DHCP (پروتکل پیکربندی پویای میزبان) چیست؟

DHCP یک پروتکل شبکه IP است که بر معماری کلاینت-سرور متکی است تا به‌طور خودکار آدرس‌های IP را به میزبان‌های IP اختصاص دهد.

پروتکل پیکربندی پویای میزبان (Dynamic Host Configuration Protocol) یا DHCP به‌عنوان یک پروتکل شبکه IP تعریف می‌شود که بر معماری کلاینت-سرور متکی است تا به‌طور خودکار آدرس‌های IP و سایر ویژگی‌ها را به یک میزبان IP اختصاص دهد و انتقال اطلاعات بین گره‌های شبکه را ممکن سازد. این مقاله نحوه عملکرد DHCP و ویژگی‌های کلیدی آن را توضیح می‌دهد.

DHCP (پروتکل پیکربندی پویای میزبان) چیست؟

پروتکل پیکربندی پویای میزبان (DHCP) یک پروتکل شبکه IP است که بر معماری کلاینت-سرور متکی است تا به‌طور خودکار آدرس‌های IP و سایر ویژگی‌ها را به میزبان‌های IP اختصاص دهد و انتقال اطلاعات بین گره‌های شبکه را ممکن سازد.

پروتکل پیکربندی پویای میزبان (DHCP) پروتکلی است که توسط دستگاه‌های متصل به اینترنت برای هدایت توزیع و استفاده از آدرس‌های IP استفاده می‌شود. اینترنت تحت مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها، اصول و استانداردهایی به‌شدت تنظیم شده است که به‌طور کلی پروتکل‌ها نامیده می‌شوند. تمام این پروتکل‌ها توسط IETF (کارگروه مهندسی اینترنت) استانداردسازی شده‌اند. این استانداردهای عمومی اهمیت بالایی دارند، زیرا اطمینان حاصل می‌کنند که دستگاه‌ها و برنامه‌ها، صرف‌نظر از سازنده آن‌ها، با سایر دستگاه‌ها در سراسر جهان سازگار باشند.

پروتکل DHCP مانند یک برنامه معمولی نیست، بلکه مجموعه‌ای از استانداردها است که رویه‌های درخواست و اشتراک‌گذاری آدرس‌های IP در یک شبکه رایانه‌ای را مشخص می‌کند. DHCP هنگام ایجاد عملکردهای توزیع آدرس استفاده می‌شود.

درک مفهوم DHCP

پروتکل پیکربندی پویای میزبان (DHCP) به‌عنوان واسطه‌ای بین یک سرور و یک کلاینت، به‌طور خودکار یک آدرس پروتکل اینترنت (IP) و سایر داده‌ها را به یک میزبان IP اختصاص می‌دهد. DHCP امکان دریافت اطلاعات پیکربندی پروتکل کنترل انتقال (TCP/IP) مورد نیاز را از سرور برای یک میزبان فراهم می‌کند.

این سرور DHCP در شبکه مشخص‌شده وظیفه دارد به‌صورت خودکار آدرس‌های IP را به رایانه‌های متصل به آن شبکه اختصاص دهد. این کنترل خودکار اختصاص آدرس IP، یکی از عملکردهای استاندارد DHCP است که در پاسخ به درخواست‌های پخش‌شده (broadcast) توسط رایانه‌های کلاینت صورت می‌گیرد.

DHCP یک استاندارد مدیریت شبکه است که برای تخصیص آدرس‌های IP به رایانه‌ها و هر دستگاه یا گره دیگری در شبکه استفاده می‌شود تا ارتباط بهتر برقرار شود. قبل از استفاده از DHCP، مدیران شبکه مجبور بودند به‌صورت دستی آدرس‌های IP را به تمام دستگاه‌های جانبی موجود در شبکه اختصاص دهند که این امر سیستم را در معرض خطا قرار می‌داد و بار سنگینی بر دوش مدیران می‌گذاشت، به‌ویژه در شبکه‌های بزرگ.

امروزه مدیران می‌توانند از سیستم DHCP در شبکه‌های بزرگ مانند آن‌هایی که در دانشگاه‌ها، شرکت‌ها، شبکه‌های گسترده (WAN) و … استفاده می‌شوند، و همچنین در شبکه‌های کوچک مانند شبکه‌های خانگی بهره ببرند.

