Configuración y Funcionamiento del Protocolo DHCP en Redes

Configuración de Redes sin DHCP frente a Redes con DHCP

Trabajar sin DHCP (IP manual, 1 nodo = 1 IP manual) puede provocar la asignación accidental de una IP no válida, lo que dará problemas de red y una sobrecarga de trabajo para el administrador. Por el contrario, las ventajas de DHCP incluyen una IP asignada de forma automática por DHCP a cada nodo, evitando errores. Los cambios de estructura se realizan solos al actualizarse el nodo, aunque requiere reservar la IP previamente.

Características Principales de DHCP

• Asignación automática e ilimitada: Da IP al nodo y la mantiene hasta que la libera. Es muy usado en entornos SOHO y PYMES por su facilidad de uso.
• Asignación dinámica y limitada: Cede una IP temporal (de 10 a 15 minutos según cada empresa) debido a la alta frecuencia de altas y bajas de clientes. Es el método utilizado por los proveedores de acceso a Internet.
• Asignación estática con reserva: Asigna una IP a una MAC determinada. Es más segura pero requiere más tiempo de gestión, controlando estrictamente la red para impedir la entrada de terceros. Se usa habitualmente en universidades y empresas que cuentan con personal especializado.

Funcionamiento del Protocolo DHCP

Creado por la IETF, es un estándar abierto y libre de derechos de propiedad (cualquiera que siga las reglas puede implementarlo). Se creó para sustituir a BOOTP (sistema de configuración de arranque), con el cual es totalmente compatible. Además, funciona perfectamente junto con ARP y RARP.

Configuración Obligatoria y Opcional

El DHCP debe configurar obligatoriamente la IP y la máscara del nodo, el leaseTime (tiempo de concesión), el renewalTime (tiempo de renovación) y el rebindingTime (tiempo de reconexón). De forma opcional, puede añadir el DNS, la puerta de enlace, el sufijo DNS y, en sistemas Windows, el tipo de nodo WINS/NBT.

Regulación y Puertos de Comunicación

El protocolo DHCP regula cómo el nodo obtiene una configuración IP válida y el orden a seguir. A través del puerto 68, el cliente envía mensajes para que un DHCP activo le conteste por el puerto 67 (ambos utilizan el protocolo de nivel de transporte UDP). Cada red cuenta con un servidor DHCP activo y configurado para atender las solicitudes de los clientes y guardar las tablas de IP, garantizando una configuración válida.

Mensajes y Órdenes del Protocolo DHCP

El intercambio de mensajes entre cliente y servidor se realiza mediante las siguientes órdenes:

• dhcpDISCOVER: Mensaje de tipo broadcast enviado por el cliente para detectar todos los servidores disponibles.
• dhcpREQUEST: Mensaje enviado para aceptar la oferta de un servidor determinado, confirmar la exactitud de la información asignada y extender el contrato de una IP.
• dhcpDECLINE: Mensaje del cliente al servidor indicando que la IP asignada ya está en uso.
• dhcpRELEASE: Notifica la liberación de la IP, dando por terminado el contrato.
• dhcpINFORM: El cliente consulta los parámetros de configuración local cuando ya se encuentra configurado.
• dhcpRENEW: Notifica la renovación de la IP asignada en el contrato.
• dhcpOFFER: Respuesta del servidor al mensaje Discover que incluye los parámetros de configuración.
• dhcpACK: Confirmación para el cliente con los parámetros de la configuración asignada, incluyendo la IP.
• dhcpNAK: Indica que la IP no es válida o que el contrato ha finalizado; suele ser enviado por un servidor no autorizado.

Al recibir las ofertas, el cliente acepta la primera oferta que llega y lo comunica a los demás mediante broadcast. El servidor DHCP elegido responde con un paquete que contiene la IP, la máscara y la MAC del cliente, además de la IP del servidor y el tiempo de concesión (lease time). El servidor guarda esta información hasta que finalice el plazo o se libere la IP.

Antes de que expire el lease time, el cliente envía una solicitud de renovación. Si la validez expira, se solicita una nueva IP indicando únicamente la IP y la MAC. DHCP facilita enormemente la asignación de direcciones, optimizando el proceso, evitando colisiones y reduciendo al mínimo la intervención del administrador.

Fases en la Asignación de IP al Cliente

1. Estado inicial: El cliente manda un mensaje en broadcast con dhcpDISCOVER que incluye su MAC de origen para detectar los servidores DHCP activos.
2. Estado de inicialización: Los servidores DHCP activos contestan con un mensaje dhcpOFFER que contiene la configuración (uno por cada servidor).
3. Estado de selección: El cliente analiza las ofertas recibidas y elige la primera que llega.
4. Estado de solicitud: El cliente manda un dhcpREQUEST con la identidad del servidor seleccionado, descartando a los demás.
5. Estado de confirmación: Al servidor le llega el REQUEST, registra la asignación y envía un dhcpPACK con la configuración y la IP.
6. Estado de enlace: El cliente recibe el ACK y ejecuta el comando arp con la IP asignada para comprobar que no está duplicada; en este punto, el equipo ya está configurado.
7. Estado de renovación: Antes de que caduque la cesión de la IP, se envía un dhcpRENEW al servidor pidiendo la ampliación del plazo para mantener la configuración actual.
8. Estado de reenlace: Cuando se desea prescindir de la IP, se envía al servidor un dhcpRELEASE para que la dirección quede liberada.

Autoconfigración sin DHCP (APIPA)

La autoconfiguración sin DHCP se produce en escenarios donde se necesita una conexión entre iguales (peer-to-peer) dentro de un mismo segmento de red. Se denomina red sin configuración y se resuelve utilizando la asignación de direccionamiento IP privado automático conocido como APIPA, una versión basada en IPv4LL que permite una configuración dinámica de las direcciones en una red LAN.

Las RFC especifican que el rango de IP definido para este fin se genera de forma aleatoria entre 169.254.0.1 y 169.254.255.254/16. En sistemas operativos como Ubuntu esta función se realiza mediante Avahi-autoipd, mientras que en Windows se gestiona a través de las direcciones IPv4 link-local.

Resumen de Tipos de Configuración DHCP

• Asignación automática: Otorga una IP fija al nodo hasta que este la libera. Se utiliza por su simplicidad.
• Asignación dinámica: Especifica un rango de direcciones IP determinado; la IP cambia dinámicamente según las altas y bajas de los clientes.
• Asignación estática con reserva: El servidor DHCP asigna una IP específica a cada dirección MAC. Se emplea exclusivamente cuando se cuenta con personal técnico cualificado en la red.