Celem tego projektu było:

Poznanie protokołu DHCP w sieci IPv4
Nauka Pythona (trochę więcej niż od zera 😉)
wymiana serwera DB2DHCP (mój widelec), oryginał tutaj, który staje się coraz trudniejszy w montażu dla nowego systemu operacyjnego. I nie podoba mi się, że to binarność, której nie da się „w tej chwili zmienić”
uzyskanie działającego serwera DHCP z możliwością wyboru adresu IP abonenta za pomocą kombinacji mac abonenta lub przełącznik mac+port (Opcja 82)
pisanie kolejnego roweru (Och! to moje ulubione zajęcie)
otrzymywanie komentarzy na temat Twojej maczugi na Habrahabr (lub jeszcze lepiej zaproszenie) 😉

Wynik: działa 😉 Przetestowano na FreeBSD i Ubuntu OS. Teoretycznie kod można poprosić o działanie pod dowolnym systemem operacyjnym, ponieważ Wydaje się, że w kodzie nie ma konkretnych powiązań.
Ostrożnie! Jeszcze wiele przed nami.

Link do repozytorium dla amatorów „dotknąć żywego”.

Proces instalacji, konfiguracji i wykorzystania wyniku „badania sprzętu” jest znacznie niższy, a potem trochę teorii na temat protokołu DHCP. Dla siebie. I dla historii 😉

Trochę teorii

Co to jest DHCP

Jest to protokół sieciowy, który umożliwia urządzeniu znalezienie adresu IP (i innych parametrów, takich jak brama, DNS itp.) z serwera DHCP. Wymiana pakietów odbywa się przy użyciu protokołu UDP. Ogólna zasada działania urządzenia przy żądaniu parametrów sieciowych jest następująca:

Urządzenie (klient) wysyła w całej sieci żądanie rozgłoszeniowe UDP (DHCPDISCOVER) z żądaniem „no cóż, ktoś podał mi adres IP”. Co więcej, zazwyczaj (choć nie zawsze) żądanie następuje z portu 68 (źródłowego), a miejscem docelowym jest port 67 (docelowy). Niektóre urządzenia wysyłają również pakiety z portu 67. Adres MAC urządzenia klienckiego znajduje się w pakiecie DHCPDISCOVER.
Wszystkie serwery DHCP znajdujące się w sieci (a może być ich kilka) tworzą ofertę DHCPOFFER z ustawieniami sieciowymi dla urządzenia, które wysłało DHCPDISCOVER, a także rozgłaszają je w sieci. Identyfikacja dla kogo przeznaczony jest ten pakiet odbywa się na podstawie adresu MAC klienta podanego wcześniej w żądaniu DHCPDISCOVER.
Klient przyjmuje pakiety z propozycjami ustawień sieciowych, wybiera najatrakcyjniejszy (kryteria mogą być różne, np. czas dostarczenia pakietu, liczba tras pośrednich) i składa „oficjalne żądanie” DHCPREQUEST z ustawieniami sieciowymi z serwera DHCP, który lubi. W takim przypadku pakiet trafia do określonego serwera DHCP.
Serwer, który otrzymał DHCPREQUEST, wysyła pakiet w formacie DHCPACK, w którym ponownie zawiera listę ustawień sieciowych przeznaczonych dla tego klienta

Dodatkowo od klienta przychodzą pakiety DHCPINFORM, których celem jest poinformowanie serwera DHCP, że „klient żyje” i korzysta z wydanych ustawień sieciowych. W implementacji tego serwera pakiety te są ignorowane.

Format pakietu

Ogólnie ramka pakietu Ethernet wygląda mniej więcej tak:

W naszym przypadku pod uwagę weźmiemy tylko dane bezpośrednio z zawartości pakietu UDP, bez nagłówków protokołu warstwy OSI, czyli strukturę DHCP:

ODKRYJ DHCP

Zatem proces uzyskiwania adresu IP dla urządzenia rozpoczyna się od wysłania przez klienta DHCP żądania rozgłoszeniowego z portu 68 na adres 255.255.255.255:67. W tym pakiecie klient zawiera swój adres MAC, a także to, co dokładnie chce otrzymać z serwera DHCP. Strukturę pakietu opisano w poniższej tabeli.

