[🌐CN] DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol

Posted Oct 27, 2025 Updated Oct 27, 2025

By xmoonanx

13 min read

🌐 Internet Protocol 전공 수업 정리

네트워크의 자동화를 실현하는 핵심 프로토콜! DHCP는 IP 주소를 동적으로 할당하고 네트워크 설정을 자동화하여 사용자가 네트워크에 쉽게 접속할 수 있게 해주는 필수적인 프로토콜이다.

IP 주소 할당의 역사

과거의 방법들

1990년대 초 - Diskless Workstation 시대

📚Diskless Workstation: 저장장치 없이 네트워크를 통해 OS를 부팅하는 시스템

문제점:

전원이 꺼지면 OS image까지 사라짐
부팅 시 OS image를 부트 서버에서 가져와야 함
부트 서버와의 네트워킹을 위해 IP 주소 필요

RARP (Reverse ARP)

한계점:

단순한 IP 주소 할당만 가능
추가 네트워크 정보 제공 불가능
확장성 부족

BOOTP (BOOTstrap Protocol)

📚BOOTP: 부팅 시 호스트의 IP 매개변수를 구성할 수 있는 프로토콜

주요 기능:

IP address assignment (IP 주소 할당)
Detection of the IP address for a serving machine (서비스 머신의 IP 주소 감지)
The name of a file to be loaded and executed (부트 파일 이름 제공)

특징:

IP 주소뿐만 아니라 default router, network mask 등도 제공
BOOTP relay로 하나의 BOOTP 서버가 여러 네트워크 처리 가능
UDP 메시지 사용 (Port 67: server, Port 68: client)
Limited broadcast address (255.255.255.255) 사용
정적 IP 주소 할당

Dynamic Assignment의 필요성

📚Dynamic IP Assignment: 요구에 따라 IP 주소를 동적으로 할당하는 방식

장점:

On-demand IP assignment: 필요할 때만 IP 주소 할당
Manual configuration 회피: 수동 설정의 번거로움 해결
Laptop mobility 지원: 이동성 있는 디바이스 지원

프로토콜 발전:

RARP (until 1985, 더 이상 사용하지 않음)
BOOTP (1985-1993)
DHCP (since 1993) ← 현재 널리 사용

DHCP 개요

DHCP의 탄생

📚DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): 1993년에 설계된 동적 호스트 구성 프로토콜

DHCP = BOOTP + α

BOOTP의 확장
BOOTP와 많은 유사점
동일한 포트 번호 사용 (67, 68)
BOOTP 클라이언트와 상호 운용 가능

핵심 확장 기능:

Temporary allocation (“leases”): IP 주소의 임시 할당 (리스)
Complete IP configuration: 모든 IP 구성 매개변수 획득 가능

DHCP의 특징

동적 IP 주소 관리:

IP 주소 풀에서 사용 가능한 주소 자동 할당
임시 할당(lease)을 통한 효율적 IP 주소 관리
리스 만료 시 자동 갱신 또는 해제

포괄적 네트워크 설정:

IP 주소, 서브넷 마스크
Default gateway (라우터)
DNS 서버 주소
기타 200여 개의 네트워크 매개변수

DHCP 메시지 구조

DHCP Header Format

 0                   15 16                  31
┌───────────────────────┬──────────────────────┐
│      OpCode           │   Hardware Type      │
│     (8 bits)          │     (8 bits)         │
├───────────────────────┼──────────────────────┤
│ Hardware Address      │      Hop Count       │
│ Length (8 bits)       │     (8 bits)         │
├───────────────────────┴──────────────────────┤
│           Number of Seconds (16 bits)        │
├─────────────────────────┬────────────────────┤
│ Unused (BOOTP) /        │   Transaction ID   │
│ Flags (DHCP)            │     (16 bits)      │
│    (16 bits)            │                    │
├─────────────────────────┴────────────────────┤
│            Client IP address (32 bits)       │
├──────────────────────────────────────────────┤
│             Your IP address (32 bits)        │
├──────────────────────────────────────────────┤
│            Server IP address (32 bits)       │
├──────────────────────────────────────────────┤
│           Gateway IP address (32 bits)       │
├──────────────────────────────────────────────┤
│      Client hardware address (16 bytes)      │
├──────────────────────────────────────────────┤
│           Server host name (64 bytes)        │
├──────────────────────────────────────────────┤
│           Boot file name (128 bytes)         │
├──────────────────────────────────────────────┤
│               Options (variable)              │
└──────────────────────────────────────────────┘

