CN106487948A - 一种dhcp服务管理系统以及dhcp服务管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明申请涉及一种DHCP服务管理系统以及DHCP服务管理方法。本发明申请涉及计算机网络技术领域，尤指实现DHCP地址分配和地址存储技术。一种DHCP服务管理方法，所述方法步骤包括：S100：DHCP服务器收到网元发送的DHCP请求报文；S200：当对所述网元认证通过后，所述DHCP服务器向所述网元发送DHCP响应报文；S300：所述DHCP服务器根据IP地址分配情况建立地址分配表数据库；S400：所述DHCP服务器将所述地址分配表数据库保存至网络存储器和内存；S500：所述DHCP服务器更新所述地址分配表数据库；S600：同步所述网络存储器和内存中的所述地址分配表数据库。

Description

一种DHCP服务管理系统以及DHCP服务管理方法

技术领域

本专利申请涉及计算机网络技术领域，尤指实现DHCP地址分配和地址存储技术。

背景技术

两台及以上连接到互联网上的电脑相互之间通信，必须有各自的IP地址，由于IP地址资源有限，宽带接入运营商不能做到给每个报装宽带的用户都能分配一个固定的IP地址，所以要采用DHCP方式对上网的用户进行临时的地址分配。也就是你的电脑连上网，DHCP服务器才从地址池里临时分配一个IP地址给你，每次上网分配的IP地址可能会不一样，这跟当时IP地址资源有关。下线的时候，DHCP服务器可能就会把这个地址分配给之后上线的其他电脑。这样就可以有效节约IP地址，既保证了网络通信，又提高IP地址的使用率。

DHCP服务器，自动给客户端电脑分配IP地址，分配给客户端的IP地址是有时间限制的，这就是DHCP服务器的IP地址租约时间Lease Time参数，超过了这个时间后，IP地址被DHCP服务器收回，如果需要继续让DHCP服务器分配IP地址，就可能换成其他的IP地址了，也可能继续使用原来的IP地址。

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议)是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址，给用户或者内部网络管理员作为对所有计算机作中央管理的手段，在RFC 2131中有详细的描述。DHCP有3个端口，其中UDP67和UDP68为正常的DHCP服务端口，分别作为DHCP Server和DHCP Client的服务端口；546号端口用于DHCPv6 Client，而不用于DHCPv4，是为DHCP failover服务，这是需要特别开启的服务，DHCP failover是用来做“双机热备”的。

DHCP协议采用客户端/服务器模型，主机地址的动态分配任务由网络主机驱动。当DHCP服务器接收到来自网络主机申请地址的信息时，才会向网络主机发送相关的地址配置等信息，以实现网络主机地址信息的动态配置。DHCP具有以下功能：

1.保证任何IP地址在同一时刻只能由一台DHCP客户机所使用。

2.DHCP应当可以给用户分配永久固定的IP地址。

3.DHCP应当可以同用其他方法获得IP地址的主机共存(如手工配置IP地址的主机)。

4.DHCP服务器应当向现有的BOOTP客户端提供服务。

DHCP协议采用UDP作为传输协议，主机发送请求消息到DHCP服务器的67号端口，DHCP服务器回应应答消息给主机的68号端口。详细的交互过程如图1为DHCP服务器交互过程示意图所示。

现有技术，在DHCP服务器生成或者更新租约的时候，将对应的租约信息保存到响应的数据库中，数据库的类型为关系型数据库(如：Mysql)，当服务器关闭再次启动的时候从数据库中获取对应的租约信息并进行加载以保证租约信息的完整和对应。

中国专利申请号为CN200810216514.5，该发明实施例网元的安装方法，向DHCP服务器发送DHCP客户请求报文，所述DHCP客户请求报文中携带所述待安装网元的网管接口硬件地址；接收所述DHCP服务器返回的DHCP服务器响应报文，其中，所述DHCP服务器根据所述待安装网元的网管接口硬件地址对所述待安装网元认证通过后，返回所述DHCP服务器响应报文；根据所述DHCP服务器响应报文携带的配置信息，安装所述待安装网元，能够简单、方便、灵活、低成本的实现一次进站网元安装，并能支持穿通第三方网络场景下的一次进站网元安装。

现有技术的缺点是，租约信息的更新和保存都是在数据库中进行，关系型数据库在进行读取和写入时会存在一定的性能瓶颈(当业务量极大时)，会造成租约信息的保存不及时以及读取的效率慢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，存储DHCP服务器分配给各个终端的DHCP租约信息，用来持久化保存响应的租约信息，作用是在DHCP服务器进行重启以及进程结束后能够正常加载之前的租约信息。

