DHCP ist ein Netzwerkverwaltungsprotokoll, das eine automatisierte, schnelle und zentrale Verwaltung der Vergabe von IP-Adressen ermöglicht. Es weist Knoten oder Geräten in einem Netzwerk dynamisch IP-Adressen zu, damit sie über IP kommunizieren können.
Die zentrale Verwaltung durch dieses Protokoll reduziert den Arbeitsaufwand für Netzwerkadministratoren, da sie IP-Adressen nicht manuell Geräten zuweisen müssen. Das Protokoll weist außerdem an jedem Standort neue IP-Adressen zu, wenn Knoten im Netzwerk von einem Standort zu einem anderen wechseln.
Neben IP-Adressen ist DHCP auch für die Zuweisung des Standard-Gateways, der Adresse des Domain Name Systems (DNS), von Subnetzmasken und anderen Host-Konfigurationen zuständig. DHCP kann in Netzwerken eingesetzt werden, die von kleinen Heimnetzwerken bis hin zu großen Campusnetzwerken sowie regionalen Netzwerken von Internetdienstanbietern (ISP) reichen. DHCP-Dienste stehen für Netzwerke zur Verfügung, die sowohl IPv4 als auch IPv6 verwenden; die IPv6-Version von DHCP wird als DHCPv6 bezeichnet.
In kleinen Netzwerken ist es einfach, Geräten in einem Netzwerk manuell IP-Adressen zuzuweisen. Für Netzwerkadministratoren wäre es jedoch ein Albtraum, in Netzwerken mit Hunderten von Geräten IP-Adressen manuell zu vergeben.
Sie müssten sicherstellen, dass keine doppelten IP-Adressen vorhanden sind, und außerdem darauf achten, dass ihre Zuweisungen eindeutig und unmissverständlich sind. Glücklicherweise erleichtert das Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Netzwerkadministratoren die Zuweisung von IP-Adressen in einem Netzwerk.
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Warum DHCP verwenden?
Jedes Gerät benötigt eine Unicast-IP-Adresse, damit Geräte in einem Transmission-Control-Protocol-/Internet-Protocol-Netzwerk (TCP/IP) auf das Netzwerk und all seine Ressourcen zugreifen können. Ohne DHCP müssten Netzwerkadministratoren die IP-Adressen neuer Computer sowie von Computern, die in ein anderes Subnetz verschoben wurden, manuell konfigurieren. Außerdem müssten Netzwerkadministratoren die IP-Adressen von Computern, die aus ihren Netzwerken entfernt wurden, manuell wieder freigeben.
DHCP automatisiert diese Prozesse und verwaltet sie zentral, da der DHCP-Server eine Gruppe von IP-Adressen verwaltet. Er vermietet IP-Adressen an jedes DHCP-fähige Gerät, sobald es sich im Netzwerk startet. Da diese IP-Adressen nicht dauerhaft zugewiesen, sondern vermietet werden, werden nicht verwendete Adressen automatisch an den Adresspool zurückgegeben und können neu vergeben werden.
DHCP-Server richten außerdem TCP/IP-Konfigurationsinformationen von DHCP-fähigen Clients ein und speichern sie in Datenbanken, die gültige TCP/IP-Konfigurationsparameter für alle entsprechenden Clients in den Netzwerken enthalten.
Diese Datenbanken speichern auch reservierte IP-Adressen, die bestimmte DHCP-Clients identifizieren und so eine konsistente Zuweisung jeweils einer IP-Adresse an einen DHCP-Client ermöglichen. Auch die Dauer der IP-Adressleihe durch einen DHCP-Client ist in der Datenbank definiert.
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Komponenten von DHCP
DHCP besteht unter anderem aus mehreren Komponenten wie dem Server und dem Client.
- DHCP-Server: Diese Komponente führt den DHCP-Dienst aus, der die Netzwerkkonfigurationsinformationen enthält. Jedes Gerät, das als Host fungieren kann, kann ein DHCP-Server sein. In der Regel handelt es sich um einen Router oder Server oder sogar um einen einzelnen Computer.
- DHCP-Client: Die Endpunkte, die Netzwerkkonfigurationsinformationen von DHCP-Servern empfangen, sind DHCP-Clients. Telefone, PCs, Geräte des Internets der Dinge (IoT) oder jedes andere Gerät, das eine Verbindung zu einem Netzwerk benötigt, kann ein DHCP-Client sein.
- DHCP-Relay-Agent: In jedem Netzwerk muss ein Host vorhanden sein, der DHCP-Anfragen an einen DHCP-Server weiterleiten kann. Dieser Host ist der DHCP-Relay-Agent. Er ermöglicht es DHCP-Servern, Anfragen zu bearbeiten, wenn sich Server und Clients in verschiedenen lokalen Netzwerken (LANs) befinden.
- Subnetzmaske: Da Subnetze unterteilte Segmente von IP-Netzwerken sind, teilt die Subnetzmaske dem Host mit, in welchem Netzwerk sich der Host befindet.
- Lease-Zeit: Damit ist der Zeitraum gemeint, in dem eine IP-Adresse einem Client zur Verfügung steht. Nach Ablauf dieser Zeit muss der Client die IP-Adresse erneuern.
- IP-Adresspool: Dabei handelt es sich um die Gruppe von IP-Adressen, die für die Zuweisung an Clients zur Verfügung stehen. Sie werden in der Regel der Reihe nach zugewiesen.
- Gateway-Adresse: Die Gateway-Adresse informiert den Host darüber, wohin das Gateway eine Verbindung zum Internet herstellen soll.
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Wie funktioniert DHCP?
