DHCP verstehen

Wozu DHCP?

Damit ein Gerät im Netz mitspielen kann, braucht es mindestens eine IP-Adresse und eine Subnetzmaske, für fremde Netze ein Gateway und für Namen wie portpanda.de einen DNS-Server. Bei drei Rechnern lässt sich das von Hand eintragen. Bei dreihundert Rechnern, Notebooks, die zwischen Räumen wechseln, und Handys im Gäste-WLAN geht das nicht mehr, und jeder Tippfehler führt zu doppelten Adressen.

Das Dynamic Host Configuration Protocol nimmt diese Arbeit ab. Ein DHCP-Server hat einen Pool freier Adressen und verleiht sie für eine bestimmte Zeit, die Lease. Mit der Adresse bekommt der Client gleich alles andere mit, was er braucht.

Der Ablauf: DORA

Der Client hat am Anfang noch keine Adresse und weiß nicht, wo der Server steht. Deshalb beginnt alles mit einem Broadcast. Die vier Schritte merkt man sich mit dem Wort DORA:

Die vier Schritte von DHCP
Schritt	Wer sendet	Was passiert
Discover	Client	Broadcast an alle: „Gibt es hier einen DHCP-Server?“ Absender ist 0.0.0.0, Ziel 255.255.255.255.
Offer	Server	Ein Angebot: eine freie Adresse aus dem Pool, dazu Maske, Gateway, DNS-Server und Lease-Dauer.
Request	Client	„Ich nehme das Angebot von diesem Server.“ Wieder als Broadcast, damit andere Server ihr Angebot zurückziehen.
Acknowledge	Server	Die Bestätigung. Ab jetzt gilt die Lease, und der Client richtet die Adresse ein.

DHCP läuft über UDP: Der Server lauscht auf Port 67, der Client auf Port 68.

Pool, Lease und feste Adressen

Der Pool ist ein Bereich im Netz, zum Beispiel 192.168.0.50 bis 192.168.0.99. Adressen davor und dahinter bleiben frei für Geräte, die immer dieselbe Adresse brauchen: Router, Server, Drucker. Die Adresse des DHCP-Servers selbst darf nie im Pool liegen, sonst vergibt er sie womöglich an einen Client.

Eine Lease läuft ab. Der Client verlängert sie deshalb rechtzeitig, normalerweise nach der Hälfte der Zeit. Geht ein Gerät vom Netz, wird seine Adresse nach Ablauf wieder frei. Unter Windows gibt ipconfig /release die Adresse sofort zurück, ipconfig /renew fordert eine neue an.

Gateway und DNS kommen gleich mit

Eine Adresse allein reicht selten. Fehlt im DHCP-Server das Gateway, erreichen die Clients nur ihr eigenes Netz. Fehlt der DNS-Server, klappt ping 192.168.0.1, aber kein Name. Viele Störungen „Internet geht nicht“ sind in Wahrheit eine unvollständige DHCP-Einstellung. Mit ipconfig /all sieht man auf einen Blick, was der Client bekommen hat.

DHCP über Netzgrenzen: das Relay

Router leiten Broadcasts nicht weiter. Das Discover eines Clients bleibt also in seinem Netz oder VLAN hängen. Damit trotzdem ein einziger Server für alle Netze reicht, nimmt der Router den Broadcast als DHCP-Relay an (bei Cisco ip helper-address) und schickt ihn als Unicast an den Server. Dabei trägt er seine eigene Adresse im Netz des Clients ein. Daran erkennt der Server, aus welchem Bereich er eine Adresse vergeben muss.

Discover, Offer, Request, Acknowledge. Mit der Adresse kommen Maske, Gateway und DNS-Server. Über Router hinweg hilft das Relay.

Selbst ausprobieren

Im Beispiel „DHCP-Server“ hängen ein DHCP-Server (192.168.0.1), PC-1 und PC-2 an Switch SW-1. Die beiden PCs stehen auf DHCP und haben noch keine Adresse.

Öffne das Beispiel mit dem Knopf „Im Simulator öffnen“. Ein Konto brauchst du nicht.
Klick den DHCP-Server an und öffne den Reiter „DHCP“. Der Pool reicht von 192.168.0.50 bis 192.168.0.99, als Gateway ist 192.168.0.1 eingetragen.
Klick PC-1 an und wähle im Reiter „Adapter“ „Neu beziehen“. Auf dem Plan läuft der Austausch, und PC-1 bekommt eine Adresse aus dem Pool.
Öffne bei PC-2 den Reiter „Terminal“ und gib ipconfig /renew ein. Danach zeigt ipconfig /all Adresse, Gateway und den DHCP-Server, von dem die Lease stammt.
Im Reiter „Mitschnitt“ findest du die vier DORA-Pakete. Achte beim Discover auf die Zieladresse 255.255.255.255.
Im Pool steht noch kein DNS-Server. Trag beim DHCP-Server einen ein, hole bei einem PC die Adresse neu und prüfe mit ipconfig /all, ob er ihn übernommen hat.

Im Simulator öffnen

Weiter mit dem Relay

Das Beispiel „DHCP-Relay (ein Server, 3 Netze)“ zeigt eine Firma mit drei VLANs: Büro (10), Verkauf (20) und Server (30). Der DHCP-Server steht mit 192.168.30.2 im Server-Netz, der Router leitet die Anfragen aus Büro und Verkauf an ihn weiter. Hol bei PC-Büro eine Adresse: Er bekommt eine aus 192.168.10.0/24 mit dem Gateway 192.168.10.1. Schaltest du am Router im Reiter „DHCP“ das DHCP-Relay aus, bekommt PC-Büro keine Adresse mehr und weicht auf eine 169.254er-Adresse aus.

DHCP-Relay öffnen

Wofür du das brauchst

DHCP gehört zu Lernfeld 3 („Clients in Netzwerke einbinden“), das Relay über mehrere Netze und VLANs zu Lernfeld 9 („Netzwerke und Dienste bereitstellen“). Der DORA-Ablauf und die Frage, welche Angaben ein Client per DHCP bekommt, sind beliebte Prüfungsaufgaben in der AP1 und für Fachinformatikerinnen und Fachinformatiker für Systemintegration auch in der AP2.

Häufige Fragen

Fragen zu DHCP

Was passiert, wenn kein DHCP-Server antwortet?

Windows und viele andere Systeme geben sich dann selbst eine Adresse aus 169.254.0.0/16 (APIPA, Link-Local). Damit erreicht der PC höchstens andere Geräte mit einer solchen Adresse, aber kein Gateway und kein Internet. Eine 169.254er-Adresse ist deshalb ein deutliches Zeichen: Der DHCP-Server war nicht erreichbar.

Warum liegt die Adresse des DHCP-Servers nicht im Pool?

Server, Router und Drucker brauchen Adressen, die sich nicht ändern. Man gibt ihnen feste Adressen außerhalb des Pools oder reserviert ihre Adresse im DHCP-Server. Läge die eigene Adresse im Pool, könnte der Server sie an einen Client vergeben, und es gäbe einen Adresskonflikt.

Was ist ein DHCP-Relay?

Router leiten Broadcasts nicht weiter, das DHCP-Discover bleibt also im eigenen Netz. Ein DHCP-Relay auf dem Router (bei Cisco ip helper-address) nimmt den Broadcast an und schickt ihn als Unicast an den DHCP-Server in einem anderen Netz. So genügt ein Server für viele Netze oder VLANs.