如果不是接口的地址，则丢弃该报文；否则，继续下面的操作
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DHCP中继检查报文的广播标志位。如果广播标志位为1，则将DHCP OFFER报文广播发送给DHCP客户端；否则将DHCP OFFER报文单播发送给DHCP客户端
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<h5>4.DHCP Relay配置命令</h5>
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**DHCP Relay配置举例**
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**配置要求：**
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R1通过DHCP获取IP地址
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R2的GE0/0/0接口开启DHCP Relay功能，并且指定DHCP Server的IP地址为10.1.1.2
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R3创建地址池名字为”HW-1”，地址范围为192.168.10/24，网关为192.168.1.1
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**配置：**
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```shell
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[R1]interface GigabitEthernet0/0/0
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[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip address DHCP-alloc
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[R1-GigabitEthernet0/0/0]quit
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```
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```shell
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[R2]DHCP server group HW
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[R2-DHCP-server-group-HW]DHCP-server 10.1.1.2
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[R2-DHCP-server-group-HW]quit
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[R2]interface GigabitEthernet 0/0/1
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[R2-GigabitEthernet0/0/1]ip address 10.1.1.1 24
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[R2-GigabitEthernet0/0/1]quit
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[R2]interface GigabitEthernet 0/0/0
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[R2-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.1.1 24
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[R2-GigabitEthernet0/0/0]DHCP select relay
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[R2-GigabitEthernet0/0/0]DHCP relay server-select HW
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[R2-GigabitEthernet0/0/0]quit
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|
```
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|
```shell
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[R3]ip pool HW-1
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[R3-ip-pool-HW-1]network 192.168.1.0 mask 24
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[R3-ip-pool-HW-1]gateway-list 192.168.1.1
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[R3-ip-pool-HW-1]quit
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[R3]interface GigabitEthernet 0/0/1
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[R3-GigabitEthernet0/0/1]ip address 10.1.1.2 24
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[R3-GigabitEthernet0/0/1]DHCP select global
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[R3-GigabitEthernet0/0/1]quit
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[R3]ip route-static 192.168.1.0 255.255.255.0 10.1.1.1
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|
```
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**DHCP Relay配置验证**
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查看R1的GE0/0/0接口获取到的IP地址信息：
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```shell
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<R1>display DHCP client
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DHCP client lease information on interface GigabitEthernet0/0/0 :
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Current machine state : Bound
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Internet address assigned via : DHCP
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Physical address : 00e0-fce6-4691
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IP address : 192.168.1.254
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Subnet mask : 255.255.255.0
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Gateway ip address : 192.168.1.1
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DHCP server : 10.1.1.2
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……
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```
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|
查看R2 DHCP Relay信息：
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|
```shell
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<R2>display DHCP relay all
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DHCP relay agent running information of interfaceGigabitEthernet0/0/0 :
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Server group name : HW
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Gateway address in use : 192.168.1.1
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<R2>display DHCP relay statistics
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The statistics of DHCP RELAY:
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DHCP packets received from clients : 2
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DHCP packets sent to clients : 2
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DHCP packets received from servers : 2
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DHCP packets sent to servers : 2
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……
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```
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