DHCPとは？IPアドレス自動割り当ての仕組み・DORAを図解で解説

前の記事では、 DNSを使ってドメイン名からIPアドレスを調べる名前解決 について学びました。

ここまでのネットワーク初級講座では、 IPアドレス、サブネットマスク、MACアドレス、ARP、DNSなど、 通信に必要なさまざまな仕組みを学習してきました。

ところで、PCがネットワークへ接続するためには、 少なくとも次のような情報が必要になります。

しかし、自宅で新しいPCやスマートフォンをWi-Fiへ接続するとき、 これらを毎回手入力しているわけではありません。

その役割を担っているのが DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）です。

DHCPとは？

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）とは、 PCやスマートフォンなどの端末へ、 IPアドレスなどのネットワーク設定を自動的に配布するためのプロトコル です。

DHCPがないとどうなる？

DHCPを使わない場合、 ネットワーク管理者や利用者が端末へ手動でIPアドレスなどを設定できます。

端末が数台なら手動設定でも管理できます。

しかし、数十台、数百台の端末へ 1台ずつ設定するのは非常に大変です。

さらに、 同じIPアドレスを複数端末へ設定してしまうと IPアドレス重複の原因にもなります。

DHCPでは何が配布される？

DHCPというと 「IPアドレスを配る仕組み」 というイメージが強いですが、 IPアドレス以外の情報も配布できます。

そのため、端末をネットワークへ接続するだけで、 通信に必要な設定をまとめて受け取ることができます。

DHCPサーバーはどこにある？

DHCPサーバーは、 必ず専用の物理サーバーでなければならないわけではありません。

たとえば家庭用ネットワークでは、 Wi-FiルーターがDHCPサーバーとして動作 していることがよくあります。

企業ネットワークでは、 Windows Serverやネットワーク機器、 専用のDHCPサーバーなどが役割を担う場合があります。

DHCPの基本：DORAを理解しよう

新しくネットワークへ接続した端末が DHCPサーバーから設定を取得する代表的な流れは、 次の4ステップです。

頭文字を取って DORA と呼ばれます。

STEP 1：DHCP Discover ― DHCPサーバーを探す

ネットワークへ接続したばかりの端末は、 まだ自分のIPv4アドレスを持っていません。

さらに、 DHCPサーバーがどこにいるのかも分かりません。

そこで端末は DHCP Discover を送信して、 利用可能なDHCPサーバーを探します。

クライアントはDHCPサーバーのIPアドレスをまだ知らないため、 Discoverではブロードキャストが利用されます。

STEP 2：DHCP Offer ― DHCPサーバーが設定を提案する

DHCP Discoverを受信したDHCPサーバーは、 利用可能なIPアドレスなどを選び、 クライアントへ DHCP Offer を返します。

DHCPサーバーは、 あらかじめ設定されたアドレス範囲から 利用可能なIPアドレスを選びます。

STEP 3：DHCP Request ― クライアントが利用を要求する

クライアントはDHCP Offerを受け取ると、 提示された設定を利用したいことを DHCP Request で通知します。

STEP 4：DHCP ACK ― DHCPサーバーが割り当てを承認する

最後にDHCPサーバーが DHCP ACK（Acknowledgement） を返します。

これでクライアントに必要な設定が適用され、 通常のIP通信を開始できるようになります。

DORAの流れをまとめて確認しよう

DHCPは何番ポートを使う？

DHCPではUDPを使用し、 サーバーとクライアントで異なるポート番号を利用します。

DHCPのIPアドレスは永久にもらえるわけではない

DHCPによるIPアドレスの割り当ては、 通常 一定期間だけ利用する仕組み になっています。

この利用期間を リース（Lease） と呼びます。

クライアントは、 リース期間が切れる前にDHCPサーバーへ 更新を要求します。

この仕組みによって、 使用されなくなったIPアドレスを 別の端末へ再利用できます。

DHCPでは配布するIPアドレス範囲を決めておく

DHCPサーバーでは通常、 端末へ配布するIPアドレスの範囲を設定します。

このような配布範囲は、 DHCPスコープやアドレスプールなどと呼ばれます。

ルーターやサーバーなど、 常に同じIPアドレスを使いたい機器については、 DHCP配布範囲から外して固定設定する設計もあります。

DHCPサーバーが別ネットワークにある場合はどうする？

DHCP Discoverはブロードキャストで送信されます。

しかし通常、 ルーターはL2ブロードキャストを そのまま別ネットワークへ転送しません。

企業ネットワークでは、 DHCPサーバーを1か所へ集約したいことがあります。

そこで利用されるのが DHCPリレー（DHCP Relay） です。

ここで実際に動かしてみよう：DHCP DORAシミュレーター

ネットワークへ接続したPCが IPアドレスを取得するまでを順番に確認してみましょう。

理解度チェック：DHCPで配布できる情報を確認しよう

項目をクリックすると、 DHCPでどのように利用される情報なのか確認できます。

DHCPで取得した設定はPCから確認できる

実際の端末でも、 現在設定されているIPアドレスやDHCP関連情報を確認できます。

Windowsの場合

C:\> ipconfig /all

環境によって、 IPアドレス、サブネットマスク、 デフォルトゲートウェイ、DNSサーバー、 DHCPサーバーなどを確認できます。

DHCPで設定を再取得する

C:\> ipconfig /release
C:\> ipconfig /renew

ipconfig /releaseで現在のDHCP割り当てを解放し、 ipconfig /renewでDHCPサーバーから再取得できます。

DHCPでIPアドレスを取得できないとどうなる？

Windows環境でDHCPからIPv4アドレスを取得できない場合、 状況によっては 169.254.x.x のようなアドレスが設定されることがあります。

これは APIPA（Automatic Private IP Addressing） と呼ばれる仕組みに関係します。

そのためトラブルシューティングで 169.254.x.xを見つけた場合は、 DHCPサーバーへ到達できているかなどを確認するきっかけになります。

DHCP障害ではどこを確認する？

ネットワーク初級で学んだ内容を一本につなげよう

DHCPまで理解すると、 PCがネットワークへ接続してWebサイトを見るまでの流れを かなり具体的に追えるようになります。

確認問題：DHCPの仕組みを理解できたか確認しよう

初級最後の確認問題です。 3問に挑戦してみましょう。

まとめ

今回は、DHCPによるIPアドレス自動割り当ての仕組みを解説しました。