基于eNSP的DHCP仿真實驗設計與分析

許春玲 付帥

摘要：為解決計算機網絡課綜合實驗難以開展、學生興趣缺乏等問題，設計了基于eNSP的網絡實踐教學環節，使學生利用仿真軟件，在普通計算機上就能完成計算機網絡的基礎實驗操作。文章給出了基于接口地址池的DHCP實驗設計和交換機詳細配置方法，并通過Wireshark軟件對捕獲報文進行實驗結果分析。通過實驗，加深了學生對DHCP工作原理及優點的理解，增強了學生在計算機網絡課程中的實踐操作能力。

關鍵詞：動態主機配置協議（DHCP）;華為eNSP模擬器;仿真實驗;接口地址池

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0010-03

為了解決實驗設備成本過高，理論和實踐相脫節等問題，我們在計算機網絡課程教學中引入模擬仿真軟件eNSP進行模擬仿真教學。動態主機配置協議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）是計算機網絡課程中，最基本的學習內容之一。為此本文基于eNSP模擬器進行仿真實驗，設計了DHCP實驗的網絡拓撲圖，使學生對DHCP的工作原理有了深入的認識和理解。

1 eNSP軟件概述

eNSP是華為提供的一款免費的、可擴展的、圖形化的網絡設備仿真平臺，主要對企業網絡路由器、交換機、WLAN等設備進行軟件仿真。為學生提供近似真實的訓練環境，有效地解決理論和實踐脫節的問題，讓他們在沒有真實設備的情況下也能夠進行實驗，學習網絡技術。

2 DHCP概念的提出與工作原理

2.1 DHCP概念的提出

傳統的手工配置網絡參數需要每個用戶都手動配置IP地址、掩碼、網關、DNS等多種參數。如果采用這種方式上網，必然會存在IP地址資源利用率低、出錯率高、靈活性差等諸多問題，并且對用戶的網絡基本常識有較高的要求。

隨著用戶的不斷增加以及用戶位置的不固定性，傳統的靜態手工配置方式已經無法滿足需要，未來網絡可以動態合理地分配IP地址給主機使用，需要用到動態主機配置協議DHCP。

2.2 DHCP的概念

動態主機配置協議（DHCP）采用客戶端/服務器模式對用戶的網絡參數進行動態配置和集中管理。DHCP提供了即插即用連網（plug-and-play networking）的機制，這種機制允許一臺計算機加入新的網絡和獲取IP地址而不用手工配置?？蛻魴C接入網絡后，可自動獲取DHCP服務器分配的IP地址和子網掩碼。

2.3 DHCP基本工作原理

DHCP工作流程有以下4步。

1）DHCP發現

當一臺客戶機接入網絡首先將自己的IP地址配置成0.0.0.0，但該地址無法正常通訊，所以客戶機需要通過DHCP服務器申請獲取一個合法地址，由于客戶端不知道DHCP服務器的地址，因而發送一個DHCPDISCOVER廣播包，廣播包內包含客戶機的MAC地址和機器名。

2）DHCP提供

DHCP服務器收到DHCPDISCOVER廣播包后，會從自己的地址池中找查找是否有一個合法的地址提供給客戶機，如果有就發一條DHCPOFFER廣播包。

3）DHCP請求

DHCP客戶機從接收到的第一個DHCPOFFER消息中選擇IP地址，發出IP地址的DHCP服務器將該地址保留，這樣該地址就不能提供給另一個DHCP客戶機。

4）DHCP確認

DHCP服務器接收到DHCPREQUEST消息后，以DHCPACK消息的形式向客戶機廣播成功的確認，該消息包含有IP地址的有效租約和其他可能配置的信息。

3 DHCP實驗設計

DHCP服務器通過地址池為用戶分配IP地址等網絡參數。地址池分配方式有接口地址池和全局地址池兩種。

接口地址池配置方式簡單，只能用于用戶與DHCP服務器在同一個網段的情況，并且只能給對應接口下的用戶分配IP地址等網絡參數;適用于設備數量有限、配置以及維護量可控的小型網絡。全局地址池配置方式相對復雜，能從同一個地址池給從不同接口接入的用戶分配IP地址等網絡參數;推薦在核心層設備上配置基于全局地址池的DHCP服務器功能或在服務器區域搭建一臺專門的DHCP服務器統一分配IP地址等網絡參數，適用于大型網絡。下面主要研究基于接口地址池的DHCP實驗設計。

3.1基于接口地址池的DHCP拓撲結構圖

以三層交換機作為局域網中的DHCP服務器組建小型的局域網，網絡拓撲結構圖如圖1所示。

3.2 PC機參數配置

將PC1的IPv4配置成DHCP方式，基礎配置如圖2所示，PC2和PC3配置同理。

3.3交換機參數配置

1）進入系統模式，更改交換機名稱，啟動DHCP服務

7）交換機配置信息（如圖3所示）

4 基于接口地址池的DHCP仿真實驗結果與分析

4.1實驗結果

1）未配置DHCP前，在命令行通過ipconfig 命令查看IP地址，PC1、PC2和PC3都沒有獲得任何IP地址。

2）配置DHCP服務器后，在命令行通過ipconfig 命令查看IP地址，PC1、PC2和PC3均獲得正確的IP地址，如圖4和圖5所示。

4.2實驗結果分析

通過Wireshark軟件對交換機g0/0/1端口進行抓包，如圖6示。

根據圖8，我們對DHCP報文做如下分析：

lDHCP Discover客戶端發送廣播信息來尋找DHCP服務器;

lDHCP Offer DHCP服務器Discover報文，攜帶配置信息;

lDHCP Request客戶端首次廣播請求配置確認;或者單播請求續借租期;

lDHCP ACK 服務器對Request 確認響應;

lDHCP NAK 服務器對Request 拒絕響應;

lDHCP Release 客戶端通知服務釋放地址。

5 結束語

動態主機配置協議（DHCP）是構建大中型網絡時常用的基本配置方式，使用華為eNSP模擬器構建仿真小型局域網拓撲結構，進行基于接口地址池的DHCP實驗設計，并通過Wireshark軟件對捕獲報文進行實驗結果分析。仿真軟件具有高度可視化、可操作性，教師結合實際將其應用在教育教學中，使學生在虛擬仿真環境中開展實訓操作，進而提高實踐能力與操作技能，可以大大提升計算機網絡教學水平，為教師教學提供便利，對培養學生的實踐能力也具有重要意義。

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【通聯編輯：王力】