شبکه DHCP از دو بخش اصلی تشکیل شده است:

1. سرور مرکزی که دارای کامپوننت DHCP نصب‌شده بر روی آن است.
2. نمونه‌های کلاینت که توسط رایانه‌ها یا هر دستگاه متصل به اینترنت در شبکه نمایندگی می‌شوند.

حتی زمانی که دستگاه‌ها مکان خود را تغییر دهند، DHCP آدرس‌های IP جدید را به آن‌ها اختصاص می‌دهد. استاندارد DHCP در نسخه‌های IPv4 و IPv6 قابل استفاده است.

اهمیت DHCP

آدرس پروتکل اینترنت (IP) یک مولفه حیاتی در تمام دستگاه‌هایی است که در یک شبکه مبتنی بر پروتکل کنترل انتقال/پروتکل اینترنت (TCP/IP) کار می‌کنند. DHCP مجموعه‌ای از قوانین است که این فرآیند را ساده‌تر و کم‌دردسرتر می‌کند.

بدون DHCP، رایانه‌هایی که به یک شبکه جدید منتقل می‌شوند باید دستی پیکربندی شوند تا یک آدرس IP جدید به آن‌ها اختصاص داده شود. به همین ترتیب، آدرس‌های IP اختصاص‌یافته به رایانه‌هایی که از شبکه خارج شده‌اند باید دستی بازیابی شوند.

اما DHCP این فرآیند را به‌طور خودکار انجام می‌دهد. سرور DHCP یک مخزن از آدرس‌های IP موجود را نگه می‌دارد و از این مخزن، یک آدرس را به‌طور موقت (leased) به هر کلاینت متصل اختصاص می‌دهد. این ماهیت پویا باعث می‌شود آدرس‌هایی که استفاده نمی‌شوند، به مخزن بازگردانده شوند و برای دستگاه‌های دیگر قابل استفاده باشند.

مزایای استفاده از DHCP

سازمان‌ها با استفاده از DHCP می‌توانند از مزایای زیر بهره ببرند:

1. ارائه‌دهندگان خدمات اینترنت (ISP) از DHCP برای تخصیص آدرس‌های IP به کاربران خود استفاده می‌کنند. این روش مفید است، زیرا همه کاربران در تمام طول روز آنلاین نیستند. در نتیجه، آدرس‌ها می‌توانند فقط در مدت زمان اتصال اختصاص داده شوند و پس از قطع اتصال، دوباره به مخزن بازگردند.

2. DHCP احتمال تعارض آدرس‌های IP را به حداقل می‌رساند، زیرا آدرس‌ها به‌صورت مرکزی اختصاص داده می‌شوند. بنابراین، احتمال این‌که دو دستگاه یک آدرس مشابه دریافت کنند یا خطایی در آدرس رخ دهد، کاهش می‌یابد.

3. DHCP از دستگاه‌هایی که هنوز از استاندارد قدیمی BOOTP استفاده می‌کنند، پشتیبانی می‌کند و امکان انتقال آسان این دستگاه‌ها به استاندارد DHCP را فراهم می‌کند.

DHCP چگونه کار می‌کند؟

برای درک کامل نحوه عملکرد DHCP، باید به اجزای شبکه DHCP نگاهی بیندازیم:

• سرور DHCP: این دستگاه مرکزی است که آدرس‌های IP را نگهداری، اختصاص داده و مدیریت می‌کند. این سرور می‌تواند یک سرور، روتر یا دستگاه SD-WAN باشد.
• کلاینت DHCP: این نقطه پایانی است که درخواست آدرس IP را ارسال می‌کند و می‌تواند بر روی هر نوع دستگاه جانبی نصب شود، اگرچه اکثر آنها بخشی از تنظیمات پیش‌فرض هستند.
• ساب‌نت‌ها: اینها بخش‌هایی از یک شبکه گسترده‌تر هستند.
• رله DHCP: این به دستگاه‌هایی مانند روترها اشاره دارد که به عنوان واسطه بین کلاینت‌ها و سرور عمل کرده و پیام‌ها را تقویت می‌کنند تا به مقصد خود برسند.

فرآیند کلی و مکانیسم‌های دقیق، اصل عملکرد پروتکل پیکربندی پویای میزبان (DHCP) را توضیح می‌دهند. سیستم DHCP از دو عنصر اصلی تشکیل شده است: کلاینت و سرور.

