Гуляев Дмитрий, 3530901/70201, lab2 dhcp server

[Mr-Shpinks]

Инструкция по использованию

Запустить скрипт командой python3 dhcp_server.py с нужными аргументами. Для использования порта 67 необходимо запускать программу с правами суперпользователя: sudo python3 dhcp_server.py. Возможные аргументы:

  -h, --help       show this help message and exit
  --ip IP          ip address at wich server will receive messages
  --port PORT      port at wich server will receive messages
  --mask MASK      subnet mask
  --router ROUTER  router address
  --domain DOMAIN  domain name server
  -d D             show details: 1 to show all incoming and outcoming messages

По дефолту сервер запускается по адресу 0.0.0.0, порт 67.

Описание используемого протокола.

Структура DHCP-сообщения, в скобках указана длина поля в октетах (байтах):

   0               1               2               3
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |     op (1)    |   htype (1)   |   hlen (1)    |   hops (1)    |
   +---------------+---------------+---------------+---------------+
   |                            xid (4)                            |
   +-------------------------------+-------------------------------+
   |           secs (2)            |           flags (2)           |
   +-------------------------------+-------------------------------+
   |                          ciaddr  (4)                          |
   +---------------------------------------------------------------+
   |                          yiaddr  (4)                          |
   +---------------------------------------------------------------+
   |                          siaddr  (4)                          |
   +---------------------------------------------------------------+
   |                          giaddr  (4)                          |
   +---------------------------------------------------------------+
   |                                                               |
   |                          chaddr  (16)                         |
   |                                                               |
   |                                                               |
   +---------------------------------------------------------------+
   |                                                               |
   |                          sname   (64)                         |
   +---------------------------------------------------------------+
   |                                                               |
   |                          file    (128)                        |
   +---------------------------------------------------------------+
   |                                                               |
   |                          options (variable)                   |
   +---------------------------------------------------------------+

   FIELD      OCTETS       DESCRIPTION
   -----      ------       -----------

   op            1  Message op code / message type.
                    1 = BOOTREQUEST, 2 = BOOTREPLY
   htype         1  Hardware address type, see ARP section in "Assigned
                    Numbers" RFC; e.g., '1' = 10mb ethernet.
   hlen          1  Hardware address length (e.g.  '6' for 10mb
                    ethernet).
   hops          1  Client sets to zero, optionally used by relay agents
                    when booting via a relay agent.
   xid           4  Transaction ID, a random number chosen by the
                    client, used by the client and server to associate
                    messages and responses between a client and a
                    server.
   secs          2  Filled in by client, seconds elapsed since client
                    began address acquisition or renewal process.
   flags         2  Flags (see figure 2).
   ciaddr        4  Client IP address; only filled in if client is in
                    BOUND, RENEW or REBINDING state and can respond
                    to ARP requests.
   yiaddr        4  'your' (client) IP address.
   siaddr        4  IP address of next server to use in bootstrap;
                    returned in DHCPOFFER, DHCPACK by server.
   giaddr        4  Relay agent IP address, used in booting via a
                    relay agent.
   chaddr       16  Client hardware address.
   sname        64  Optional server host name, null terminated string.
   file        128  Boot file name, null terminated string; "generic"
                    name or null in DHCPDISCOVER, fully qualified
                    directory-path name in DHCPOFFER.
   options     var  Optional parameters field.  See the options
                    documents for a list of defined options.

В данной программе поля sname и file не заполняются. При приеме и отправке сообщений используются следующие опции (помимо pad option, end option и magic cookie):
Subnet Mask:

    Code   Len        Subnet Mask
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+
   |  1  |  4  |  m1 |  m2 |  m3 |  m4 |
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+

Router Option:

    Code   Len         Address 1               Address 2
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
   |  3  |  n  |  a1 |  a2 |  a3 |  a4 |  a1 |  a2 |  ...
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--

Domain Name Server Option:

    Code   Len         Address 1               Address 2
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--
   |  6  |  n  |  a1 |  a2 |  a3 |  a4 |  a1 |  a2 |  ...
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--

DHCP Message Type:

           Value   Message Type
           -----   ------------
             1     DHCPDISCOVER
             2     DHCPOFFER
             3     DHCPREQUEST
             4     DHCPDECLINE
             5     DHCPACK
             6     DHCPNAK
             7     DHCPRELEASE

