DHCPとは何か

DHCPは、 Dynamic Host Configuration Protocol の略です。

日本語では「動的ホスト構成プロトコル」などと訳されますが、 最初は ネットワーク設定を自動配布する仕組み と覚えれば十分です。

DHCPを利用する端末を DHCPクライアント、 設定情報を配布する機器を DHCPサーバー と呼びます。

なぜDHCPが必要なのか

DHCPを使わない場合、ネットワークへ接続するすべての端末に対して、 管理者や利用者がIPアドレスなどを手動で設定しなければなりません。

手動設定だけでは管理が難しい

端末が2台や3台だけであれば、 手動設定でも大きな問題は起きにくいかもしれません。

しかし、会社のネットワークに数百台のパソコンやスマートフォンが接続される場合、 すべてを手動で設定するのは現実的ではありません。

また、同じIPアドレスを複数の端末へ誤って設定すると、 IPアドレスの重複が発生し、 通信が不安定になったり、通信できなくなったりします。

DHCPで自動設定される情報

DHCPが配布するのは、IPアドレスだけではありません。 ネットワーク通信に必要な複数の情報を、まとめて端末へ設定できます。

そのほかにも、環境によっては次のような情報を配布できます。

• IPアドレスを使用できる期間
• ドメイン名
• NTPサーバー
• 特定用途のサーバー情報
• 機器の起動に必要なサーバーやファイルの情報

DHCPオプションとは

DHCPで配布する各種情報は、 DHCPオプションとして扱われます。

DORAで理解するDHCPの流れ

端末が最初にIPアドレスを取得するときは、 主に4段階のメッセージをやり取りします。

4つのメッセージの頭文字を並べて、 DORAと呼びます。

1．DHCP Discover

ネットワークへ接続した端末は、最初は自分が使用するIPアドレスも、 DHCPサーバーがどこにいるのかも分かりません。

そこで、 「利用できるDHCPサーバーはありませんか」 というDHCP Discoverメッセージを送信します。

宛先となるDHCPサーバーのIPアドレスが分からないため、 最初の問い合わせではブロードキャストが使われます。

2．DHCP Offer

DHCP Discoverを受信したDHCPサーバーは、 利用可能なIPアドレスを確認します。

そして端末へ、 「このIPアドレスと設定を使用できます」 というDHCP Offerを返します。

DHCP Offerには、IPアドレスだけでなく、 サブネットマスク、デフォルトゲートウェイ、 DNSサーバー、リース期間などの候補が含まれます。

3．DHCP Request

端末は、受け取った提案の中から使用したい設定を選び、 DHCP Requestを送信します。

これは、 「提案されたIPアドレスを使用させてください」 という要求です。

ネットワーク内に複数のDHCPサーバーが存在する場合、 端末がどのDHCPサーバーの提案を選んだのかを知らせる役割もあります。

4．DHCP ACK

DHCPサーバーは、要求されたIPアドレスを端末へ割り当て、 DHCP ACKを返します。

ACKはAcknowledgementの略で、 「その設定を使用してよいことを確認しました」 という意味です。

DHCP ACKを受け取った端末は、受信した設定を反映し、 ネットワーク通信を開始します。

1. Discover

   端末がDHCPサーバーを探します。

2. Offer

   DHCPサーバーが使用可能なIPアドレスと設定を提案します。

3. Request

   端末が提案された設定の使用を要求します。

4. ACK

   DHCPサーバーが使用を正式に許可し、設定が完了します。

DHCP通信の宛先とポート番号

DHCPでは、トランスポート層のプロトコルとして UDPを使用します。

最初のDHCP Discoverを送信する時点では、 端末はまだ自分のIPアドレスを持っていません。

そのため、初回の問い合わせでは一般的に次の情報が使われます。

リース期間と更新の仕組み

DHCPで割り当てられたIPアドレスは、 多くの場合、端末が永久に使用できるわけではありません。

DHCPサーバーは、 一定期間だけIPアドレスを貸し出す という考え方で管理します。

この貸し出し期間を リース期間 と呼びます。

なぜ貸し出し方式にするのか

スマートフォンやノートパソコンは、 常に同じネットワークへ接続しているとは限りません。

一度接続しただけの端末へIPアドレスを永久に確保すると、 利用できるIPアドレスが不足する可能性があります。

リース期間が終了したアドレスを再利用することで、 限られたIPアドレスを効率よく管理できます。

リース期間中に更新する

端末がネットワークへ接続し続ける場合は、 リース期間が完全に終了する前に更新を要求します。

標準的な動作では、リース期間のおよそ50％が経過した時点で、 最初の更新を試みます。