주요 필드 설명

1. OpCode (8 bits)

1 (Request): 클라이언트 → 서버
2 (Reply): 서버 → 클라이언트

2. Hardware Type (8 bits)

1 (Ethernet)

3. Hardware Address Length (8 bits)

6 (Ethernet MAC 주소 길이)

4. Hop Count (8 bits)

클라이언트가 0으로 설정
Relay agent가 hop 수 추적

5. Transaction ID (16 bits)

Request와 Response 매칭을 위한 정수

6. Flags (16 bits)

B (1bit, broadcast): 브로드캐스트 요청

7. IP Address Fields

Client IP address: IP 요청 시 0.0.0.0, 할당 후 사용할 IP
Your IP address: 클라이언트에게 할당하는 IP 주소
Server IP address: DHCP 서버 이후 찾아갈 서버 주소
Gateway IP address: Relay의 IP 주소

DHCP 메시지 타입

DHCP Option 53: Message Type

Value	Message Type	설명
1	DHCPDISCOVER	클라이언트의 서버 발견
2	DHCPOFFER	서버의 IP 주소 제안
3	DHCPREQUEST	클라이언트의 IP 요청
4	DHCPDECLINE	클라이언트의 IP 거절
5	DHCPACK	서버의 승인
6	DHCPNAK	서버의 거부
7	DHCPRELEASE	클라이언트의 IP 해제
8	DHCPINFORM	클라이언트의 정보 요청

주요 DHCP 옵션들

Option 50: Requested IP Address

이전에 사용하던 IP 주소 요청

Option 51: IP Address Lease Time

IP 주소 임대 시간 (예: 3600s = 1 hour)

Option 53: DHCP Message Type (필수)

DHCP 메시지 유형 지정

Option 54: DHCP Server Identification

DHCP 서버 주소 → 다음에는 브로드캐스트가 아닌 직접 요청

Option 55: Parameter Request List

클라이언트가 요청하는 네트워크 매개변수 목록
Subnet Mask, Router, DNS Server, Domain Name 등

DHCP 4단계 프로세스

DORA Process

📚DORA: DHCP의 4단계 프로세스 (Discover, Offer, Request, Acknowledge)

Client                          Selected Server
  │                                     │
  │  DISCOVER                           │ Determines
  │ (broadcast, xid, params request)    │ Configuration
  ├─────────────────────────────────────►│ (Other Servers
  │                                     │  May OFFER)
  │  OFFER                              │
  │ (broadcast, siaddr, xid, yiaddr)    │
  ◄─────────────────────────────────────┤
  │                                     │
Collects Replies                        │
Selects Server/Configuration            │
  │                                     │
  │  REQUEST                            │ Selected Server
  │ (broadcast, siaddr, ciaddr, xid)    │ Commits Config
  ├─────────────────────────────────────►│ (Other Servers
  │                                     │  Do Not)
  │  ACK                                │
  │ (broadcast, xid, yiaddr, options)   │
  ◄─────────────────────────────────────┤
  │                                     │
Configured                              │

각 단계별 상세

1. DISCOVER (클라이언트 → 브로드캐스트)

클라이언트가 DHCP 서버 찾기
UDP Port 68 → 67로 브로드캐스트
0.0.0.0에서 255.255.255.255로 전송

2. OFFER (서버 → 클라이언트)

사용 가능한 IP 주소 제안
Lease 시간과 네트워크 설정 포함
여러 서버가 응답 가능

3. REQUEST (클라이언트 → 브로드캐스트)

특정 서버의 제안 수락
선택한 서버 ID 포함
여전히 브로드캐스트 (다른 서버들에게 알림)

4. ACK (서버 → 클라이언트)

최종 승인 및 설정 정보 전송
클라이언트가 IP 주소 사용 시작

DHCP State Machine

클라이언트 상태 전이

                    Send
                  DISCOVER
        ┌───────────┐      ┌─────────────┐
    ───►│   INIT    │─────►│  Selecting  │
        └───────────┘      └─────────────┘
              ▲                    │ Collect
              │                    │ Offers
              │                    ▼
     Recv NACK│              ┌─────────────┐
   (or Lease  │              │ Requesting  │
    Expires)  │              └─────────────┘
              │                    │ Select Server
              │                    │ Send REQUEST
     ┌────────┴───┐                 ▼
     │ Rebinding  │           ┌─────────────┐ Recv ACK (Accept)
     └────────────┘           │    Bound    │◄─────────────────
              ▲               └─────────────┘
         T2   │                      │ (Obtain T1, T2)
        Expires│                     │
              │               ┌─────────────┐
              │          T1   │  Renewing   │
              └───────Expires─┤             │
                              └─────────────┘

