TWI227614B - Method for dynamically allocating IP addresses for hosts on a network - Google Patents

Description

1227614 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種電腦網路，尤指一種為連結在網路 的主机動態分配I p位址之系統及方法。 【先前技術】 、在TCP/IP網路上，每台工作站若要能存取網路上 源’必須進订基本的網路配置，一些主要參數諸如I p位址 、、（IP Address )、子網路遮罩（Subnet Mask )、缺省閘 返（Def aul t Gateway )、域名伺服器（DNS )等必不可甲 少，還可能需要一些附加的資訊如Ip管理策略之類。 一個稍微大點的網路而言，網路的管理和維護的任、 當繁重的。一臺電腦從一個子網轉移到另一個子網;5 =』 重新對系統進行配置。對於普通水平的工作站用 =处 賦予他們配置自己的工作站網路的許可權，而且也=== 個必要。如果一個沒有相應技術水平的用戶出於好== 學習一下的目的錯誤地更改了工作站的網路配置，:1 = 路故障，後果不言而喻。因此，需要有一種機制 ， TCP/ I Ρ的配置和管理從用戶端轉移到網路管理端，= 的集中式管理。解決方案就是用DHCp。 貝 DHCP即動態主機配置協定（Dynamic Host Configuration Pr〇t〇c〇1， DHCp)，其係為一種動熊主 機組合協=，它起源於B〇〇Tp (B〇〇T Pr〇t〇c〇丨） 原本用於無磁碟主機連接的網路上：網路主機使用 ROM而不是磁碟起動並連接上網路，β〇〇τρ可以自 那些主機設定TCP;IP環境。DHCP是Β00ΤΡ的增強版本

1227614 五、發明說明（2) 其分為兩個部份：一個是伺服器端（DHCP Server)，另 一個是客戶端（DHCP Client)。所有的IP 網路設定資 料都由DHCP伺服器集中管理，並負責處理客戶端的 DHCP 要求；而客戶端則會使用從伺服器分配下來的I P環 境資料。 MCP支援三種不同的機制用於配置I P主機位址··自動 配置、動態配置以及人工配置。其中在自動配置機制下， 一旦DHCP 客戶端第一次成功的從DHCP伺服器端租用到 I P 位址之後，就永遠使用這個位址。在動態配置機制 下，當DHCP客戶端第一次從HDCP 伺服器端租用到IP 位址之後，並非永久的使用該位址，只要租約到期，DHCP 客戶端就得釋放（R e 1 e a s e )這個I P 位址，以給其他工 作站使用 。DHCP客戶端可以比其他主機更優先的延續（Renew)租 約 ，或是租用其他的I P位址。在人工配置機制下，客戶端 的I P位址係由網路管理員進行分配。

DHCP的工作原理如下：（1 )當DHCP客戶端起動時， 它會向DHCP伺服器廣播請求租用IP位址，稱為 DHCPDISCOVER ;(2 )所有的DHCP伺服器收到租用請求後，就會回應客 戶端端可租用之IP位址，稱為DHCP OFFER ; (3)當DHCP客

戶端確認所欲選擇之DHCP 伺服器後，會將所租用之IP位 址再廣播出去，稱‘為DHCPREQUEST ; (4)而被選擇之DHCP

1227614 五、發明說明（3) 伺服器可送回DHCPACK確認完成IP位址租用，或DHCPNAK拒 絕I P位址租用，以更新DHCP伺服器之資料庫；（5 ) —般 通常只要完成上述（1 ) - ( 4 )項步驟即可。而如果DHCP 客戶端取得租用IP位址（收到DHCPACK )後卻發現IP位址 已經有人使用，此時DHCP客戶端會送出DHCPDECLINE之訊 息，然後再經前述（1 ) - ( 4 )之步驟以取得新租用之I p 位址；（6 ) D H C P客戶端不想租用I P位址時，則其將送出 DHCPRELEASE訊息；（7)DHCP客戶端取得由DHCP伺服器 所提供之參數，若欲更改某項參數設定，則送出 D! H C P I N F 0 R Μ之訊息，再經前述（1 ) - ( 4 )之步驟即可更 改設定。 雖然D H C Ρ在管理一個較大的網路時能夠提供极大的方 便’但疋其仍然有一些缺陷。如當一])C Ρ祠服器在向較多 的DHCP客戶端分配ΙΡ位址時，很容易將同一個1{)位址分配 給多個DHCP客戶端，以致於造成位址沖突的問題。因此需 要一種方法來有效解決所分配的丨ρ位址沖突問題。 而 【發明内容】 ~ 本七明之主要目的在於提供一種動態主機配置方法， 其利用D H C P祠服器向D H C P客戶端分配I ρ位址。 本發明之另一目的在於提供一種動態主機配置方法， 其在分配I Ρ =址時檢測分配給DHCP客戶端的丨ρ位址以避免

