Метою даного проекту було:

Вивчення протоколу DHCP під час роботи в мережі IPv4
Вивчення Python (трохи більш ніж з нуля 😉)
заміна серверу DB2DHCP (мій форк), оригінал тут, Що збирати під нову ОС все важче і важче. Та й не подобається, що бінарник, який немає можливості «поміняти прямо зараз»
отримання працездатного сервера DHCP з можливістю вибірки IP адреси абонента по mac абонента або зв'язування mac свіча+порт (Option 82)
написання чергового велосипеда (О! це моє улюблене заняття)
отримання люлей про свою косорукість на Хабрахабр (а краще інвайту) 😉

Результат: працює 😉 Опробовано на ОС FreeBSD та Ubuntu. Теоретично код можна попросити працювати під будь-який ОС, т.к. специфічних прив'язок у коді начебто немає.
Обережно! Далі багато.

Посилання на репозиторій для аматорів «помацати живцем».

Процес встановлення, налаштування та використання результату «вивчення матчасті» набагато нижчий, а далі трішки теорії за протоколом DHCP. Для себе. І для історії 😉

Трохи теорії

Що таке DHCP

Це мережевий протокол, який дозволяє пристрою дізнатися свою IP адресу (ну й інші параметри на кшталт шлюзу, DNS та іншого) у сервера DHCP. Обмін пакетами відбувається за протоколом UDP. Загальний принцип роботи пристрою за запитом параметрів мережі наступний:

Пристрій (клієнт) розсилає широкомовний UDP запит (DHCPDISCOVER) по всій мережі із запитом "ну хто-небудь, дайте мені IP адресу". Причому зазвичай (але не завжди) запит походить із 68 порту (джерело), а призначення – 67 порт (призначення). Деякі пристрої відправляють пакети з 67 порту. Всередині пакету DHCPDISCOVER включено MAC адресу пристрою клієнта.
Всі сервери DHCP, що знаходяться в мережі (а їх може бути кілька), формують для пристрою DHCPDISCOVER, що відправив, пропозицію DHCPOFFER з мережевими налаштуваннями, і так само широкомовно його відсилає його по мережі. Ідентифікація кому призначений цей пакет йде за MAC адресою клієнта, наданого раніше у запиті DHCPDISCOVER.
Клієнт приймає пакети з пропозиціями мережевих налаштувань, вибирає найбільш привабливий (критерії можуть бути різними, наприклад у т.ч. і за часом доставки пакета, кількості проміжних маршрутів), і робить у сервера DHCP, що сподобався, «офіційний запит» DHCPREQUEST з мережевими налаштуваннями. У цьому випадку пакет вже йде до конкретного сервера DHCP.
Сервер, що отримав DHCPREQUEST, відправляє пакет формату DHCPACK, в якому в черговий раз перераховує мережеві налаштування, призначені для даного клієнта.

Крім того, є пакети DHCPINFORM, які ходять від клієнта, і мета яких поінформувати DHCP сервер про те, що клієнт живий і користується виданими мережними налаштуваннями. У цьому сервері ці пакети ігноруються.

Формат пакетів

Загалом кадр пакету Ethernet виглядає приблизно так:

У нашому випадку ми розглянемо лише дані безпосередньо вмісту UDP, без заголовків протоколів рівнів OSI, а саме структуру DHCP:

DHCPDISCOVER

Отже, процес отримання IP адреси пристрою починається з того, що клієнт DHCP розсилає широкомовний запит з порту 68 на 255.255.255.255:67. У цьому пакеті клієнт включає свою MAC адресу, а також що саме він хоче отримати від DHCP сервера. Структура пакета описана у таблиці нижче.