Tabela struktury pakietów DHCPDISCOVER

Pozycja w pakiecie
Nazwa wartości
Przykład
Wprowadzenie
Bajt
Wyjaśnienie

1
Żądanie rozruchu
1
Hex
1
Typ wiadomości. 1 - żądanie od klienta do serwera, 2 - odpowiedź od serwera do klienta

2
Typ sprzętu
1
Hex
1
Typ adresu sprzętowego, w tym protokole 1 - MAC

3
Długość adresów sprzętowych
6
Hex
1
Długość adresu MAC urządzenia

4
Chmiel
1
Hex
1
Liczba tras pośrednich

5
ID transakcji
23:por.:de:1d
Hex
4
Unikalny identyfikator transakcji. Generowane przez klienta na początku operacji żądania

7
Drugi upłynął
0
Hex
4
Czas w sekundach od rozpoczęcia procesu uzyskiwania adresu

9
Flagi rozruchowe
0
Hex
2
Pewne flagi, które można ustawić w celu wskazania parametrów protokołu

11
Adres IP klienta
0.0.0.0
Linia
4
Adres IP klienta (jeśli istnieje)

15
Adres IP Twojego klienta
0.0.0.0
Linia
4
Adres IP oferowany przez serwer (jeśli jest dostępny)

19
Adres IP następnego serwera
0.0.0.0
Linia
4
Adres IP serwera (jeśli jest znany)

23
Adres IP agenta przekazującego
172.16.114.41
Linia
4
Adres IP agenta przekazującego (na przykład przełącznika)

27
Adres MAC klienta
14:d6:4d:a7:c9:55
Hex
6
Adres MAC nadawcy pakietu (klienta)

31
Dopełnienie adresu sprzętowego klienta

Hex
10
Zarezerwowane miejsce. Zwykle wypełnione zerami

41
Nazwa hosta serwera

Linia
64
Nazwa serwera DHCP. Zwykle nie jest transmitowany

105
Nazwa pliku rozruchowego

Linia
128
Nazwa pliku na serwerze używana przez stacje bezdyskowe podczas uruchamiania

235
Magiczne ciastko
63: 82: 53: 63
Hex
4
Numer „Magiczny”, według którego m.in. możesz ustalić, że ten pakiet należy do protokołu DHCP

Opcje DHCP. Można iść w dowolnej kolejności

236
Numer opcji
53
grudzień
1
Opcja 53, która określa typ pakietu DHCP

1 - DHCPODKRYJ
3 - ŻĄDANIE DHCP
2 - OFERTA DHCP
5 - DHCPACK
8 - INFORMACJA DHCP

Długość opcji
1
grudzień
1

Wartość opcji
1
grudzień
1

Numer opcji
50
grudzień
1
Jaki adres IP chce otrzymać klient?

Długość opcji
4
grudzień
1

Wartość opcji
172.16.134.61
Linia
4

Numer opcji
55

1
Parametry sieci wymagane przez klienta. Skład może się różnić

01 — Maska sieci
03 - Brama
06 - DNS
oc — nazwa hosta
0f - nazwa domeny sieciowej
1c - adres żądania transmisji (transmisji)
42 - nazwa serwera TFTP
79 - Bezklasowa trasa statyczna

Długość opcji
8

1

Wartość opcji
01:03:06:0c:0f:1c:42:79

8

Numer opcji
82
grudzień

Opcja 82, która przesyła adres MAC urządzenia wzmacniającego i kilka dodatkowych wartości.

Najczęściej jest to port przełącznika, na którym działa końcowy klient DHCP. Opcja ta zawiera dodatkowe parametry. Pierwszy bajt to numer „podopcji”, drugi to jej długość, następnie jej wartość.

W tym przypadku w opcji 82 podopcje są zagnieżdżone:
Identyfikator obwodu agenta = 00:04:00:01:00:04, gdzie dwa ostatnie bajty to port klienta DHCP, z którego nadeszło żądanie

Agent Remote ID = 00:06:c8:be:19:93:11:48 - adres MAC urządzenia wzmacniającego DHCP

Długość opcji
18
grudzień

Wartość opcji
01:06
00:04:00:01:00:04
02:08
00:06:c8:be:19:93:11:48
Hex

Koniec pakietu
255
grudzień
1
Liczba 255 symbolizuje koniec pakietu

OFERTA DHCP

Gdy tylko serwer odbierze pakiet DHCPDISCOVER i zobaczy, że może zaoferować klientowi coś z żądanego, generuje dla niego odpowiedź - DHCPDISCOVER. Odpowiedź jest wysyłana do portu „skąd przyszła”, poprzez transmisję, ponieważ w tym momencie klient nie posiada jeszcze adresu IP, dlatego może przyjąć pakiet tylko wtedy, gdy zostanie wysłany w drodze rozgłoszenia. Klient rozpoznaje, że jest to paczka dla niego, po swoim adresie MAC znajdującym się wewnątrz paczki, a także numerze transakcji, który generuje w momencie tworzenia pierwszej paczki.