상태별 설명

INIT: 초기 상태, DISCOVER 전송

Selecting: OFFER 수집 중

Requesting: 특정 서버 선택 후 REQUEST 전송

Bound: IP 주소 할당 받아 사용 중

T1 (Renewal Time): 리스 시간의 50%
T2 (Rebinding Time): 리스 시간의 87.5%

Renewing: T1 만료, 동일 서버에 갱신 요청

Rebinding: T2 만료, 모든 서버에 갱신 요청

DHCP Relay Agent

현대적 DHCP 구성

📚DHCP Relay: 클라이언트와 원격 DHCP 서버 간의 메시지 중계

필요성:

브로드캐스트는 로컬 네트워크만 도달
각 서브넷마다 DHCP 서버 설치는 비효율적
중앙 집중식 DHCP 서버 운영 필요

동작 방식:

Network Segment A    │    Network Segment B
                     │
┌─────────┐          │         ┌─────────────┐
│ Client  │          │         │ DHCP Server │
└─────────┘          │         └─────────────┘
     │               │                 ▲
     │ Broadcast     │                 │
     ▼               │                 │
┌───────────────┐    │    ┌─────────────┤
│ Relay Agent   │────┼────│ Unicast     │
│ (Router)      │    │    │ Messages    │
└───────────────┘    │    └─────────────┘

Relay Agent 기능:

브로드캐스트 DHCP 메시지 수신
유니캐스트로 DHCP 서버에 전달
서버 응답을 클라이언트에게 중계
Gateway IP address 필드에 자신의 IP 기록

DHCP Lease Management

Lease 시간 관리

📚IP Address Lease: IP 주소의 임시 사용권, 지정된 시간 동안만 유효

Lease 갱신 과정:

리스 시간의 50% 경과 (T1) 시:

클라이언트가 동일 서버에 DHCPREQUEST 전송
서버 응답 없으면 요청 반복
서버가 DHCPNAK 응답 시 처음부터 다시 시작

리스 시간의 87.5% 경과 (T2) 시:

모든 DHCP 서버에 브로드캐스트 DHCPREQUEST
어떤 서버든 응답 가능

Lease 해제

DHCPRELEASE:

클라이언트가 IP 주소 더 이상 사용하지 않음을 알림
서버가 IP 주소를 풀에 반환
정상적인 해제 과정

자동 만료:

클라이언트가 갱신하지 않으면 자동으로 만료
서버가 IP 주소를 회수하여 재사용 가능

DHCP 요약

DHCP의 핵심 기능

1. 동적 IP 주소 관리

자동 IP 주소 할당 및 회수
Lease 기반 임시 할당
IP 주소 풀의 효율적 관리

2. 포괄적 네트워크 설정

IP 주소, 서브넷 마스크, 게이트웨이
DNS 서버, 도메인 이름
200여 개의 네트워크 매개변수

3. 네트워크 자동화

Zero-configuration 지원
사용자 개입 최소화
중앙 집중식 관리

4. 확장성과 이동성

Relay Agent를 통한 확장
네트워크 간 이동 지원
대규모 네트워크 관리

DHCP vs 정적 IP 주소

구분	DHCP (동적)	Static IP (정적)
관리 편의	자동화, 중앙 관리	수동 설정 필요
확장성	대규모 네트워크 적합	소규모만 현실적
IP 효율성	높음 (필요시에만)	낮음 (항상 점유)
이동성	완벽 지원	제한적
보안	추가 고려사항	상대적으로 안전
안정성	DHCP 서버에 의존	높음

DHCP는 현대 네트워크의 기반
거의 모든 네트워크에서 사용
사용자 편의성과 관리 효율성 제공
네트워크 자동화의 핵심 구성 요소

References:

RFC 2131: Dynamic Host Configuration Protocol
RFC 2132: DHCP Options and BOOTP Vendor Extensions
RFC 3046: DHCP Relay Agent Information Option
Prof. Jongwon Yoon, Intelligent Machines Lab.

CS, Internet Protocol

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