Таблиця структури пакету DHCPDISCOVER

Позиція у пакеті
Назва значення
Приклад
подання
байт
Пояснення

1
Boot Request
1
Hex
1
Тип повідомлення. 1 - запит від клієнта до сервера, 2 - відповідь від сервера клієнту

2
Тип апаратного забезпечення
1
Hex
1
Тип апаратної адреси, в даному протоколі 1 MAC

3
Hardware adrees length
6
Hex
1
Довжина MAC адреси пристрою

4
Хміль
1
Hex
1
Кількість проміжних маршрутів

5
Ідентифікатор транзакції
23:cf:de:1d
Hex
4
Унікальний ідентифікатор транзакції. Генерує клієнт на початку операції запиту

7
Second elapsed
0
Hex
4
Час у секундах з початку процесу отримання адреси

9
Bootp flags
0
Hex
2
Деякі прапори, які можуть встановлюватися, як зазначення параметрів протоколу

11
IP-адреса клієнта
0.0.0.0
Рядок
4
IP адреса клієнта (якщо є)

15
Your client IP address
0.0.0.0
Рядок
4
IP адреса запропонована сервером (якщо є)

19
Next server IP address
0.0.0.0
Рядок
4
IP адреса сервера (якщо відома)

23
Relay agent IP address
172.16.114.41
Рядок
4
IP адреса агента ретрансляції (наприклад, свіча)

27
MAC-адреса клієнта
14:d6:4d:a7:c9:55
Hex
6
MAC адреса відправника пакета (клієнта)

31
Client hardware address padding

Hex
10
Зарезервоване місце. Зазвичай забито нулями

41
Server host name

Рядок
64
Ім'я сервера DHCP. Зазвичай не передається

105
Boot file name

Рядок
128
Ім'я файлу на сервері, яке використовується бездисковими станціями під час завантаження

235
Magic cookie
63: 82: 53: 63
Hex
4
«Магічне» число, яким у т.ч. можна визначити, що цей пакет належить протоколу DHCP

Опції DHCP. Можуть йти у будь-якому порядку

236
Номер опції
53
грудня
1
Опція 53, що визначає тип пакету DHCP

1 - DHCPDISCOVER
3 - DHCPREQUEST
2 - DHCPOFFER
5 - DHCPACK
8 - DHCPINFORM

Довжина опції
1
грудня
1

Значення опції
1
грудня
1

Номер опції
50
грудня
1
Яку IP адресу хоче отримати клієнт

Довжина опції
4
грудня
1

Значення опції
172.16.134.61
Рядок
4

Номер опції
55

1
Мережеві параметри, що запитуються клієнтом. Склад може бути різним

01 - Маска мережі
03 - Шлюз
06 - DNS
oc - Ім'я хоста
0f - ім'я домену мережі
1c - адреса широкомовного запиту (бродкасту)
42 - ім'я сервера TFTP
79 - Classless Static Route

Довжина опції
8

1

Значення опції
01:03:06:0c:0f:1c:42:79

8

Номер опції
82
грудня

Опція 82, в якій передається MAC адресу пристрою – ретранслятора та якісь додаткові значення.

Найчастіше - порт свіча на якому працює кінцевий клієнт DHCP У даній опції "вкладені" додаткові параметри. Перший байт - номер "підопції", другий її довжина, далі її значення.

В даному випадку в опції 82 вкладені підопції:
Agent Circuit ID = 00:04:00:01:00:04, де останні два байти - порт клієнта DHCP з якого надійшов запит

Agent Remote ID = 00:06:c8:be:19:93:11:48 — MAC адресу пристрою ретранслятора DHCP

Довжина опції
18
грудня

Значення опції
01:06
00:04:00:01:00:04
02:08
00:06:c8:be:19:93:11:48
Hex

Закінчення пакету
255
грудня
1
255 символізує закінчення пакету

DHCPOFFER

Як тільки сервер отримує пакет DHCPDISCOVER і якщо він бачить, що може клієнтові щось запропонувати із запитаного, він формує для нього відповідь — DHCPDISCOVER. Відповідь надсилається порт «звідки прийшов», бродкастом, т.к. в цей момент, у клієнта ще немає IP адреси, отже пакет він може прийняти тільки якщо він відісланий широкомовно. Клієнт розпізнає що це пакет для нього за MAC своєю адресою всередині пакета, а також номер транзакції, який він генерує в момент створення першого пакета.