そのDHCPサーバーから応答がない場合は、 リース期間のおよそ87.5％が経過した時点で、 ほかのDHCPサーバーも含めて再度取得を試みます。

ただし、実際の更新タイミングは設定や実装によって異なる場合があります。

DHCPサーバーはどこにあるのか

DHCPサーバーという名前から、 専用の大きなサーバー機器を想像するかもしれません。

しかし、DHCP機能を提供できる機器やソフトウェアであれば、 必ずしも専用サーバーである必要はありません。

DHCPプールとは

DHCPサーバーは、 端末へ配布してよいIPアドレスの範囲を設定しています。

この配布用のアドレス範囲を、 DHCPプールや アドレスプール と呼びます。

ルーター、サーバー、プリンターなど、 IPアドレスを固定して使用したい機器がある場合は、 DHCPの配布範囲から除外することがあります。

ルーターを越える場合のDHCPリレー

DHCP Discoverではブロードキャストを使用します。

しかし、通常のルーターは、 受信したブロードキャストをそのまま別のネットワークへ転送しません。

そのため、端末とDHCPサーバーが異なるネットワークに存在する場合、 そのままでは端末からのDHCP Discoverがサーバーへ届きません。

このような構成では、 ルーターやL3スイッチが端末からのDHCPメッセージを受け取り、 DHCPサーバーへ中継します。

この仕組みを DHCPリレー と呼びます。

WindowsでDHCPの情報を確認する方法

Windowsでは、コマンドプロンプトから ipconfigコマンドを実行すると、 端末へ設定されているネットワーク情報を確認できます。

基本情報を確認する

より詳しい情報を確認するときは、 /allオプションを付けます。

出力例は次のとおりです。

IPアドレスを解放する

現在使用しているDHCPのIPアドレスを解放します。 実行すると、一時的にネットワーク通信ができなくなります。

IPアドレスを再取得する

DHCPサーバーへ問い合わせ、 IPアドレスなどの設定を再取得します。

IPアドレスを取得できないときの切り分け

DHCPから正しい情報を取得できない場合、 端末はネットワークへ正常に接続できません。

問題が起きたときは、 DHCPサーバーだけをすぐに疑うのではなく、 端末からサーバーまでの経路を順番に確認します。

1．端末でDHCPが有効になっているか

端末に固定IPアドレスが設定されている場合、 DHCPサーバーへ問い合わせません。

Windowsでは、 IPv4の設定が 「IPアドレスを自動的に取得する」 になっているか確認します。

2．ケーブルやWi-Fiが接続されているか

LANケーブルが抜けている、 Wi-Fiが無効になっている、 電波が届いていないといった状態では、 DHCP Discoverを送信できません。

3．正しいVLANやSSIDへ接続しているか

会社のネットワークでは、 接続するポートやSSIDによって所属するネットワークが変わる場合があります。

誤ったVLANやゲスト用SSIDへ接続していると、 想定したDHCPサーバーから設定を取得できません。

4．DHCPリレーや通信制御に問題がないか

DHCPサーバーが別ネットワークにある場合は、 ルーターやL3スイッチのDHCPリレー設定が必要です。

また、ファイアウォールやACLなどで、 DHCPに使用するUDP 67番・68番が遮断されている可能性もあります。

5．DHCPサーバーが動作しているか

DHCPサーバーのサービス停止、設定ミス、 アドレスプールの枯渇などを確認します。

アドレスプールのすべてのIPアドレスが使用中の場合、 新しい端末へ割り当てるIPアドレスがありません。

169.254から始まるIPアドレスになっている

Windows端末でDHCPからIPアドレスを取得できなかった場合、 169.254.x.xのようなアドレスが自動設定されることがあります。

これは、IPv4リンクローカルアドレスであり、 WindowsではAPIPAと呼ばれる仕組みによって設定されます。

169.254から始まるアドレス同士で、 同じネットワーク内の限定的な通信ができる場合はあります。

しかし、通常はデフォルトゲートウェイやDNSサーバーが設定されないため、 インターネットや社内の別ネットワークへは接続できません。

現場で確認する基本手順

1. ipconfig /allで現在の設定を確認する
2. DHCPが有効になっているか確認する
3. 169.254から始まるアドレスではないか確認する
4. ケーブル、リンクランプ、Wi-Fi接続を確認する
5. 正しいVLANやSSIDへ接続しているか確認する
6. ほかの端末も同じ症状か確認する
7. DHCPサーバーやアドレスプールの状態を確認する
8. 必要に応じてDHCPリレーや通信制御を確認する

DHCPに関するよくある勘違い

自分の言葉で説明する課題

最後に、次の質問へ自分の言葉で答えてください。