第8頁 1227614 五、發明說明（4) 封包’· （ 1 1 )獲得一DHCP客戶端之硬體位址；（！ ！ ！）確 定DHCP客戶端是否與DHCP伺服器在同一網路上，如果在同 一網路上，則該DHCP伺服器直接向該DHCP客戶端發送—含 有IP位址之DHCP封包；（lv)如果該DHCP客戶端與該DHcp 伺服器不在同一網路上，確定其與該DHCP伺服器之間是否 已有I P位址租約，如果已有丨p位址租約，該DHCP伺服器直 接向該DHCP客戶端發送一含有ip位址之DHcp封包；（v ) 如果該D H C P客戶端與D H C P伺服器之間沒有I P位址租約，確 定DHCP封包中的ip位址是否為該Mcp客戶端所需求之ιρ位 址 ’如果該I Ρ位址是該D H C Ρ客戶端所需求之I Ρ位址，則將含 有該DHCP封包發送給該dHCP客戶端；（V1 )如果該ιρ位址 不是該DHCP客戶端所需求之ip位址，確定在^位址池（ip Address Ρ〇〇ι )中是否可找到一閒置之ι ρ位址以滿足該 DHCP客戶端之需求，如果有閒置丨ρ位址能滿足需求，則向 DHCP客戶端發送含有閒置ιρ位址之DHCp封包；（vH )如 果沒有閒置之I ρ位址，確定是否有袓約已到期之丨ρ位址； ( v i i i )如果有租約已到期之ι ρ位址，則向D H C P客戶端發送 含有該袓約已到期之ΙΡ位址之DHCp封包。 採用本發明之動態主機配置方法，在分配丨ρ位址時可 重復多次檢查所分配的I ρ位址，從而有效避免I ρ位址沖突 的問題。 【實施方式] *

1227614 五、發明說明（5) ---- 蒼閱第一圖，係為本發明動態主機配置系統1 〇 〇之架 ，圖。本發明動態主機配置系統100包括有複數DHCP伺服· 器1 1 〇、—DHCP中繼代理120、複數DHCP客戶端130以及將 上述設備連接起來的網路14〇。DHCp伺服器π〇係為提供網 路15又置參數給DHCP客戶端130的Internet主機。DHCP客戶 端1 3 0係為透過d η C P來獲得網路配置參數的I n t e r n e t主 機’通常即為普通用戶的工作站。DHCP中繼代理1 2 0係為 一在DHCP客戶端和DHCP伺服器之間轉發DHCP訊息封包的 主機或路由器，DHCp客戶端與⑽⑶伺服器透過該DHCp中繼 代理1 2 0進1行通訊。在本發明之具體實施方式中，該網路 > 1 4 0係指乙太網路。 DHCP客戶端1 30與DHCP伺服器1 1 0之間係藉由DHCP訊息 封包進行通訊。第二圖所示為本發明具體實施方式中所應 用之DHCP訊息封包2 0 0之格式。從結構方面看，一DHCP訊 息封包2 0 0包括有一〇p 欄位2 0 2 、一 c h a d d r攔位2 0 4以及 一〇p t i ο n攔位2 0 6。為簡便起見，D H C P訊息封包2 0 0中的其 它欄位在此不多作敘述。每一 D H C P訊息都屬於一特定之類 型 ，如DHCPDISCOVER 、 DHCPOFFER 、 DHCPREQUEST 或DHCPACK _ 等。每一 Μ C Ρ訊息之類型均會寫入〇 P t i ο η欄位2 0 6。每一 DHCP訊息亦會被標志以確定其是被DHCP伺服器1 1 〇所發出 還是被DHCP客戶端130所發出，其係透過設定〇P欄位2 0 2來 實現。如果叩欄位2 0 2被設定為3〇〇丁1^01^3了，說明該〇}^? 訊息係由DHCP客戶‘端130所發出。如果OP欄位2 0 2被設定為

