DHCPとは？IT初心者向けにわかりやすく3分で解説

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）とは、インターネットに接続する通信機器にIPアドレスを自動的に割り当てるプロトコルです。

参考　OSI参照モデル / 通信プロトコルの基本

スマートフォンやPCなどを利用してインターネット接続を行うためには、各デバイスごとにIPアドレスを設定する必要があります。もしDHCPが正常に動作していなければ我々は手動でスマートフォン１つ１つにIPアドレスを設定しなければなりません。

ネットワークエンジニアを目指す方であれば知らないと恥ずかしい超・基本知識の１つです。是非最後までご覧ください。

DHCPとは？わかりやすく

DHCPとは、Dynamic Host Configuration Protocolの略で、コンピュータがインターネットに接続する際に必要となるIPアドレスを自動的に割り当てるプロトコルです。

インターネットに接続するためには、各デバイスがユニークな「IPアドレス」を持つ必要があります。IPアドレスは、インターネット上の住所のようなもので、デバイスがお互いを識別し、通信するために使用されます。しかし、これらのアドレスを手動で設定するのは時間がかかり複雑です。ここでDHCPの役割が重要になります。

【復習】IPアドレスとは？

IPアドレス（Internet Protocol Address）は、インターネット上の各デバイスに割り当てられるユニークな識別番号のこと。これは、実世界の住所や電話番号に似ており、インターネット上でデバイスが互いに通信するために必要な「アドレス」を提供します。

ポイント　IPアドレスの役割

1. 通信
   • デバイス間の正確なデータ転送を可能にする
2. 識別
   • ネットワーク上の各デバイスを一意に識別する
3. 位置情報
   • IPアドレスは、デバイスの地理的な位置情報をある程度提供することも可能（正確ではない場合もあります）

参考　IPアドレスとは？ / Internet Protocolとは？

インターネットの世界では「IPアドレス」を基に、メールをどこに送れば良いか？動画データを誰のスマートフォンに送れば良いか？を判断します。そのため、インターネットに接続している全てのコンピュータには必ずIPアドレスの設定を行う必要があります。

今このページをご覧になっている（＝インターネットに接続している）ということは、あなたのスマートフォン・パソコンにもこのIPアドレスが設定されていると言えます。もしIPアドレスが設定されていなければ、インターネットに接続することはできません。

だけど「IPアドレス」の設定は面倒・・・

IPアドレスはインターネットに接続するためには絶対に必要な設定であるにも関わらず、この設定が結構面倒なのです。

例えば、IPアドレスは現実世界における「住所」と同じ役割を果たすため、同じIPアドレスを複数のコンピュータで共有することはできません。（厳密に説明すると「同じネットワーク内で同一のIPアドレス」を持つ機器が存在してはいけません。）

また、IPアドレスの設定はネットワークが変わると（例・・WiFiからモバイル回線へ切り替える / WiFiからイーサネット接続に切り替える）その都度再設定が必要になります。家に帰るたびに手動でIPアドレスを設定するのはかなりの手間ですし、そのためのスキルも必要となってきます。

参考　サブネットマスク / DNSサーバー / デフォルトゲートウェイ

このような煩雑さを解消するために生まれたのがDHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）です。

DHCPを利用すれば、IPアドレスへの知識やネットワークの知識がなくても、スマートフォンを起動するだけで誰でも簡単にインターネット接続が可能になるのです。

DHCPの仕組み / 動作原理

では、どのようにDHCPが各機器にIPアドレスを割り当てるのか？その具体的な仕組みを解説します。登場人物はDHCPクライアントとDHCPサーバの２つです。

参考　クライアントサーバーシステム

1. DHCPサーバー
   • ネットワーク上でIPアドレスを管理し、デバイスに割り当てる役割を持つサーバー。
2. DHCPクライアント
   • IPアドレスを必要とするデバイス（コンピュータ、スマートフォンなど）です。

このDHCPサーバーとDHCPクライアントが「DORA」と呼ばれる４ステップのやりとり（＝パケットの交換）を行うことでIPアドレスなどの設定を自動的に行います。

ポイント　DHCPプロセス（DORA）

1. DHCP Discover (発見)
   • DHCPクライアントはネットワーク上で「DHCPサーバーはどこですか？」と尋ねるDiscoverメッセージをブロードキャストします。
2. DHCP Offer (提供)
   • DHCPサーバーが利用可能なIPアドレスを含むOfferメッセージをクライアントに送ります。
3. DHCP Request (要求)
   • クライアントは提供されたIPアドレスを使用することをリクエストするメッセージをサーバーに送信します。
4. DHCP Acknowledge (承認)
   • DHCPサーバーは、IPアドレスの割り当てを確認するAcknowledgeメッセージをクライアントに送り、プロセスを完了します。

①DHCP Discover

まず始めはDHCPクライアントがDHCPサーバを探索するところから開始します。

DHCPクライアントは、DHCPサーバがどこにあるのか分かりません。（DHCPサーバ自体のIPアドレスが分からないため直接通信することができません。）したがって、まずはネットワーク内のすべての宛先に対してDHCP Discoverというパケットをブロードキャストします。

参考　ブロードキャストとは？

参考　DHCP Discoverメッセージの内容

項目	説明	サンプルの値
メッセージタイプ	DHCP Discoverを示す	DHCP Discover
トランザクションID	セッションを特定するための一意のID	0x3D1E4F2B
クライアントのMACアドレス	クライアントデバイスの物理的なアドレス	00-14-22-01-23-45
クライアントのIPアドレス	この時点では未割り当てのため0.0.0.0	0.0.0.0
希望するIPアドレス	以前に割り当てられたIPアドレス（オプション）	192.168.1.4 (前回のアドレス)
パラメータリクエストリスト	クライアントが要求する追加情報（オプション）	サブネットマスク, デフォルトゲートウェイ, DNSサーバー

