基于eNSP的DHCP仿真实验设计与分析

许春玲 付帅

摘要：为解决计算机网络课综合实验难以开展、学生兴趣缺乏等问题，设计了基于eNSP的网络实践教学环节，使学生利用仿真软件，在普通计算机上就能完成计算机网络的基础实验操作。文章给出了基于接口地址池的DHCP实验设计和交换机详细配置方法，并通过Wireshark软件对捕获报文进行实验结果分析。通过实验，加深了学生对DHCP工作原理及优点的理解，增强了学生在计算机网络课程中的实践操作能力。

关键词：动态主机配置协议（DHCP）;华为eNSP模拟器;仿真实验;接口地址池

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）08-0010-03

为了解决实验设备成本过高，理论和实践相脱节等问题，我们在计算机网络课程教学中引入模拟仿真软件eNSP进行模拟仿真教学。动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）是计算机网络课程中，最基本的学习内容之一。为此本文基于eNSP模拟器进行仿真实验，设计了DHCP实验的网络拓扑图，使学生对DHCP的工作原理有了深入的认识和理解。

1 eNSP软件概述

eNSP是华为提供的一款免费的、可扩展的、图形化的网络设备仿真平台，主要对企业网络路由器、交换机、WLAN等设备进行软件仿真。为学生提供近似真实的训练环境，有效地解决理论和实践脱节的问题，让他们在没有真实设备的情况下也能够进行实验，学习网络技术。

2 DHCP概念的提出与工作原理

2.1 DHCP概念的提出

传统的手工配置网络参数需要每个用户都手动配置IP地址、掩码、网关、DNS等多种参数。如果采用这种方式上网，必然会存在IP地址资源利用率低、出错率高、灵活性差等诸多问题，并且对用户的网络基本常识有较高的要求。

随着用户的不断增加以及用户位置的不固定性，传统的静态手工配置方式已经无法满足需要，未来网络可以动态合理地分配IP地址给主机使用，需要用到动态主机配置协议DHCP。

2.2 DHCP的概念

动态主机配置协议（DHCP）采用客户端/服务器模式对用户的网络参数进行动态配置和集中管理。DHCP提供了即插即用连网（plug-and-play networking）的机制，这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手工配置。客户机接入网络后，可自动获取DHCP服务器分配的IP地址和子网掩码。

2.3 DHCP基本工作原理

DHCP工作流程有以下4步。

1）DHCP发现

当一台客户机接入网络首先将自己的IP地址配置成0.0.0.0，但该地址无法正常通讯，所以客户机需要通过DHCP服务器申请获取一个合法地址，由于客户端不知道DHCP服务器的地址，因而发送一个DHCPDISCOVER广播包，广播包内包含客户机的MAC地址和机器名。

2）DHCP提供

DHCP服务器收到DHCPDISCOVER广播包后，会从自己的地址池中找查找是否有一个合法的地址提供给客户机，如果有就发一条DHCPOFFER广播包。

3）DHCP请求

DHCP客户机从接收到的第一个DHCPOFFER消息中选择IP地址，发出IP地址的DHCP服务器将该地址保留，这样该地址就不能提供给另一个DHCP客户机。

4）DHCP确认

DHCP服务器接收到DHCPREQUEST消息后，以DHCPACK消息的形式向客户机广播成功的确认，该消息包含有IP地址的有效租约和其他可能配置的信息。

3 DHCP实验设计

DHCP服务器通过地址池为用户分配IP地址等网络参数。地址池分配方式有接口地址池和全局地址池两种。

接口地址池配置方式简单，只能用于用户与DHCP服务器在同一个网段的情况，并且只能给对应接口下的用户分配IP地址等网络参数;适用于设备数量有限、配置以及维护量可控的小型网络。全局地址池配置方式相对复杂，能从同一个地址池给从不同接口接入的用户分配IP地址等网络参数;推荐在核心层设备上配置基于全局地址池的DHCP服务器功能或在服务器区域搭建一台专门的DHCP服务器统一分配IP地址等网络参数，适用于大型网络。下面主要研究基于接口地址池的DHCP实验设计。

3.1基于接口地址池的DHCP拓扑结构图

以三层交换机作为局域网中的DHCP服务器组建小型的局域网，网络拓扑结构图如图1所示。

3.2 PC机参数配置

将PC1的IPv4配置成DHCP方式，基础配置如图2所示，PC2和PC3配置同理。

3.3交换机参数配置

1）进入系统模式，更改交换机名称，启动DHCP服务

7）交换机配置信息（如图3所示）

4 基于接口地址池的DHCP仿真实验结果与分析

4.1实验结果

1）未配置DHCP前，在命令行通过ipconfig 命令查看IP地址，PC1、PC2和PC3都没有获得任何IP地址。

2）配置DHCP服务器后，在命令行通过ipconfig 命令查看IP地址，PC1、PC2和PC3均获得正确的IP地址，如图4和图5所示。

4.2实验结果分析

通过Wireshark软件对交换机g0/0/1端口进行抓包，如图6示。

根据图8，我们对DHCP报文做如下分析：

lDHCP Discover客户端发送广播信息来寻找DHCP服务器;

lDHCP Offer DHCP服务器Discover报文，携带配置信息;

lDHCP Request客户端首次广播请求配置确认;或者单播请求续借租期;

lDHCP ACK 服务器对Request 确认响应;

lDHCP NAK 服务器对Request 拒绝响应;

lDHCP Release 客戶端通知服务释放地址。

5 结束语

动态主机配置协议（DHCP）是构建大中型网络时常用的基本配置方式，使用华为eNSP模拟器构建仿真小型局域网拓扑结构，进行基于接口地址池的DHCP实验设计，并通过Wireshark软件对捕获报文进行实验结果分析。仿真软件具有高度可视化、可操作性，教师结合实际将其应用在教育教学中，使学生在虚拟仿真环境中开展实训操作，进而提高实践能力与操作技能，可以大大提升计算机网络教学水平，为教师教学提供便利，对培养学生的实践能力也具有重要意义。

参考文献

[1] 谢希仁.计算机网络[M]. 北京：电子工业出版社，2014.

[2] 李丙春.路由与交换技术[M]. 北京：电子工业出版社，2016.

[3] 李凤银，禹继国，鞠宏伟，等. 基于eNSP的网络工程实践教学体系探索[J]. 实验技术与管理，2018，35（3）：209-212.

[4] 李刚，贾小云. 基于仿真软件在计算机网络教学中的应用探究[J]. 网络科技，2018（16）：644.

[5] 杨礼. 基于eNSP的DHCP原理设计与分析[J]. 新疆师范大学学报（自然科学版），2019，38（1）：85-90.

【通联编辑：王力】