    Code   Len  Type
   +-----+-----+-----+
   |  53 |  1  | 1-7 |
   +-----+-----+-----+

Server Identifier:

    Code   Len            Address
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+
   |  54 |  4  |  a1 |  a2 |  a3 |  a4 |
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+

IP Address Lease Time:

    Code   Len         Lease Time
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+
   |  51 |  4  |  t1 |  t2 |  t3 |  t4 |
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+

Requested IP Address:

    Code   Len          Address
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+
   |  50 |  4  |  a1 |  a2 |  a3 |  a4 |
   +-----+-----+-----+-----+-----+-----+

Данные опции были выбраны исходя из того, с какими опциями ходят пакеты у меня по сети на машине с ubuntu 20. Подразумевается использование только одного роутера и одного сервера имен. Важным моментом является то, что механизм аренды адресов реализован тривиально, не по RFC-стандарту. Предлагаемый/назначаемый адрес отсчитывается от адреса сервера, назначенные адреса хранятся в простом массиве, адрес выдается на максимальное время. Можно было бы создать базу данных и реализовать аренду по всем правилам стандарта, но мне показалось, что это уже выходит за рамки курса. Может быть, я был неправ.
Сервер умеет принимать сообщения типа DHCPDISCOVER, DHCPREQUEST, DHCPRELEASE и DHCPDECLINE и отвечать DHCPOFFER и DHCPACK.
Сервер проверялся в основном работой с клиентом dhclient. С проверкой сервера возникли некоторые трудности. Например, DHCPDISCOVER от клиента dhclient не воспринимался сервером, хотя все сообщения DHCPREQUEST приходили. Для проверки работы с DHCPDISCOVER потребовалось использовать утилиту nmap:
sudo nmap --script broadcast-dhcp-discover
Вывод утилиты:

| broadcast-dhcp-discover: 
|   Response 1 of 1: 
|     IP Offered: 192.168.0.103
|     DHCP Message Type: DHCPOFFER
|     Server Identifier: 192.168.0.1
|     IP Address Lease Time: 2h00m00s
|     Subnet Mask: 255.255.255.0
|     Router: 192.168.0.1
|_    Domain Name Server: 192.168.0.1

Здесь видно, что предложение поступило от стандартного сервера, а не от моего, хотя сервер реагирует и отправляет сообщение по соответствующему адресу:

DHCP server starting at 0.0.0.0 : 67
MESSAGE RECEIVED FROM:  ('192.168.0.104', 68)
MESSAGE TYPE: 1
DHCPDISCOVER ACCEPTED
SENDING DHCPOFFER TO  ('192.168.0.104', 68)
extracted xid:  b'l\x1c\xf5\t'
extracted flags:  b'\x80\x00'
extracted ciaddr:  b'\x00\x00\x00\x00'
extracted giaddr:  b'\x00\x00\x00\x00'
extracted chaddr:  b'\xde\xad\xc0\xde\xca\xfe\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'
offered yiaddr:  [0, 0, 0, 1]

Для проверки DHCPREQUEST можно использовать dhclient, но ситуация примерно та же:
sudo dhclient -s 0.0.0.0 -v
Вывод dhclient:

Listening on LPF/wlp3s0/6c:71:d9:56:cf:93
Sending on   LPF/wlp3s0/6c:71:d9:56:cf:93
Listening on LPF/enp4s0/60:a4:4c:72:5b:2c
Sending on   LPF/enp4s0/60:a4:4c:72:5b:2c
Sending on   Socket/fallback
DHCPREQUEST for 192.168.0.104 on wlp3s0 to 0.0.0.0 port 67 (xid=0x35243577)
DHCPDISCOVER on enp4s0 to 0.0.0.0 port 67 interval 3 (xid=0xa7a118)

Реакция сервера:

MESSAGE RECEIVED FROM:  ('127.0.0.1', 68)
MESSAGE TYPE: 3
DHCPREQUEST ACCEPTED
SENDING DHCPACK TO  ('127.0.0.1', 68)
extracted xid:  b'w5$5'
extracted flags:  b'\x00\x00'
extracted ciaddr:  b'\x00\x00\x00\x00'
extracted giaddr:  b'\x00\x00\x00\x00'
extracted chaddr:  b'lq\xd9V\xcf\x93\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'
yiaddr to assign:  [192, 168, 0, 104]

Здесь назначаемый адрес был взят из поля Requested IP Address опций поступившего DHCPREQUEST.