Tabela struktury pakietów DHCPOFFER

Pozycja w pakiecie
Nazwa wartości (wspólna)
Przykład
Wprowadzenie
Bajt
Wyjaśnienie

1
Żądanie rozruchu
1
Hex
1
Typ wiadomości. 1 - żądanie od klienta do serwera, 2 - odpowiedź od serwera do klienta

2
Typ sprzętu
1
Hex
1
Typ adresu sprzętowego, w tym protokole 1 - MAC

3
Długość adresów sprzętowych
6
Hex
1
Długość adresu MAC urządzenia

4
Chmiel
1
Hex
1
Liczba tras pośrednich

5
ID transakcji
23:por.:de:1d
Hex
4
Unikalny identyfikator transakcji. Generowane przez klienta na początku operacji żądania

7
Drugi upłynął
0
Hex
4
Czas w sekundach od rozpoczęcia procesu uzyskiwania adresu

9
Flagi rozruchowe
0
Hex
2
Pewne flagi, które można ustawić w celu wskazania parametrów protokołu. W tym przypadku 0 oznacza typ żądania Unicast

11
Adres IP klienta
0.0.0.0
Linia
4
Adres IP klienta (jeśli istnieje)

15
Adres IP Twojego klienta
172.16.134.61
Linia
4
Adres IP oferowany przez serwer (jeśli jest dostępny)

19
Adres IP następnego serwera
0.0.0.0
Linia
4
Adres IP serwera (jeśli jest znany)

23
Adres IP agenta przekazującego
172.16.114.41
Linia
4
Adres IP agenta przekazującego (na przykład przełącznika)

27
Adres MAC klienta
14:d6:4d:a7:c9:55
Hex
6
Adres MAC nadawcy pakietu (klienta)

31
Dopełnienie adresu sprzętowego klienta

Hex
10
Zarezerwowane miejsce. Zwykle wypełnione zerami

41
Nazwa hosta serwera

Linia
64
Nazwa serwera DHCP. Zwykle nie jest transmitowany

105
Nazwa pliku rozruchowego

Linia
128
Nazwa pliku na serwerze używana przez stacje bezdyskowe podczas uruchamiania

235
Magiczne ciastko
63: 82: 53: 63
Hex
4
Numer „Magiczny”, według którego m.in. możesz ustalić, że ten pakiet należy do protokołu DHCP

Opcje DHCP. Można iść w dowolnej kolejności

236
Numer opcji
53
grudzień
1
Opcja 53, która określa typ pakietu DHCP 2 - DHCPOFFER

Długość opcji
1
grudzień
1

Wartość opcji
2
grudzień
1

Numer opcji
1
grudzień
1
Opcja zaoferowania klientowi DHCP maski sieci

Długość opcji
4
grudzień
1

Wartość opcji
255.255.224.0
Linia
4

Numer opcji
3
grudzień
1
Opcja zaoferowania klientowi DHCP bramy domyślnej

Długość opcji
4
grudzień
1

Wartość opcji
172.16.12.1
Linia
4

Numer opcji
6
grudzień
1
Opcja oferowania DHCP klientowi DNS

Długość opcji
4
grudzień
1

Wartość opcji
8.8.8.8
Linia
4

Numer opcji
51
grudzień
1
Czas życia wydanych parametrów sieciowych w sekundach, po którym klient DHCP musi zażądać ich ponownie

Długość opcji
4
grudzień
1

Wartość opcji
86400
grudzień
4

Numer opcji
82
grudzień
1
Opcja 82 powtarza to, co pojawiło się w DHCPDISCOVER

Długość opcji
18
grudzień
1

Wartość opcji
01:08:00:06:00
01:01:00:00:01
02:06:00:03:0f
26:4d:ek
grudzień
18

Koniec pakietu
255
grudzień
1
Liczba 255 symbolizuje koniec pakietu

ŻĄDANIE DHCP

Po otrzymaniu DHCPOFFER klient tworzy pakiet z żądaniem parametrów sieciowych nie do wszystkich serwerów DHCP w sieci, a tylko do jednego, konkretnego, którego oferta DHCPOFFER „podobała mu się najbardziej”. Kryteria „polubienia” mogą być różne i zależeć od implementacji DHCP klienta. Odbiorca żądania jest określany przy użyciu adresu MAC serwera DHCP. Klient może także wysłać pakiet DHCPREQUEST bez uprzedniego generowania protokołu DHCPDISCOVER, jeśli adres IP serwera został już uzyskany wcześniej.

Tabela struktury pakietów DHCPREQUEST

Pozycja w pakiecie
Nazwa wartości (wspólna)
Przykład
Wprowadzenie
Bajt
Wyjaśnienie

1
Żądanie rozruchu
1
Hex
1
Typ wiadomości. 1 - żądanie od klienta do serwera, 2 - odpowiedź od serwera do klienta

2
Typ sprzętu
1
Hex
1
Typ adresu sprzętowego, w tym protokole 1 - MAC

3
Długość adresów sprzętowych
6
Hex
1
Długość adresu MAC urządzenia

4
Chmiel
1
Hex
1
Liczba tras pośrednich

5
ID transakcji
23:por.:de:1d
Hex
4
Unikalny identyfikator transakcji. Generowane przez klienta na początku operacji żądania

7
Drugi upłynął
0
Hex
4
Czas w sekundach od rozpoczęcia procesu uzyskiwania adresu

9
Flagi rozruchowe
8000
Hex
2
Pewne flagi, które można ustawić w celu wskazania parametrów protokołu. W tym przypadku ustawiona jest opcja „transmisja”.