【DHCP】環境でIPアドレスが変わるタイミング ~PC再起動時にIPが変わらない理由~

Windows/LinuxのDHCP環境はIPアドレス変更による影響を考慮し、極力変わらないようになっている

DHCP はクライアントから要求があったときに動的に IP アドレスを払い出します。

なので例えば PC を再起動したときなどは『IP アドレスが前と変わる可能性が高い』と思うかもしれません。

ですが、Windows も Linux も、DHCP クライアントも DHCP サーバも、過去に払い出した IP アドレスからは極力変わらないような実装が為されています。

起動時において、通常の DHCP のフローではまずクライアントは DHCP Discover を投げますが、Windows10/CentOS8 の実装では起動時に前回の IP アドレスを DHCP Request します。

サーバ側でその IP アドレスが空いていれば DHCP Ack でその IP 払い出しが完了します。

もし DHCK NAK が戻ってきたら、その原因は以下の可能性があります。

このようなケースではサーバは DHCP NAK を返し、それを受けてクライアント側は DHCP Discover を投げ、通常の DHCP フローで IP 取得をします。

DHCP にはリース時間が設けられています。『リース時間を超えたら別の IP アドレスが払い出される』と思うかもしれませんが、そうはなりません。

実際にはリース時間の半分になったタイミングで再び DHCP Request を投げ、リースの更新を行います。(DHCP ACK が戻ってきます)

つまり途切れることなく、その IP を使い続けられるのです。

コマンドプロンプトで ipconfig /release を実行すると DHCP Release が DHCP サーバに伝わり、DHCP サーバはリーステーブルから該当 IP のエントリを削除します。

なので PC をシャットダウンしたときには教科書通り、「DHCP Release が DHCP サーバに通知され、リーステーブルから削除される」と思うかもしれませんが、実際にはそうはなりません。

Windows も Linux (CentOS8) も、シャットダウン時には DHCP Release だけでなく DHCP 関連のパケットはいっさい送出しません。結果、DHCP サーバ側ではリーステーブルにリースが残った状態になります。

そして、リーステーブルに残っている間は、他のクライアントにはその IP アドレスは払い出されません。そしてシャットダウンした PC がまた起動してきたときに、前述の通り、前回の IP アドレスを DHCP Request するのです。

今までの事実から、IP アドレスが変わるタイミングは、『クライアント A のシャットダウン後、A に割り当たっていた IP がサーバ側でリース期間切れとなり、その IP が別のクライアント B に割り当てられ、B の利用中に A が起動したとき』になります。

また、レアケースとして、サーバ側でリース範囲を変更し、払い出しのIP が範囲外となったクライアントは、直ちには IP は変わらず、リース時間の半分になりクライアントがリース延長を要求したときに、サーバが NAK を返し、通常のフローで新たな IP を払い出されます。

クライアントはシャットダウン時には DHCP Release を行いません。結果、サーバにはそのクライアントの IP リース情報が残り続け、残っている間は他のクライアントにその IP は払い出しません。
クライアントは起動時に、前回の IP アドレスを DHCP Request します。もし他のクライアントに払い出していたらサーバは DHCP NAK を返し、クライアントは (DHCP Discover からの) 通常の DHCP フローで IP 取得を開始します。
クライアントは起動中、リース時間の半分になったタイミングで DHCP Request を投げ、リース期限を元に戻します。例えばリース時間が 1 時間の場合、30 分経過したら DHCP Request を投げ、DHCP Ack が戻ってきたらリース期限を 1 時間に延長します。