计算机网络中的BOOTP协议

无盘工作站与某些网络设备，通常将引导系统所需启动程序，存放在非易失性的ROM中，这些ROM一般为批量生产，程序完全相同，但每台计算机或网络设备所使用的IP地址不同，这不可能包含在ROM中，必须从其他地方获取。通常ROM容量不大，只包含短小启动程序，引导系统所需系统映像需从别处获取。此外，服务器地址、路由地址、硬件相关信息等其他信息，都可从服务器上获取，系统引导时，可通过RARP从服务器获取IP地址。

RARP存在的问题：只能获取IP地址，无法得到其他配置信息。RARP是链路层协议，使用物理地址寻找相应IP地址，而对于装有可配置网卡的计算机，由于硬件地址为动态分配，使用RARP无法达到预定目的。为解决这些问题，BOOTP应运产生，这是一种基于客户端/服务器模式的应用层协议。在BOOTP报文中，不但有客户端IP地址信息，还包含各种配置信息，如服务器地址、路由器地址、引导文件路径和厂商信息等。

1.BOOTP的工作原理

自举过程分为两个阶段：一是获取配置信息和引导文件的路径，二是获取引导文件本身。BOOTP只能完成第一阶段任务，向客户端提供所需IP地址和相关信息，并给出引导文件的路径；第二阶段主要是文件传送过程，一般采用TFTP或FTP协议来实现。

BOOTP基于客户端/服务器模式，BOOTP客户端为需要自举的计算机或网络设备，BOOTP服务器则是提供相关配置信息的计算机。客户端与服务器之间的信息交换以请求/响应的方式进行，使用两个不同的UDP通信端口，服务器使用67端口，客户端使用68端口。

由于BOOTP运行在UDP之上，其报文作为UDP数据报的内容被封装在IP数据报中。BOOTP使用固定长度为300B的报文，其封装格式如图8-8所示。

图8-8 BOOTP报文的封装格式

计算机或网络设备在获知自身IP地址之前，如何使用IP数据报发送BOOTP报文呢？这需要用到称为有限广播地址的特殊IP地址，有限广播地址将所有位均置为1，用点分十进制表示，即为255.255.255.255，将报文广播给同一网络中的所有计算机。

BOOTP的报文交换过程：客户端（无盘工作站或网络设备）使用有限广播地址在网络中广播其BOOTP请求。服务器收到请求后，根据客户端提供的硬件地址，在配置表中查找匹配的IP地址。由于客户端还不知道自己的IP地址，所以服务器也使用有限广播地址来发送BOOTP响应。客户端收到响应后，就可以使用服务器提供的IP地址收发IP数据报了。

BOOTP基于UDP并使用IP进行分组传输，因此必须处理分组的延迟、丢失、复制或破坏等问题。BOOTP要求在UDP中使用检验和字段，用于检测数据是否遭到破坏。此外，在发送分组时需要将“请勿分段”（DoNotFragment）位进行置位，这样内存不足的计算机就无需重组数据报。

BOOTP使用超时与重传机制来避免分组丢失。客户端发送一个请求分组，同时启动一个定时器，如在规定的时间内没有收到响应，则客户端会重新发送请求分组。由于网络内多台计算机可能同时重启，为避免同时传送大量的分组，BOOTP规范推荐客户端等待一随机延迟时间后再重新发送。

BOOTP是为相对固定的网络环境而设计的，通常针对主机都拥有永久性网络连接的情况。BOOTP服务器上包含配置表，为每台计算机硬件地址、IP地址及其他相关信息的数据库。配置表需系统管理员手动维护，通常情况下不会频繁改动，因而BOOTP可看作“静态”的。

2.BOOTP报文格式

BOOTP报文所有字段都为固定长度，且请求报文与响应报文格式完全相同。图8-9显示长度为300B的BOOTP报文格式。(www.xing528.com)

图8-9 BOOTP报文格式

“操作码”字段为1表示请求，为2表示应答。对以太网，“硬件类型”字段取值为1，“硬件地址长度”字段取值为6。发送请求报文时，客户端将“跳数”字段设置为0，在中继代理收到请求并决定将其转发时，则会将“跳数”字段值加1。

“事务标识”字段为由客户端设置并由服务器返回的32bit整数，客户用其对请求和响应进行匹配。对每个请求，客户端应将该字段设置为一随机数。

客户端开始引导时，将“秒数”字段设置为一时间值，备用BOOTP服务器等待时间超过该时间值后，才会响应客户请求，这表明主服务器没有启动或出现了问题。

如客户端已知道自身IP地址，则将其写入“客户IP地址”字段，否则，该字段应设置为全0。对后一种情况，服务器会在返回的响应报文中，将提供给该客户的IP地址写入“你的IP地址”字段。“服务器IP地址”字段一般由服务器填写。如使用了某客户端则必须填写“客户主机硬件地址”字段，尽管这个值与以太网数据帧头中的值相同，UDP数据报中也设置这个字段。“服务器主机名”字段是以0为结束符的字符串，一般由服务器填写。

客户端在发送请求报文时，在“引导文件名”字段中填写类属信息，取值为“unix”或“ethertip”，但服务器发送引导应答包时，使用对应的引导文件的确切路径名称来取代该字段。如请求报文中该字段内容为空，则服务器返回一文件名字段，表示客户机需加载的默认文件。

“特定厂商区域”字段含有服务器返回给客户端的可选信息，以点分十进制表示，跟随其后的其余部分是选项条目表。每个选项包括1B标签字段、可选的1B长度字段和多个B的数据。表8-9和表8-10中给出长度固定选项和长度可变选项的相关消息。

表8-9 “特定厂商区域”字段中的长度固定的选项

表8-10 “特定厂商区域”字段中的长度可变的选项

“填充”和“结束”条目仅有标志字段。填充字节（标签为0）是为了使后面的条目有更好的字节边界，结束标志（标签为255）表示所有条目的结尾，第一个结束标志后剩余的所有字节都应设置结束标志。