本发明的目的在于解决租约信息在进行保存更新以及读取时的速度和效率问题，采用内存型的Key-Value数据库对于相应的租约信息进行持久化以改进对应的读取和写入效率，实现DHCP服务器在高并发的情况下，仍然能够以较快的速度进行租约信息的保存和更新。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题：

一种DHCP服务管理方法，所述方法步骤包括：

S100：DHCP服务器收到网元发送的DHCP请求报文；

S200：当对所述网元认证通过后，所述DHCP服务器向所述网元发送DHCP响应报文；

S300：所述DHCP服务器根据IP地址分配情况建立地址分配表数据库；

S400：所述DHCP服务器将所述地址分配表数据库保存至网络存储器和内存；

S500：所述DHCP服务器更新所述地址分配表数据库；

S600：同步所述网络存储器和内存中的所述地址分配表数据库。

进一步，所述的DHCP服务管理方法，所述S100步骤包括如下步骤：

S110：所述DHCP请求报文中携带所述网元的硬件接口地址；

S120：所述DHCP服务器给所述网元分配IP地址，产生租约信息。

进一步，所述的DHCP服务管理方法，所述S200步骤包括如下步骤：

S210：所述DHCP服务器根据所述网元的硬件接口地址对所述网元进行认证；

S220：所述DHCP服务器将所述网元的硬件接口地址对应IP地址下发给所述网元。

进一步，所述的DHCP服务管理方法，所述S300步骤包括如下步骤：

S310：所述IP地址分配情况包括MAC地址、IP地址、租约生成时间、租约约期和租约过期时间；

S320：所述地址分配表数据库，以所述网元的所述MAC地址为Key，以所述MAC地址对应的所述IP地址、租约生成时间、租约约期和租约过期时间为Value，形成日志型Key-Value数据库。

进一步，所述的DHCP服务管理方法，所述S500步骤还包括如下步骤：

S510：所述DHCP服务器查询所述地址分配表数据库，查看租约是否到期；

S520：所述DHCP服务器探测所述租约即将到期的所述网元，是否在线并且处于活跃状态；

S530：当所述网元在线并且处于活跃状态，所述DHCP服务器给所述网元续约所述租期；

S540：所述DHCP服务器将续约情况或者不续约情况更新至所述地址分配表数据库。

本发明还提供了一套用于动态IP地址管理的网络设备：

一种DHCP服务管理系统，至少包括DHCP服务器和网络存储器，

所述DHCP服务器，用于给网元分配和回收IP地址，形成租约信息；

所述网络存储器，用于记录所述网元被分配和回收IP地址，形成地址分配表数据库。

进一步，所述的DHCP服务管理系统，所述网络存储器，用于持久化记录IP地址的租约信息，形成日志型Key-Value数据库。

进一步，所述的DHCP服务管理系统，所述租约信息包含MAC地址、IP地址、租约生成时间、租约约期和租约过期时间，其中，以所述网元的所述MAC地址为Key，以所述MAC地址对应的其他所述租约信息为Value。

进一步，所述的DHCP服务管理系统，所述DHCP服务器包括：接收模块、认证模块和发送模块，

所述接收模块，用于接收网元发送的DHCP请求报文，所述DHCP请求报文中携带所述网元的硬件接口地址；

所述认证模块，用于根据所述网元的硬件接口地址对所述网元进行认证；

所述发送模块，用于当所述认证模块对所述网元认证通过后，向所述网元发送DHCP响应报文。

进一步，所述的DHCP服务管理系统，DHCP服务器还包括：IP地址分配器、续约探测器、IP地址更新器和同步控制器，

所述IP地址分配器，用于给最新要求分配IP地址的所述网元分配IP地址，产生租约信息；

所述续约探测器，用于探测所述租约即将到期的所述网元，是否在线并且处于活跃状态；(查询数据库，看租约是否到期)

所述IP地址更新器，用于给所述租约到期后继续要求分配IP地址的所述网元续约IP地址，更新租约信息；

所述同步控制器，用于同步所述网络存储器中的所述地址分配表数据库与内存中的所述地址分配表数据库。

本发明至少具有以下有益效果之一：

1.本发明克服了原先DHCP服务器进行重启或者非正常关闭后启动时，租约信息的更新和保存都是在数据库中进行，关系型数据库在进行读取和写入时会存在一定的性能瓶颈，当业务量极大时，会造成租约信息的保存不及时以及读取的效率慢的技术问题。

