DHCPの仕組みを理解しているのは誰だ！

IPアドレス未割り当ての端末とDHCPサーバの通信方法とは？

2011年08月31日 06時00分更新

文● 遠藤哲

クイズ「誰が正解？」の時間がやってきました。このクイズでは、ケンイチ君、いずみちゃん、竹田君の3人が私の質問に答えます。ただし、正解なのは1人だけですよ。クイズのテーマは「TCP/IP」、ネットワークの基本です。さてさて、誰が正解か当てられますか？

誰が正解？（間違いが2人いますので要注意！）

アドレス配布を自動化するDHCP

　IPネットワークで通信を行なうにはIPアドレスやサブネットマスクなどの値が必要になる。しかし、1台1台重複しないようにIPアドレスを手動で設定するのはミスも起こりやすく、管理の手間もかかる。こうした背景から生まれたのが、重複しないIPアドレスを自動的に割り当てるDHCP（Dynamic Host ConfigurationProtocol ）という仕組みである。

　DHCPはクライアント／サーバ型のシステムであり、DHCPクライアントはOSのネットワーク機能として標準搭載されている。一方、DHCPサーバはサーバOSやルータ、スイッチなどのネットワーク機器に搭載されている。DHCPでのアドレス配布を実現するためには、まずDHCPサーバ上で配布するIPアドレスをストックしておく必要がある。

ブロードキャストを多用するIPアドレスの割り当て

　では、実際のDHCPの動きを順繰りに見ていこう。

　PCの起動時、DHCPのクライアントはまずDHCPサーバを探すため、所属するネットワーク上のすべてのホストにブロードキャストを実施する。ここではDHCPサーバを発見するための「DHCPDISCOVER」と呼ばれるパケットが送られる（図1）。


図1　DHCPサーバを発見（DHCPDISCOVER）

　次にネットワーク内のDHCPサーバが、DHCPDISCOVERを受け取ったら、利用可能なIPアドレスやリース期限、DHCPサーバのIPアドレスなどの設定情報を「DHCPOFFER」というパケットで送る。ただ、この段階でもDHCPクライアントのIPアドレスは決まっていないので、送信はブロードキャストで行なわれる。

（図2）


図2　IPアドレスを付与する（DHCPOFFER）

　一方、DHCPクライアントはDHCPOFFERで設定情報を受け取っても、すぐにそれを適用はしない。まず、DHCPサーバに許可を求める「DHCPREQUEST」と呼ばれるパケットを送信するのだ。これは同じネットワーク内に複数のDHCPサーバがいた場合のことを想定しているからだ。基本的には先に到着したDHCPOFFERの設定情報を採用することが多く、利用する旨をレスポンスとして返す（図3）。


図3　使用許可をとる（DHCPREQUEST）

　あとはDHCPサーバ側がDHCPACKで許可を出せば処理は完了。その後、継続してそのIPアドレスを使う場合はリース期間を更新していけばよい。一方、DHCPNAKであれば不許可になり、DHCPOFFERからやり直す（図4）。


図4　サーバの許可／不許可（DHCPACK/DHCPNAK）

　これらのDHCPのやりとりはブロードキャストが多用される。DHCPクライアントのホストにIPアドレスがない段階では、送信元には空（0.0.0.0 ）のアドレスが入れられるが、DHCPクライアントのホストのMACアドレスはDHCPサーバ側でも識別できる。そのため、DHCPサーバ側からはブロードキャストではなく、ユニキャストでDHCPOFFERなどを送信することが可能なのだ。しかし、OSによっては空（0.0.0.0）を宛先にしたパケットを送信できないため、IPアドレスが確定するまでは、ブロードキャストでやりとりする実装が多い。

　ということで、ブロードキャストとユニキャストの違いは、OSやサーバの実装によるため、正誤の判定にはならない。正解は複数のDHCPサーバの存在を前提として、2回往復のやりとりを行なうとした竹田君だ。