②DHCP Offer

DHCP Offerメッセージは、DHCPサーバーがネットワーク上のDHCPクライアントに対してIPアドレスを提供する際に使用されるメッセージです。このメッセージは、クライアントが送信したDHCP Discoverメッセージに応答して送られます。

参考　DHCP Offerメッセージの詳細

項目	説明	サンプルの値
メッセージタイプ	DHCP Offerを示す	DHCP Offer
トランザクションID	クライアントのDiscoverメッセージと一致するID	0x3D1E4F2B
クライアントのMACアドレス	対象クライアントの物理アドレス	00-14-22-01-23-45
提供されるIPアドレス	クライアントに割り当てられるIPアドレス	192.168.1.5
サブネットマスク	ネットワークとサブネットの区別を示す	255.255.255.0
リース時間	IPアドレスの使用可能期間	24時間
DHCPサーバーのIPアドレス	Offerメッセージを送信したサーバーのIP	192.168.1.1

③DHCP Request

DHCP Requestメッセージは、DHCPのIPアドレス割り当てプロセスにおいて、クライアントがDHCPサーバーから提供されたIPアドレスの使用を正式に要求する際に使用されるメッセージです。このメッセージは、クライアントが受け取ったDHCP Offerメッセージに応答して送信されます。

参考　DHCP Requestメッセージの詳細

項目	説明	サンプルの値
メッセージタイプ	DHCP Requestを示す	DHCP Request
トランザクションID	以前のDiscoverおよびOfferメッセージと一致するID	0x3D1E4F2B
クライアントのMACアドレス	送信するクライアントの物理アドレス	00-14-22-01-23-45
要求するIPアドレス	クライアントが使用を希望するIPアドレス	192.168.1.5
DHCPサーバーのIPアドレス	IPアドレスを提供したサーバーのIP	192.168.1.1

④DHCP Acknowledge

DHCP Acknowledgeメッセージは、DHCPサーバーがクライアントに対してIPアドレスの割り当てを確認し、その他のネットワーク設定情報を提供する際に使用されるメッセージです。このメッセージは、クライアントが送信したDHCP Requestメッセージに対する応答として送信されます。

これで、DHCPクライアントへのIPアドレス等必要な設定が完了します。

参考　DHCP Acknowledgeメッセージの詳細

項目	説明	サンプルの値
メッセージタイプ	DHCP Acknowledgeを示す	DHCP Acknowledge
トランザクションID	Requestメッセージと一致するID	0x3D1E4F2B
クライアントのMACアドレス	対象クライアントの物理アドレス	00-14-22-01-23-45
割り当てられたIPアドレス	クライアントに割り当てられたIPアドレス	192.168.1.5
サブネットマスク	ネットワークとサブネットの区別を示す	255.255.255.0
リース時間	IPアドレスの使用可能期間	24時間
その他のネットワーク情報	デフォルトゲートウェイ、DNSなど	デフォルトゲートウェイ: 192.168.1.1, DNS: 192.168.1.2
DHCPサーバーのIPアドレス	Acknowledgeメッセージを送信したサーバーのIP

DHCP：リース期間（Lease Time）

割り当てられたIPアドレスは永久にクライアントのものではありません。通常、これらのアドレスには「リース期間」が設定されており、この期間が終了するとIPアドレスは再割り当てされる仕組みです。クライアントはリース期間が切れる前に、DHCPサーバーに対してIPアドレスの更新または延長を要求したりすることができます。

ポイント　リース期間の基本

1. 定義
   • リース期間は、DHCPサーバーがクライアントにIPアドレスを「貸し出す」期間のこと。この期間が終了するとIPアドレスはサーバーに「返却」される。
2. 期間の設定
   • リース期間は通常、DHCPサーバーによって設定されます。この期間は数分から数日、場合によってはそれ以上に設定されることもある。リース期間の長さは、ネットワークの要件や管理ポリシーに応じて異なる。
3. リースの更新
   • リース期間が終了する前に、クライアントはDHCPサーバーに対してリースの更新を要求することができる。これはリース期間の約半分が経過した時点で自動的に開始されます。サーバーはリースを更新し、同じIPアドレスをクライアントに継続して割り当てることが多い。

ポイント　リース期間の重要性

1. IPアドレスの効率的な管理
   • リース期間により、使用されていないIPアドレスは自動的に「回収」され、新しいクライアントに割り当てることが可能。→限られたIPアドレスリソースを効率的に利用することができる。
2. ネットワークの柔軟性
   • ネットワークに一時的に接続されるデバイス（ゲストのデバイスやモバイルデバイスなど）に対して、リース期間を設定することで、そのIPアドレスが不必要になった時に他のデバイスに再割り当てできる柔軟性を持たせることができる。
3. セキュリティと安定性
   • リース期間を通じて定期的にIPアドレスを更新することで、ネットワークのセキュリティを高める効果がある。ネットワークの設定変更やトラブルシューティングの際に、IPアドレスの割り当てを容易に管理できるため、ネットワークの安定性にも寄与。

↑ページ数が多く誰でも手軽に読める内容ではありませんが、ネットワークエンジニアであれば、ほぼ全員が一度は読んだことがある超・有料書籍。是非一度読破しておきたい１冊のご紹介です。

読者特典＞　0から学ぶネットワーク入門

発展：DHCPリレーエージェント

DHCPに関連する知識の１つにDHCPリレーエージェントがあります。