2.本发明赋予DHCP服务管理系统能对于租约信息的采用Key_Value和序列化进行相关的持久化。

3.本发明极大地减轻了对网络设备(DHCP服务器)在大数据量下的读取、写入、装载的压力，提升了系统使用者的用户体验。

4.本发明采用内存型的Key-Value数据库对于DHCP服务器的租约信息进行持久化，且能同步冗余存储在网络存储器和内存中。

5、本发明提供的DHCP服务管理系统，智能化程度强、可靠性高，同时执行效率高、应用范围广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为DHCP服务器交互过程示意图；

图2为本发明第一实施例流程示意图；

图3为本发明第一实施例系统构成示意图；

图4为本发明第一实施例模块示意图。

附图标记说明

1000——DHCP服务管理系统、300——DHCP服务器、400——网络存储器、310——接收模块、320——认证模块、330——发送模块、340——IP地址分配器、350——续约探测器、360——IP地址更新器、370——同步控制器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。

在本申请一个典型的计算硬件配置中，客户端/终端、网络设备和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括处理器，含单核处理器或多核处理器。处理器也可称为一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)等等。更具体地，处理器可为复杂的指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实现其他指令集的处理器，或实现指令集组合的处理器。处理器还可为一个或多个专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器、图形处理器、网络处理器、通信处理器、密码处理器、协处理器、嵌入式处理器、或能够处理指令的任何其他类型的逻辑部件。处理器用于执行本发明所讨论的操作和步骤的指令。

本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括存储器，用于存储大数据，可包括一个或多个易失性存储设备，如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)或其他类型的存储设备。存储器可存储包括由处理器或任何其他设备执行的指令序列的信息。例如，多种操作系统、设备驱动程序、固件(例如，输入输出基本系统或BIOS)和/或应用程序的可执行代码和/或数据可被加载在存储器中并且由处理器执行。

本发明中的客户端、移动终端或网络设备的操作系统可为任何类型的操作系统，例如微软公司的Windows、Windows Phone，苹果公司IOS，谷歌公司的Android，以及Linux、Unix操作系统或其他实时或嵌入式操作系统诸如VxWorks等。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。本发明的设备/系统及方法参见下述实施例：

第一实施例

如图2为本发明第一实施例流程示意图所示：

一种DHCP服务管理方法，所述方法步骤包括：

S100：DHCP服务器收到网元发送的DHCP请求报文；

S200：当对所述网元认证通过后，所述DHCP服务器向所述网元发送DHCP响应报文；

S300：所述DHCP服务器根据IP地址分配情况建立地址分配表数据库；

S400：所述DHCP服务器将所述地址分配表数据库保存至网络存储器和内存；

S500：所述DHCP服务器更新所述地址分配表数据库；

S600：同步所述网络存储器和内存中的所述地址分配表数据库。

优选地，所述的DHCP服务管理方法，所述S100步骤包括如下步骤：

S110：所述DHCP请求报文中携带所述网元的硬件接口地址；

S120：所述DHCP服务器给所述网元分配IP地址，产生租约信息。

优选地，所述的DHCP服务管理方法，所述S200步骤包括如下步骤：

S210：所述DHCP服务器根据所述网元的硬件接口地址对所述网元进行认证；

S220：所述DHCP服务器将所述网元的硬件接口地址对应IP地址下发给所述网元。

优选地，所述的DHCP服务管理方法，所述S300步骤包括如下步骤：

S310：所述IP地址分配情况包括MAC地址、IP地址、租约生成时间、租约约期和租约过期时间；

S320：所述地址分配表数据库，以所述网元的所述MAC地址为Key，以所述MAC地址对应的所述IP地址、租约生成时间、租约约期和租约过期时间为Value，形成日志型Key-Value数据库。

