Das Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) ist eine fundamentale Komponente in Netzwerken. Es reguliert die Vergabe von IP-Adressen an Geräte, die für die Internetkommunikation notwendig sind. Üblicherweise geschieht dies automatisch, doch für den Fall, dass feste IP-Adressen benötigt werden, ist es unerlässlich, die Funktionsweise von DHCP zu verstehen.
Die Rolle von DHCP bei der IP-Adressvergabe
Jedes Gerät, das sich in ein Netzwerk einwählt, erfordert eine eindeutige IP-Adresse. In den Anfängen der Netzwerktechnik wurden IP-Adressen manuell konfiguriert, was besonders in Umgebungen mit einer großen Anzahl von Geräten, wie beispielsweise in Firmen, sehr aufwendig war. DHCP automatisiert diesen Vorgang weitgehend und macht die Netzwerkanbindung von Geräten wesentlich einfacher. DHCP-Server oder Router übernehmen diese Aufgabe auf der Grundlage von definierten Regeln. Die meisten Router nutzen beispielsweise den Bereich 192.168.0.x, daher sind solche Adressen in Heimnetzwerken häufig anzutreffen.
Der Ablauf ist relativ simpel: Wenn sich ein Client (ein Computer, ein IoT-Gerät, ein Tablet oder ein Smartphone usw.) mit dem Netzwerk verbinden möchte, sendet er ein Signal (ein sogenanntes DHCPDISCOVER) an den DHCP-Server (oder Router). Der Server antwortet mit den netzwerkbezogenen Regeln und Einstellungen sowie einer vorgeschlagenen IP-Adresse (ein DHCPOFFER). Der Client bestätigt die Informationen und bittet um die Erlaubnis, die zugewiesene Adresse zu verwenden (eine DHCPREQUEST-Nachricht). Abschließend bestätigt der DHCP-Server die Anfrage und der Client kann sich mit dem Netzwerk verbinden.
DHCP kontrolliert den IP-Adressbereich
DHCP bietet die Möglichkeit, den Bereich der verfügbaren IP-Adressen anzupassen. Wird beispielsweise ein Bereich von 192.168.0.1 bis 192.168.0.100 definiert, liegen alle vergebenen Adressen innerhalb dieses Bereichs. Geräte, denen 192.168.0.101 zugewiesen ist, wären in diesem Fall ausgeschlossen. Zu beachten ist auch, dass die Start-IP (hier 192.168.0.1) in der Regel dem Router vorbehalten ist. Einige Router listen nur die Startadresse auf und erlauben die Angabe einer maximalen Anzahl von Benutzern (womit die Endadresse festgelegt wird).
Ein Vorteil dieser Steuerung ist die Möglichkeit, die Anzahl der gleichzeitig mit dem Netzwerk verbundenen Geräte zu limitieren (in diesem Fall maximal 100). Ein Nachteil kann jedoch darin bestehen, dass bei einem zu klein gewählten Bereich unbeabsichtigt die Verbindung neuer Geräte verhindert werden kann. Um einen eingeschränkten IP-Adressbereich zu realisieren, verleihen DHCP-Server IP-Adressen nur temporär.
Temporäre Zuweisung dynamischer Adressen
Die Vergabe einer IP-Adresse durch einen DHCP-Server erfolgt über ein Leihsystem. Ein Gerät behält diese IP-Adresse für eine bestimmte Anzahl von Tagen. Danach wird versucht, die IP-Adresse zu erneuern. Erfolgt kein Erneuerungssignal (z.B. bei einem deaktivierten Rechner), gibt der DHCP-Server die IP-Adresse wieder frei, damit sie an ein anderes Gerät vergeben werden kann. Wird das Erneuerungssignal empfangen, behält das Gerät seine IP-Adresse für einen weiteren Zeitraum. Aus diesem Grund kann es vorkommen, dass sich Ihre IP-Adresse von Zeit zu Zeit ändert, wenn Sie häufig den Befehl „ipconfig“ verwenden.
Es kann vorkommen, dass zwei Geräte dieselbe IP-Adresse zugeteilt bekommen, beispielsweise eine virtuelle Maschine, die sich hauptsächlich im Offline-Zustand befindet. In diesem Fall kann die VM das Erneuerungssignal nicht senden, weshalb ihre IP-Adresse weitervergeben wird. Wenn die VM später wieder gestartet wird, hat sie zwar noch die Aufzeichnung der alten IP-Adresse (insbesondere wenn sie aus einem Snapshot wiederhergestellt wurde), kann diese aber nicht mehr verwenden, da sie inzwischen vergeben wurde. Ohne die entsprechende Berechtigung kann sie keine Verbindung zum Netzwerk herstellen, bis eine neue IP-Adresse zugewiesen wird. Die Verwendung von dynamischen IP-Adressen sollte solche Szenarien jedoch im Regelfall verhindern.
Statische IP-Adressen: Notwendigkeit für bestimmte Geräte
Für Geräte wie Drucker oder Medienserver (z.B. NAS-Geräte oder Plex-Server), die dauerhaft mit dem Netzwerk verbunden sind, wäre es unpraktisch, wenn sich deren IP-Adressen ändern würden. Zwar kann eine Verlängerung der Mietdauer das verhindern, jedoch bleibt eine IP-Adressänderung möglich. Ein Router-Neustart aufgrund eines Stromausfalls oder zur Behebung von Problemen kann die Neuvergabe aller dynamisch erzeugten IP-Adressen zur Folge haben. Die manuelle Zuweisung einer statischen IP-Adresse löst dieses Problem in solchen Szenarien.
Der genaue Ablauf variiert, insbesondere da sich die Webinterfaces der Router selbst bei Geräten desselben Herstellers unterscheiden können. Einige Router, wie das Eero Mesh Router Kit, bezeichnen dies unter Umständen als „IP-Reservierung“. Eine statische IP-Adresse muss jedoch immer den Bereichsregeln entsprechen, sofern solche existieren. Die Verwendung einer aktuellen IP-Adresse als Grundlage für eine statische IP ist im Normalfall am einfachsten. Je nach Gerät und Betriebssystem kann es notwendig sein, eine statische IP-Adresse nicht über den Router oder DHCP-Server, sondern direkt auf der Geräteseite zu konfigurieren. Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn der Router selbst keine statischen IPs unterstützt.