Die Aufgabe von DHCP auf der Anwendungsschicht besteht darin, TCP/IP-Konfigurationsinformationen zuzuweisen und DHCP-Clients dynamisch IP-Adressen zuzuweisen. Dies geschieht durch den Austausch einer Folge von Nachrichten, die als DHCP-Transaktionen bezeichnet werden.
Die erste Transaktion wird als DHCP-Ermittlung bezeichnet. Ein DHCP-Server antwortet auf die Anfragen DHCP-fähiger Clients, wenn diese eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellen. Diese Clients senden ihre Anfragen per Broadcast an den DHCP-Server und fordern Netzwerkkonfigurationsinformationen für das lokale Netzwerk an, in dem sie sich befinden – normalerweise unmittelbar nach dem Start.
Darauf folgt die DHCP-Angebotstransaktion, bei der der DHCP-Server mit einer DHCP-Angebotsnachricht auf diese Anfragen antwortet. Diese Nachricht enthält die angeforderten Informationen, darunter die zuvor von einem Netzwerkadministrator bereitgestellte IP-Konfiguration mit einer IP-Adresse und einer Lease. Sie enthält außerdem die IP-Adresse des Servers, die Media-Access-Control-Adresse (MAC-Adresse) des Clients, die Subnetzmaske, die DNS-Adresse und weitere Informationen.
Ein Client sendet als Antwort auf ein DHCP-Angebot eine DHCP-Anfrage und akzeptiert nur ein DHCP-Angebot, wenn er mehrere Angebote erhält, wie es in einem Netzwerk mit mehreren DHCP-Servern typisch ist. Mit der DHCP-Anfrage wird die von einem DHCP-Server angebotene IP-Adresse angefordert. In einem Netzwerk mit mehreren DHCP-Servern werden alle anderen von den übrigen DHCP-Servern angebotenen IP-Adressen in den Pool der verfügbaren IP-Adressen zurückgeführt.
Wenn eine IP-Zuweisung erneuert werden muss, fordert ein DHCP-Client dieselben Parameter an. Der DHCP-Server verwendet jedoch die von den Netzwerkadministratoren festgelegten Richtlinien, um zu bestimmen, ob eine neue IP-Adresse zugewiesen wird. Der DHCP-Server sendet dem Client eine DHCP-Bestätigung, um die DHCP-Lease zu bestätigen.
Zu diesem Zeitpunkt ist die IP-Konfiguration abgeschlossen und der Client kann die neue IP-Konfiguration verwenden. Er kann auch mit einer negativen Bestätigung antworten, wenn er entscheidet, dass ein Client die angeforderte IP-Adresse nicht erhalten kann.
Der DHCP-Server ist außerdem für die Verwaltung aller IP-Adressen zuständig, die er Netzwerkgeräten zuweist. Wenn ein Gerät im Netzwerk verschoben wird, erkennt der DHCP-Server es anhand seiner MAC-Adresse. Auf diese Weise verhindert der Server, dass mehrere Geräte fälschlicherweise mit derselben IP-Adresse konfiguriert werden.
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Vorteile von DHCP
Zuverlässige IP-Adresskonfiguration. Mit DHCP lassen sich die Fehler reduzieren, die bei der manuellen Konfiguration von IP-Adressen entstehen. Dazu gehören Adresskonflikte, die entstehen, wenn eine einzelne IP-Adresse gleichzeitig mehr als einem Gerät zugewiesen wird, sowie Tippfehler. Dadurch wird der für die Konfiguration und Neukonfiguration von Geräten in einem Netzwerk erforderliche Zeitaufwand erheblich reduziert.
Weniger Netzwerkverwaltung. Verschiedene Funktionen von DHCP sorgen dafür, dass Netzwerke mit weniger Verwaltungsaufwand betrieben werden können. Dazu gehören automatisierte TCP/IP-Konfigurationsfunktionen und die Möglichkeit, TCP/IP-Konfigurationen von einem zentralen Standort aus festzulegen. Außerdem kann ein vollständiger Bereich zusätzlicher TCP/IP-Konfigurationen zugewiesen werden, und IP-Adressänderungen für Clients, die häufig aktualisiert werden müssen, lassen sich effizient verwalten. Dies gibt DHCP-fähigen Geräten auch die Freiheit, von einem Netzwerk in ein anderes zu wechseln.
Einfach zu aktualisieren. Die Aktualisierung fehlerhafter IP-Adressen oder des Standardzugriffs auf DHCP-Servern ist wesentlich einfacher, als Aktualisierungen manuell durchzuführen.
Einfacher Support. DHCP standardisiert die Konfiguration für Netzwerkadministratoren und macht sie flexibel an die Anforderungen der Clients anpassbar, die den Dienst nutzen.
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Herausforderungen von DHCP
Potenzieller Single Point of Failure. Netzwerke mit nur einem konfigurierten DHCP-Server sind dem Risiko ausgesetzt, dass dieser DHCP-Server zu einem Single Point of Failure wird.
Sicherheit. Neue Clients können problemlos einem Netzwerk beitreten, da DHCP-Server keine sichere Methode bieten, mit der sich Server und Clients gegenseitig authentifizieren können. Dadurch ist es möglich, IP-Adressen nicht autorisierten Clients zuzuweisen. Dies kann Bedrohungen wie Denial-of-Service-Angriffe ermöglichen, die Clients am Zugriff auf die Netzwerkverbindung hindern. Außerdem können Man-in-the-Middle-Angriffe ermöglicht werden, da ein Angreifer den Netzwerkverkehr über sich selbst umleiten kann. So kann er Verbindungen zwischen Netzwerkservern und Clients abhören oder die Netzwerkserver durch sich selbst ersetzen.
Auf ein einzelnes lokales Netzwerk beschränkt. Da DHCP nicht routingfähig ist, ist es auf ein bestimmtes LAN beschränkt.
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