优选地，所述的DHCP服务管理方法，所述S500步骤还包括如下步骤：

S510：所述DHCP服务器查询所述地址分配表数据库，查看租约是否到期；

S520：所述DHCP服务器探测所述租约即将到期的所述网元，是否在线并且处于活跃状态；

S530：当所述网元在线并且处于活跃状态，所述DHCP服务器给所述网元续约所述租期；

S540：所述DHCP服务器将续约情况或者不续约情况更新至所述地址分配表数据库。

本发明还提供了一套用于动态IP地址管理的网络设备，如图3为本发明第一实施例系统构成示意图所示：

一种DHCP服务管理系统1000，至少包括DHCP服务器300和网络存储器400，

所述DHCP服务器300，用于给网元分配和回收IP地址，形成租约信息；

所述网络存储器400，用于记录所述网元被分配和回收IP地址，形成地址分配表数据库。

优选地，所述的DHCP服务管理系统，所述网络存储器400，用于持久化记录IP地址的租约信息，形成日志型Key-Value数据库。

优选地，所述的DHCP服务管理系统，所述租约信息包含MAC地址、IP地址、租约生成时间、租约约期和租约过期时间，其中，以所述网元的所述MAC地址为Key，以所述MAC地址对应的其他所述租约信息为Value。

如图4为本发明第一实施例模块示意图所示，优选地，所述的DHCP服务管理系统，所述DHCP服务器300包括：接收模块310、认证模块320和发送模块330，

所述接收模块310，用于接收网元发送的DHCP请求报文，所述DHCP请求报文中携带所述网元的硬件接口地址；

所述认证模块320，用于根据所述网元的硬件接口地址对所述网元进行认证；

所述发送模块330，用于当所述认证模块对所述网元认证通过后，向所述网元发送DHCP响应报文。

进一步优选地，所述的DHCP服务管理系统，DHCP服务器300还包括：IP地址分配器340、续约探测器350、IP地址更新器360和同步控制器370，

所述IP地址分配器340，用于给最新要求分配IP地址的所述网元分配IP地址，产生租约信息；

所述续约探测器350，用于先查询数据库，看租约是否到期，然后对所述租约即将到期的所述网元，探测是否在线并且处于活跃状态；

所述IP地址更新器360，用于给所述租约到期后继续要求分配IP地址的所述网元续约IP地址，更新租约信息；

所述同步控制器370，用于同步所述网络存储器中的所述地址分配表数据库与内存中的所述地址分配表数据库。

第二实施例

DHCP服务租约就是DHCP服务器300分配给客户端(或称网元)的IP地址的使用期限，在到一定的时间后，DHCP服务器300要收回这个IP地址，需要重新分配，如果租约设置过长，就会出现IP地址已经分配完的假象。

本实施例采用内存型的Key-Value数据库对于相应的租约信息进行持久化，当存在租约进行生成和更新的时候，对于内存中的数据进行对应的添加和更新，配置内置数据库自身的持久化，以保证对应的数据存储在DHCP服务器磁盘上或者存储在独立的网络存储器400上。

当DHCP服务器300进行重启或者非正常关闭后启动时，DHCP服务对于Key_Value数据库中保存的持久化租约信息进行加载，而后DHCP服务器对于后续的DHCP消息根据租约信息进行IP的分配和租约时间的分配。

本实施例采用内存型的Key-Value数据库对于DHCP服务器300的租约信息进行持久化，数据库为Redis。

Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。

Redis是一个key-value存储系统。和Memcached类似，它支持存储的value类型相对更多，包括string(字符串)、list(链表)、set(集合)、zset(sorted set--有序集合)和hash(哈希类型)。这些数据类型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更丰富的操作，而且这些操作都是原子性的。在此基础上，redis支持各种不同方式的排序。与memcached一样，为了保证效率，数据都是缓存在内存中。区别的是redis会周期性的把更新的数据写入磁盘或者把修改操作写入追加的记录文件，并且在此基础上实现了master-slave(主从)同步。

其中，如果把一个事务可看作是一个程序,它要么完整的被执行,要么完全不执行。要么一起成功，要么一起失败，这种特性就叫原子性。

Redis是一个高性能的数据库，如下为Reids官方的性能基准数据：

Redis version 2.4.2

Using the TCP loopback

Payload size＝256 bytes

测试结果如下：

SET:198412.69/s

GET:198019.80/s

DHCP服务的租约信息以对应的客户端(client)的mac地址为key，对应的租约信息内容为Value存储在Redis数据库中。

在Redis的存储中可以以DHCP+Client的信息作为具体的mac地址信息，租约信息包含MAC、IP与租约生成时间和租约约期以及租约过期时间等。

以下为java语言中对于Redis进行持久化的操作，

存储租约信息

jedis.set(dhcp_mackey,lease_offer)；

获取租约信息

Jedis.get(dhcp_mackey)；

当存在租约生产和更新时，调用存储租约信息的方法，达到对于租约信息的持久化保存。

当在进行租约信息加载时，调用租约信息的获取方法，对于租约信息进行获取和加载。

本发明的优点在于：在与解决租约信息在进行保存更新以及读取时的速度和效率问题，采用内存型的Key-Value数据库对于相应的租约信息进行持久化以改进对应的读取和写入效率，实现DHCP服务器在高并发的情况下，仍然能够以较快的速度进行租约信息的保存和更新。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种DHCP服务管理方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