第10頁 1227614 五、發明說明（6) BOOTREPLY，說明該DHCP訊息係由DHCP伺服器1 1 〇所發出。 chaddr攔位2 0 4用於記錄DHCP客戶端1 30之硬體位址。 第三圖所示為本發明動態主機配置系統及方法之DHCP 伺服器1 1 0接收和發送訊息封包的流程圖。在步驟S 3 0 1 ， DHCP伺服器110從DHCP中繼代理120處獲得一訊息封包。在 步驟S 3 0 3，DHCP伺服器1 1 0從所獲得之訊息封包中獲得該 訊息之類型。在步驟S3 0 5，DHCP伺服器1 1 0判斷該訊息之 類型是否為DHCPDISCOVER。如果該訊息為DHCPDISCOVER， 在步驟S 3 0 7，DHCP伺服器110透過DHCP中繼代理120向DHCP 1客戶端130發送一DHCPOFFER訊息。該DHCPOFFER訊息包含 有有效的網路I P位址。如果該訊息之類型不是 DHCPDISCOVER，在步驟S3 0 9，DHCP伺服器110判斷該訊息 之類型是否為D H C P R E Q U E S T。如果所接收到的訊息類型為 DHCPREQUEST，在步驟S311，該DHCP伺服器110向發出 D H C P R E Q U E S T訊息的D H C P客戶端送回一D H C P A C K訊息以確認 完成IP位址的租用。在該步驟中，如果DHCP伺服器1 1 0無 法分配一可用IP位址給發送該DHCP REQUEST訊息的DHCP客 戶端，則其發送一DHCPNAK訊息以拒絕IP位址租用，並更 新DHCP 伺服器之資料庫。如果該訊息之類型不是 DHCPREQUEST，在步驟S31 3，DHCP伺服器110判斷該訊息是 否為一DHCPDECLINE訊息。如果該訊息為一DHCPDECLINE訊 息，說明發送給該DHCP客戶端的IP位址已為其他的DHCP客 戶端所使用。則在步驟S 3 1 5 ’ D H C P祠服器1 1 〇更新租約， 即將租約中的DHCP*客戶端設定為已使用該IP位址的DHCP客

第11頁 1227614 五、發明說明（7) 戶端。如果該訊息之類型不是DHCP DEC LINE，在步驟 S31 7，DHCP伺服器1 1 0判斷該訊息是否為一DHCPRELEASE訊' 息。如果所獲得的訊息為一DHCPRELEASE訊息，在步驟 S31 9，DHCP伺服器11 0清理發送該DHCPRELEASE訊息之

DHCP客戶端的租約。如果所獲得的訊息不是DHCPRELEASE 訊息，在步驟S32 1，DHCP伺服器1 1 0判斷所獲取的訊息是 否為DHCP INFORM訊息。如果該訊息是DHCP INF0RM訊息，在 步驟S 3 2 3 ’ D H C P飼服器1 1 〇查詢位址池（I p a d d r e s s Pool )，並變更DHCP客戶端130所要更改的參數。在步驟 S3 2 5，DHCP伺服器1 1!0將已變更之參數發送給DHCP客戶端 130 ° 第四圖所示為本發明動態主機配置系統及方法之DHCp 伺服器1 1 0向D H C P客戶端1 3 0分配I P位址時，檢查有無位址 衝突之流程圖。當一DHCP伺服器11〇欲向DHCP客戶端130發 送DHCPOFFER訊息封包時，在步驟S401，DHCP伺服器1 1 〇先 初始化該DHCPOFFER訊息封包。在步驟S4 0 3，DHCP伺服器 11 0獲取DHCP客戶端1 3 Q之硬體位址。該硬體位址係從DHCp 訊息封包之c h a d d r欄位2 0 4中獲得。在步驟S 4 0 5，D H C P伺 服器1 1 0根據D H C Ρ客戶端1 3 0之硬體位址確定該D H C Ρ客戶端 是否屬於主機池（Host Pool)中的主機◦所述主機池中 的主機係指與該D H C P祠服器1 1 0在同一網路内的D H C Ρ客戶 端130