کلاینت‌ها دستگاه‌های جانبی هستند، در حالی که سرور DHCP آدرس‌های IP را تخصیص می‌دهد. سرور فیزیکی معمولاً با یک نسخه پشتیبان ارائه می‌شود. دستگاه‌های دیگری مانند دستگاه‌های SD-WAN یا نقاط دسترسی بی‌سیم رایج‌تر نیز عملکردی مشابه سرور دارند.

دستگاهی که سعی دارد به یک شبکه دارای DHCP دسترسی پیدا کند، ابتدا درخواست دریافت آدرس IP را ارسال می‌کند. از آنجا که این دستگاه در ابتدا هیچ آدرس IP ندارد، آدرس MAC خود را به پیامی که برای یافتن یک سرور ارسال می‌کند، اضافه می‌کند. این آدرس، کارت شبکه دستگاه را شناسایی می‌کند. درخواست ارسالی از سوی کلاینت به سرور DHCP می‌رسد و سرور بلافاصله یک آدرس موجود را به دستگاه اختصاص می‌دهد. علاوه بر این، سرور استفاده از آدرس را ردیابی می‌کند تا در صورت عدم استفاده یا انقضای زمان تخصیص، آن را به مجموعه آدرس‌ها بازگرداند.

ممکن است این سوال پیش بیاید که چگونه دستگاه پایانی بدون داشتن آدرس IP اولیه، به سرور متصل می‌شود. این فرآیند از طریق یک سیستم پیچیده از تبادل پیام‌ها و تأییدیه‌ها انجام می‌شود. در ابتدا، همه دستگاه‌های مدرن دارای یک سیستم کلاینت DHCP هستند که در زمان تولید نصب شده و به‌طور پیش‌فرض فعال است.

کلاینت DHCP در دستگاه‌های جانبی و رایانه‌ها حضور دارد و به محض روشن شدن رایانه و اجرای سیستم‌عامل شروع به کار می‌کند. بنابراین، اکثر دستگاه‌ها می‌توانند به‌طور خودکار یک شبکه DHCP را پیدا کرده و به آن متصل شوند.

این فرآیند، اگرچه کمی پیچیده است، اما به‌طور خودکار در عرض چند ثانیه انجام می‌شود. فرآیند راه‌اندازی شامل چهار نوع پیام است که عبارتند از:

1. کشف DHCP (DHCP Discovery)

پیام کشف، اولین پیامی است که در شبکه‌ای که کلاینت‌ها به آن متصل هستند، ارسال می‌شود. پیام نوع DHCPDISCOVER به‌طور گسترده در سراسر شبکه ارسال می‌شود و نه به یک آدرس خاص، زیرا کلاینت از آدرس سرور بی‌اطلاع است.

پیام کشف، یک بسته داده‌ای است که شامل یک مقصد مشخص (معمولاً 255.255.255.255) می‌شود و نشان می‌دهد که کلاینت بخشی از آن شبکه است. بسته ممکن است حاوی یک آدرس انتشار ساب‌نت خاص نیز باشد، در صورتی که پیکربندی شده باشد. عملیات کشف یک رویه جهانی است که می‌تواند در هر سرور DHCP اجرا شود، مشروط بر اینکه کلاینت در آن شبکه حضور داشته باشد.

اگرچه هیچ آدرس مقصد ثابتی برای سرورها و کلاینت‌های فردی وجود ندارد، اما شماره پورت یک پارامتر ثابت در تمامی ارتباطات DHCP است. سرورهای DHCP از پورت UDP شماره 67 استفاده می‌کنند و منتظر پیام‌های ارسال شده به این شماره پورت هستند. در مقابل، کلاینت‌های DHCP از پورت UDP شماره 68 استفاده می‌کنند و فقط به پیام‌های ارسال شده به این شماره پورت پاسخ می‌دهند.

2. پیشنهاد DHCP (DHCP Offer)

DHCP پاسخ سرور است که پس از دریافت پیام کشف ارسال می‌شود. نوع این پیام DHCPOFFER است که به‌طور گسترده در سراسر شبکه پخش می‌شود و از پورت UDP شماره 68 استفاده می‌کند تا هر کلاینت DHCP متصل به آن شبکه بتواند آن را دریافت کند. با این حال، پیام فقط برای یک کلاینت هدف‌گذاری شده است، و سرور این کار را با الصاق آدرس MAC یک کلاینت خاص انجام می‌دهد. سایر کلاینت‌ها در صورت مشاهده یک آدرس MAC غیر از خود، این پیام را نادیده می‌گیرند.