S100：DHCP服务器收到网元发送的DHCP请求报文；

S200：当对所述网元认证通过后，所述DHCP服务器向所述网元发送DHCP响应报文；

S300：所述DHCP服务器根据IP地址分配情况建立地址分配表数据库；

S400：所述DHCP服务器将所述地址分配表数据库保存至网络存储器和内存；

S500：所述DHCP服务器更新所述地址分配表数据库；

S600：同步所述网络存储器和内存中的所述地址分配表数据库。

2.根据权利要求1所述的DHCP服务管理方法，其特征在于，

所述S100步骤包括如下步骤：

S110：所述DHCP请求报文中携带所述网元的硬件接口地址；

S120：所述DHCP服务器给所述网元分配IP地址，产生租约信息。

3.根据权利要求1所述的DHCP服务管理方法，其特征在于，所述S200步骤包括如下步骤：

S210：所述DHCP服务器根据所述网元的硬件接口地址对所述网元进行认证；

S220：所述DHCP服务器将所述网元的硬件接口地址对应IP地址下发给所述网元。

4.根据权利要求1所述的DHCP服务管理方法，其特征在于，所述S300步骤包括如下步骤：

S310：所述IP地址分配情况包括MAC地址、IP地址、租约生成时间、租约约期和租约过期时间；

S320：所述地址分配表数据库，以所述网元的所述MAC地址为Key，以所述MAC地址对应的所述IP地址、租约生成时间、租约约期和租约过期时间为Value，形成日志型Key-Value数据库。

5.根据权利要求1所述的DHCP服务管理方法，其特征在于，所述S500步骤还包括如下步骤：

S510：所述DHCP服务器查询所述地址分配表数据库，查看租约是否到期；

S520：所述DHCP服务器探测所述租约即将到期的所述网元，是否在线并且处于活跃状态；

S530：当所述网元在线并且处于活跃状态，所述DHCP服务器给所述网元续约所述租期；

S540：所述DHCP服务器将续约情况或者不续约情况更新至所述地址分配表数据库。

6.一种DHCP服务管理系统，至少包括DHCP服务器和网络存储器，其特征在于，

所述DHCP服务器，用于给网元分配和回收IP地址，形成租约信息；

所述网络存储器，用于记录所述网元被分配和回收IP地址，形成地址分配表数据库。

7.根据权利要求6所述的DHCP服务管理系统，其特征在于，所述网络存储器，用于持久化记录IP地址的租约信息，形成日志型Key-Value数据库。

8.根据权利要求7所述的DHCP服务管理系统，其特征在于，所述租约信息包含MAC地址、IP地址、租约生成时间、租约约期和租约过期时间，其中，以所述网元的所述MAC地址为Key，以所述MAC地址对应的其他所述租约信息为Value。

9.根据权利要求6所述的DHCP服务管理系统，其特征在于，所述DHCP服务器包括：接收模块、认证模块和发送模块，

所述接收模块，用于接收网元发送的DHCP请求报文，所述DHCP请求报文中携带所述网元的硬件接口地址；

所述认证模块，用于根据所述网元的硬件接口地址对所述网元进行认证；

所述发送模块，用于当所述认证模块对所述网元认证通过后，向所述网元发送DHCP响应报文。

10.根据权利要求9所述的DHCP服务管理系统，其特征在于，DHCP服务器还包括：IP地址分配器、续约探测器、IP地址更新器和同步控制器，

所述IP地址分配器，用于给最新要求分配IP地址的所述网元分配IP地址，产生租约信息；

所述续约探测器，用于探测所述租约即将到期的所述网元，是否在线并且处于活跃状态；

所述IP地址更新器，用于给所述租约到期后继续要求分配IP地址的所述网元续约IP地址，更新租约信息；

所述同步控制器，用于同步所述网络存储器中的所述地址分配表数据库与内存中的所述地址分配表数据库。