Таблиця структури пакету DHCPOFFER

Позиція у пакеті
Назва значення (загальне)
Приклад
подання
байт
Пояснення

1
Boot Request
1
Hex
1
Тип повідомлення. 1 - запит від клієнта до сервера, 2 - відповідь від сервера клієнту

2
Тип апаратного забезпечення
1
Hex
1
Тип апаратної адреси, в даному протоколі 1 MAC

3
Hardware adrees length
6
Hex
1
Довжина MAC адреси пристрою

4
Хміль
1
Hex
1
Кількість проміжних маршрутів

7
Second elapsed
0
Hex
4
Час у секундах з початку процесу отримання адреси

9
Bootp flags
0
Hex
2
Деякі прапори, які можуть встановлюватися, як зазначення параметрів протоколу. В даному випадку 0 означає тип запиту Unicast

11
IP-адреса клієнта
0.0.0.0
Рядок
4
IP адреса клієнта (якщо є)

15
Your client IP address
172.16.134.61
Рядок
4
IP адреса запропонована сервером (якщо є)

19
Next server IP address
0.0.0.0
Рядок
4
IP адреса сервера (якщо відома)

23
Relay agent IP address
172.16.114.41
Рядок
4
IP адреса агента ретрансляції (наприклад, свіча)

27
MAC-адреса клієнта
14:d6:4d:a7:c9:55
Hex
6
MAC адреса відправника пакета (клієнта)

31
Client hardware address padding

Hex
10
Зарезервоване місце. Зазвичай забито нулями

41
Server host name

Рядок
64
Ім'я сервера DHCP. Зазвичай не передається

105
Boot file name

Рядок
128
Ім'я файлу на сервері, яке використовується бездисковими станціями під час завантаження

235
Magic cookie
63: 82: 53: 63
Hex
4
«Магічне» число, яким у т.ч. можна визначити, що цей пакет належить протоколу DHCP

Опції DHCP. Можуть йти у будь-якому порядку

236
Номер опції
53
грудня
1
Опція 53, яка визначає тип пакету DHCP 2 - DHCPOFFER

Довжина опції
1
грудня
1

Значення опції
2
грудня
1

Номер опції
1
грудня
1
Опція, що пропонує DHCP клієнту маску мережі

Довжина опції
4
грудня
1

Значення опції
255.255.224.0
Рядок
4

Номер опції
3
грудня
1
Опція, що пропонує DHCP клієнту шлюз за замовчуванням

Довжина опції
4
грудня
1

Значення опції
172.16.12.1
Рядок
4

Номер опції
6
грудня
1
Опція, що пропонує DHCP клієнту DNS

Довжина опції
4
грудня
1

Значення опції
8.8.8.8
Рядок
4

Номер опції
51
грудня
1
Час життя виданих мережевих параметрів за секунди, через який DHCP клієнт повинен запросити їх знову

Довжина опції
4
грудня
1

Значення опції
86400
грудня
4

Номер опції
82
грудня
1
Опція 82, повторює те, що прийшло в DHCPDISCOVER

Довжина опції
18
грудня
1

Значення опції
01:08:00:06:00
01:01:00:00:01
02:06:00:03:0f
26:4d:ec
грудня
18

Закінчення пакету
255
грудня
1
255 символізує закінчення пакету

DHCPREQUEST

Після того, як клієнт отримає DHCPOFFER, він формує пакет із запитом мережевих параметрів вже не до всіх серверів DHCP у мережі, а лише до одного конкретного, пропозиція DHCPOFFER якого йому найбільше «сподобалася». Критерії «сподобалося» може бути різні і залежить від реалізації DHCP клієнта. Отримувач запиту вказується за допомогою MAC-адреси сервера DHCP. Також пакет DHCPREQUEST може бути висланий клієнтом і без формування раніше DHCPDISCOVER, якщо IP адреса сервера вже раніше колись була отримана.

Таблиця структури пакету DHCPREQUEST

Позиція у пакеті
Назва значення (загальне)
Приклад
подання
байт
Пояснення

1
Boot Request
1
Hex
1
Тип повідомлення. 1 - запит від клієнта до сервера, 2 - відповідь від сервера клієнту

2
Тип апаратного забезпечення
1
Hex
1
Тип апаратної адреси, в даному протоколі 1 MAC

3
Hardware adrees length
6
Hex
1
Довжина MAC адреси пристрою

4
Хміль
1
Hex
1
Кількість проміжних маршрутів

7
Second elapsed
0
Hex
4
Час у секундах з початку процесу отримання адреси

9
Bootp flags
8000
Hex
2
Деякі прапори, які можуть встановлюватися, як зазначення параметрів протокол. В даному випадку виставлено «бродкаст»