。如果疋，則在步驟S 4 2 1 ’ D H C Ρ伺服器1 1 〇直接將含有I ρ 位址之DHCP訊息封‘包傳送給DHCP客戶端130。如果該DHCP

第12頁 1227614 五、發明說明（8) 客戶端不是屬於主機池中的主機，在步驟S4 0 7，DHCP伺服 器1 1 0確定該DHCP客戶端1 3 0是否有I P位址租約π如果有， 則在步驟S421 ，DHCP伺服器1 1 0亦直接將該含有IP位址之 DHCP訊息封包傳送給DHCP客戶端1 30。如果該DHCP客戶端 130與該DHCP伺服器110之間沒有IP位址租約，在步驟 S 4 0 9，DHCP伺服器1 1 0確定DHCP訊息封包中所包含之IP位 址是否為該DHCP客戶端130所需求之IP位址。如果是，在 步驟S41 1，DHCP伺服器1 1 0確定該I P位址是否為其租約範 圍内的IP位址。如果是，在步驟S421，DHCP伺服器1 1 0亦 直接將該善有IP位址之DHCP訊息封包傳送給DHCP客戶端 130。如果在步驟S4 0 9以及步驟S41 1之判斷結果均為否， 在步驟S41 3，DHCP伺服器110確定是否可在位址池（IP Address Pool)中找到一閒置之I P位址。如果可找到一閒 置之IP位址，在步驟S41 5，DHCP伺服器1 1 0確認該閒置IP 位址是否未提供給其它DHCP客戶端使用。如果該IP位址確 未提供給其它DHCP客戶端使用，在步驟S421，DHCP伺服器 1 1 0將含有該閒置IP位址之DHCP訊息封包發送給DHCP客戶 端130。如果在步驟S413以及步驟S4 15之判斷結果均為 否，在步驟S417，DHCP伺服器110確定是否可在位址池中 找到一租約已到期之I P位址。如果可找到一租約已到期之 I P位址，在步驟S 4 1 5，D H C P伺服器1 1 〇確認該I p位址之租 約是否真的已到期。如果為是，則在步驟S 4 2 1 ，：DHCP伺服器1 1 〇將含有該租約已到期之ip位址之㈣⑶訊 息封包發送給DHCP 4客戶端130。如果在步驟S417以及步驟

1227614 五、發明說明（9) S41 9之判斷結果均為否，DHCp伺服器丨丨〇停止發送DHCp訊 息封包給D H C P客戶端1 3 0。整個流程結束。 第五圖所示為本發明動態主機配置系統及方法之DHCP 中繼代理判斷所接收的訊息類型以確定發送對象之流程圖 。在步驟S501，DHCP中繼代理12〇檢查其介面是否功能完 善 。該等介面包括與DHCP伺服器1 1 〇相互通訊之介面以及與 DHCP客戶端130相通訊之介面。在步驟S5〇 3，DHCP中繼代 理1 2 0啟動一組任務來監聽所述介面。當D H c p伺服器1 1 〇或 DHCP各戶端130向對方發送一 dhc#封包時，該DHCP封包會 首先為DHCP中繼代理1 20所接收。在步驟s5 0 5，DHCP中繼 代理120接收到一DHCP封包。在步驟S5 0 7，DHCP中繼代理 1 20確定該DHCP封包之訊息操作代碼是否為B〇〇TREpLY。如 果該DHCP封包之訊息操作代碼為B00TREPLY，說明該MCp 封包係由D H C P伺服器1 1 〇傳送過來，需要傳送給d c p客戶 端130。在步驟S509，DHCP中繼代理120將該DHCP封包傳送 至DHCP客戶端1 30。如果該DHCP封包之〇p攔位2 0 2不是 B00TREPLY，在步驟S511，DHCP中繼代理120確定該DHCP封 包之〇?欄位2 0 2是否為即0丁1^〇11£311。如果該〇1^?封包之〇？ 攔位2 0 2為B00TREQUEST，說明該DHCP封包係由DHCP客戶端 130傳送過來’需要傳送給伺服器◦在步驟ΜΗ， D H C P中繼代理1 2 0將該D H C P封包傳送至d H C P祠服器1 1 〇。如 果該DHCP封包之〇ρ欄位2 0 2既不是B00TREPLY，也不是 B00TREQUEST， DHCP中繼代理120則不作任何處理，整個

第14頁 1227614 五、發明說明（10) 流程結束。 本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定. 本發明。惟，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