پیام پیشنهاد DHCP شامل یک آدرس IP است که کلاینت می‌تواند آن را بپذیرد. همچنین، اطلاعاتی درباره مدت زمان اجاره آدرس IP، آدرس‌های سرور DNS، آدرس سرور DHCP، دروازه پیش‌فرض (default gateway) و ماسک زیرشبکه را نیز ارائه می‌دهد تا دستگاه به‌طور کامل در شبکه ادغام شود.

3. درخواست DHCP (DHCP Request)

DHCPREQUEST یک پروتکل است که امنیت و راهنمایی کلاینت را در شبکه‌هایی که دارای چندین سرور هستند، فراهم می‌کند. برخی از شبکه‌ها، به‌ویژه شبکه‌های بزرگ، ممکن است چندین سرور داشته باشند که همگی قادر به دریافت پیام کشف و ارسال پیشنهاد به کلاینت با یک آدرس IP هستند. به همین دلیل، کلاینت DHCP به گونه‌ای طراحی شده است که پس از دریافت یک پیشنهاد (که ممکن است اولین پیشنهاد از چندین پیشنهاد باشد)، یک پیام درخواست ارسال کند.

پیام درخواست DHCP، انتخاب کلاینت و استفاده از آدرس IP پیشنهادی را تأیید می‌کند. این پیام همراه با آدرس IP سروری که پیشنهاد انتخاب‌شده را ارسال کرده است، ارسال می‌شود. سپس، سروری که پیشنهاد انتخاب‌شده را ارسال کرده است، پیام درخواست را دریافت کرده و تأیید می‌کند که آدرس IP موردنظر برای سایر دستگاه‌ها غیرقابل‌دسترس است. اگر سرورهای دیگر پیشنهادهایی ارسال کرده باشند، آدرس‌های IP پیشنهادی خود را به مجموعه آدرس‌هایشان بازمی‌گردانند تا منتظر دستگاه دیگری بمانند که ممکن است به آنها نیاز داشته باشد.

4. تأیید DHCP (DHCP Acknowledgment – DHCPACK)

تأیید DHCP، آخرین مرحله در فرآیند راه‌اندازی است. این پیامی است که توسط سروری که آدرس IP را اختصاص داده است، ارسال می‌شود. این پیام با نام DHCPACK تعریف شده و تأیید می‌کند که آدرس IP مربوطه با موفقیت به کلاینت اختصاص داده شده است. در این مرحله، پیکربندی کامل شده و کلاینت دارای تنظیمات جدید و کاربردی IP خواهد بود.

5. کنترل زمان اجاره آدرس (Lease Time Control)

DHCP یک پروتکل پویا است، زیرا آدرس‌های IP را به‌طور دائم به کلاینت‌ها اختصاص نمی‌دهد. در حالی که این امر برای برخی دستگاه‌ها مناسب است، DHCP برای هر آدرس IP یک مدت زمان اجاره (lease time) خاص تعیین می‌کند. پس از اتمام این مدت، کلاینت دیگر نمی‌تواند از آن آدرس استفاده کند و از شبکه حذف می‌شود.

برای کلاینت‌هایی که در شبکه فعال هستند، زمان اجاره در نیمه‌ راه تمدید می‌شود تا کاربر دچار قطعی نشود. در مقابل، کاربران غیرفعال نمی‌توانند اجاره را تمدید کنند و از شبکه حذف می‌شوند. همچنین، دستگاه‌هایی که خاموش می‌شوند، بلافاصله اجاره‌شان خاتمه می‌یابد تا تعداد بیشتری از آدرس‌ها در دسترس باشند.

جمع‌بندی

DHCP پروتکلی برای تخصیص خودکار آدرس‌های IP در شبکه است که نیاز به مدیریت دستی را کاهش می‌دهد. این فرآیند شامل چهار مرحله اصلی است: کشف، پیشنهاد، درخواست و تأیید. همچنین با مدیریت زمان اجاره (Lease Time)، آدرس‌های بلااستفاده را آزاد می‌کند. DHCP در شبکه‌های بزرگ ضروری است و به بهینه‌سازی و افزایش امنیت کمک می‌کند.