Protocolo DHCP: Funcionamiento, Modos de Asignación y Ciclo de Vida DORA

Fundamentos del Protocolo DHCP y Direccionamiento IP

El DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) es un protocolo fundamental en la gestión de redes. Fue creado en 1993 por el grupo de trabajo de configuración dinámica de equipos del IETF (Internet Engineering Task Force) y se basa en el modelo cliente/servidor. El servidor DHCP utiliza el puerto 67 y el cliente utiliza el puerto 68.

Contexto de Protocolos: TCP/IP e IETF

El término TCP/IP hace referencia al Protocolo de Internet (IP) y al Protocolo de Control de Transmisión (TCP, definido en el RFC 793). Estos protocolos están definidos en los Documentos de Petición de Comentarios (RFC), de acuerdo con el IETF, que a su vez pertenece a la Internet Society (ISOC). Estas son organizaciones internacionales sin ánimo de lucro dedicadas a impulsar las técnicas y tecnologías de comunicación entre redes.

Direccionamiento IP: IPv4 vs. IPv6

• IPv4: Utiliza 32 bits (4 bytes), lo que permite un total de $2^{32}$ direcciones (4.294.967.296 direcciones totales).
• IPv6: Utiliza 128 bits (16 bytes), lo que permite un total de $2^{128}$ direcciones (aproximadamente $3.4 imes 10^{38}$ direcciones totales).

La máscara de subred es esencial, ya que identifica la porción de red de una dirección IP.

Protocolos de Resolución de Direcciones (ARP y RARP)

• RARP (Reverse Address Resolution Protocol): Se utiliza para enviar una trama de difusión a través de la intranet que alcance algún servidor que pueda contestar la solicitud, utilizando la dirección MAC del cliente.
• ARP (Address Resolution Protocol): Permite averiguar la dirección MAC a partir de una dirección IP.

Durante el proceso DHCP, el servidor verifica que no exista otra IP igual a la recién asignada (prevención de duplicidad).

Modalidades de Asignación de Direcciones DHCP

DHCP ofrece diferentes métodos para asignar direcciones IP, adaptándose a las necesidades de la red:

1. Asignación Automática

Se cede una IP libre al cliente la primera vez que la solicita y se mantiene asignada hasta que el cliente la libera. Es común en PYMES, organizaciones y entornos SOHO.

Definición SOHO

SOHO (Small Office Home Office) se refiere a pequeñas oficinas o despachos de microempresas.

2. Asignación Dinámica y Limitada (Concesión Temporal)

Se cede una IP libre temporalmente. El plazo de cesión varía según las altas y bajas de clientes, así como el número de IPs disponibles. En casos de conexiones y desconexiones frecuentes, el tiempo de concesión puede oscilar entre 10 y 15 minutos. Es el método más utilizado por los proveedores de servicios de Internet (ISP).

3. Asignación Manual o Estática con Reserva

Se asigna la misma IP a un PC concreto, generalmente vinculada a su dirección MAC. Aunque requiere más tiempo de configuración, ofrece mayor seguridad. Se utiliza cuando se desea controlar la asignación de IP de manera estricta para impedir conexiones no identificadas.

Tipos de Comunicación y Parámetros de Configuración DHCP

Conceptos de Envío de Trama

• Difusión (Broadcast): Envío de una trama de Nivel 2 a todos los equipos de la red sin un destinatario concreto.
• Multidifusión (Multicast): Ocurre cuando un grupo de equipos se suscribe a un servicio determinado.

Parámetros de Configuración DHCP

El servidor DHCP configura obligatoriamente los siguientes parámetros:

• Dirección IP
• Máscara de subred
• Tiempo de concesión
• Tiempo de renovación y reconexión

Opcionalmente, puede configurar:

• Puerta de enlace (Gateway)
• Direcciones de servidores DNS
• Nombre de dominio DNS

En entornos Windows, además, se configuran el tipo de nodo WINS/NBT y el servidor WINS.

El Ciclo de Vida DHCP: Mensajes y Proceso DORA

La comunicación entre cliente y servidor DHCP se realiza mediante una serie de mensajes específicos:

Mensajes Enviados por el Cliente

DHCP Discover

El cliente envía una trama de difusión (broadcast) para buscar servidores DHCP disponibles en la intranet.

DHCP Request

Mensaje enviado al servidor para aceptar una oferta específica (y rechazar el resto), confirmar la exactitud de la información, o extender el contrato de una IP ya asignada.

DHCP Decline

Indica al servidor que la IP asignada ya está en uso (duplicada).

DHCP Release

El cliente libera la IP y termina el contrato de concesión.

DHCP Inform

Consulta al servidor sobre parámetros de configuración local. Al enviarse, el cliente ya está configurado con una IP.

DHCP Renew

Notifica al servidor la intención de renovar la concesión de la IP durante el tiempo acordado.

Mensajes Enviados por el Servidor

DHCP Offer

El servidor responde a un Discover con una oferta de configuración.

DHCP ACK (Acknowledgement)

Envío de los parámetros de configuración definitivos junto con la IP. Confirma la concesión.

DHCP NAK (Negative Acknowledgement)

Indica que la IP asignada no es válida o que el contrato ha finalizado. Normalmente es enviado por servidores no autorizados.

Fases del Proceso de Asignación (DORA)

1. Estado Inicial (Discover): El cliente envía el Discover con su dirección MAC.
2. Inicialización (Offer): El servidor envía el Offer.
3. Selección (Request): El cliente analiza las ofertas y elige la primera válida, enviando el Request.
4. Solicitud y Enlace (ACK): El servidor recibe el Request y envía el ACK. El cliente recibe el ACK y ejecuta una orden ARP para comprobar que la IP no esté duplicada.
5. Renovación: Se envía el mensaje Renew.
6. Reenlace/Liberación: Se envía el mensaje Release.

Estructura de la Dirección MAC

Una dirección MAC se compone típicamente de 6 bytes (ejemplo: AABBCC DDEEFF), donde los primeros 3 bytes (AABBCC) identifican al fabricante y los últimos 3 (DDEEFF) son el número de control o identificador único del dispositivo.

Alternativas y Gestión de Múltiples Servidores

APIPA: Direccionamiento Automático Privado

En ausencia de un servidor DHCP, el IETF utiliza APIPA (Automatic Private IP Addressing), descrito originalmente en el RFC 1918 y mejorado en el RFC 3927.

El rango definido para APIPA es de 169.254.0.1 a 169.254.255.254, utilizando la máscara de Clase B 255.255.0.0.

Consideraciones sobre Múltiples Servidores DHCP

Si hay más de un servidor DHCP activo en la red, todos los servidores esperan la solicitud del cliente (Discover). Cuando esta llega, la analizan y contestan (Offer). El cliente acepta la primera oferta recibida.

Es crucial entender que los servidores DHCP de la misma red local no se comunican entre sí para coordinar qué IP debe asignar cada uno. Por lo tanto, el administrador de red debe asegurarse de que las configuraciones de todos los servidores sean independientes y consistentes para evitar conflictos de direcciones.