第15頁 1227614 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第一圖係為本發明所應用之一動態主機配置系統之架構圖. 〇 第二圖係為本發明具體實施方式中所應用之DHCP訊息封包 之格式。 第三圖係為本發明動態主機配置方法中DHCP伺服器接收和 發送訊息封包的流程圖◦ 第四圖係為本發明動態主機配置方法中DHCP伺服器向DHCP 客戶端分配I P位址之流程圖。 第五圖係為本發明動態主機配置方法中Diicp中繼代理判斷 # 所接收的訊息類型以確定發送對象之流程圖。 【主要元件標號】 動態主機配置系統 100 MCP伺月艮器 110 DHCP中繼代理 120 DHCP客戶端 130 網路 140 D H C P訊息封包 200 〇ρ欄位 202 chaddr欄位 204 〇p t i〇π #闌^[立 206

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Claims (1)

1227614 六、 申請專利範l i .一種動態主機配置方法’其用於DHCP伺服器根據DHCP客 戶端之請求向其分配I p位址並檢測位址衝突，該方法包 括如下之步驟· (a ) (b ) 上， DHCP 客 (c ) 上 獲得DHCP客戶端之硬體位址； 確定DHCP客戶端是否與DHCP伺服器在同—、網路 如果在同一網路上，則該DHCP伺服器直接向該 戶端發送一含有IP位址之DHCP封包； 如果該DHCP客戶端與該DHCP伺服器不在同一網路 租 ，確定其與該DHCP伺服器2間是否已有Ip位址租約， 如果已有IP位址租約，該DHCP伺服器直接向該训“客 戶端發送一含有IP位址之DHCP封包； d )如果該DHCP客戶端與DHCP伺服器之間沒有1?位址 約，確定在IP位址池（IP Address p〇〇l )中是否 可找 到一閒置之1 p位址，如果有閒置I P位址，則向 DHCP客 戶端發送含有閒置IP位址之DHCP封包； (e )如果沒有閒置之1?位址，確定是否有租約已 之 IP位址； ” ,(f)如果有租約已到期之IP位址，則向DHcp客戶端發 送 含有該租約已到期之IP位址之DHCP封包Q 2 ·如申請專利範圍第丨項所述之動態主機配置方法，苴 步驟u )更包括有在發送含有閒置Ip位址之逝？封 之前 ’確定該I P位址是否為閒置之步驟。

第17頁 1227614 &、申請專利範圍 3·如申請專利範圍第1項所述之動態主機配置 步驟（f )更包括有在發送含有已到期I ρ ^ 其中 勹 > 期丄尸位址之DHrP料 匕之前，確認該IP位址是否為租約已到期之牛 十 4·如申請專利範圍第1項所述之動態主機配 ° 驟 （a )之前更包括有初始化—含有丨p ' ’在步 之步驟。 ㈣位址之_封包 5 ·如申請專利範圍第4項所述之動態主機配置方 步驟（d)之前更包括有確定該DHCP封包中 1右其中 位址是否為該DHCP客戶端所需求之1?位址之牛3有之1P 6 ·如申請專利範圍第5項所述之動態主機配置方/法，。1 括有確認該ί P位址是否為該DHCP伺服器租約 ^包 位址之步驟。 勹靶圍内的IP 7· 一種動態主機配置方法，其用於DHCP伺服器根據DHcp 戶端之請求向其分配I p位址並檢測位址衝突 , 八 琢方法句i士 如下之步驟： 左匕栝 (a )初始化一含有I p位址之DHCp封包； (b )獲得D H C P客戶端之硬體位址； (c )確定DHCP客戶端是否與DHCP伺服器在同一網路 上， 如果在同一網路上，則該DHCP伺服器直接向该 參 DHCP客 戶端發送該含有IP位址之DHCP封包； ^ (d )如果該DHCP客戶端與該DHCP伺服器不在同一網路 上 ，確定其與該DHCP伺服器之間是否已有Ip位址租約， 如果已有I P位’址租約’該D H C P伺服器直接向該d η c p客

第18頁 1227614 六、申請專利範圍 戶端發送一含有I P位址之D H C P封包； (e )如果該DHCP客戶端與該DHCP伺服器之間沒有IP位 址 租約，確定該D H C P封包中所含有之I P位址是否為該 D H C Ρ客戶端所需求之I Ρ位址； (f )如果該DHCP封包中所含有之IP位址為該DHCP客戶 端 所需求之I P位址，確認該I P位址是否為該D H C P伺服 器 租約範圍内的I Ρ位址； (g )如果該I Ρ位址係為該DHCP伺服器租約範圍内的I Ρ 位 址，發送該含有I P位址之D H C P封包至該D H C P客戶 端。 丨

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