![](https://habrastorage.org/webt/cy/g3/b8/cyg3b8lmcpgxrj7j7_1jbfkxfta.png)
В данной статье я расскажу немного про протокол DHCP и некоторые тонкости из bash'а.
Конечный результат
Начнём с конца, чтобы было понятно, за что сражаемся.
Демонстрация работы:
![](https://habrastorage.org/webt/co/za/6j/coza6jzioblfbafujqfcanrffco.gif)
Репозиторий со скриптом: firemoon777/bash-dhcp-server
Изначальная проблема
Необходимая мне настройка производится так: подключаемся напрямую по витой паре к оборудованию, выдаём временный адрес по DHCP, производим настройку уже созданным скриптом. И так десять-двадцать раз подряд.
Многим известный isc-dhcp-server прекрасно справляется со своими обязанностями, но, увы, никак не уведомляет мой скрипт о том, что адрес выдан, поэтому нужно как-то блокировать выполение, пока адрес не выдан.
Решение, вроде бы, на поверхности: пинговать до посинения, пока оборудование не отзовётся:
while ! ping -c1 -W1 "$DHCP" | grep -q "time="
do
echo "Waiting for $DHCP..."
done
Но в этом решении, определённо, не хватает авантюризма.
Теоретическая часть
Получение адреса при одном DHCP-сервере
![](https://habrastorage.org/webt/1t/5q/u9/1t5qu9ltl-tjqlkmc7egjfgjvpe.png)
Протокол DHCP работает поверх UDP на портах 67 и 68. Сервер работает всегда только на 67, а клиент только на 68. Так как клиент не имеет адреса (имеет адрес 0.0.0.0), рассылка DHCP-пакетов производится шировещательным образом. Т.е. клиент всегда отправляет пакеты на адрес 255.255.255.255:67 с адреса 0.0.0.0:68, а сервер отправляет со своего адреса :67 на адрес 255.255.255.255:68.
Получение адреса клиентом происходит в четыре пакета (DORA):
- Клиент выясняет где здесь DHCP-сервер (Discover)
- Сервер отзывается и предлагает свой адрес (Offer)
- Клиент запрашивает предложенный адрес у конкретного сервера (Request)
- Сервер соглашается и выдаёт адрес (Ack)
Визуально схему можно представить так:
![](https://habrastorage.org/webt/j5/ug/zy/j5ugzyefd8qvd-wrcsjtdahmnbs.png)
Получение адреса при нескольких DHCP-серверах
![](https://habrastorage.org/webt/28/uo/fc/28uofcx-gthwmwhs8sgz0jrdysk.png)
Когда клиент отправляет Discover, все сервера, которые могут слышать, присылают свой Offer клиенту. Но клиент должен выбрать кого-то одного. Выбор клиента оглашается в сообщении Request опцией 54 (DHCP-сервер), которая содержит IP-адрес предпочтённого DHCP-сервера. Хотя Request отправляется так же всем в сети, реагирует только тот DHCP-сервер, чей IP указан в опции 54.
![](https://habrastorage.org/webt/ke/xi/rv/kexirvjfnljlm3pdhcpfqglh02a.png)
Содержимое DHCP-пакета
DHCP-пакет состоит из двух частей: постоянной, размером в 236 байт и переменной, которая несёт в себе опции (DHCP Option).
Таблица со всеми полями пакета DHCP из Википедии
Поле | Описание | Длина (в байтах) |
---|---|---|
op |
Тип сообщения. Например может принимать значения: BOOTREQUEST (0x01, запрос от клиента к серверу) и BOOTREPLY (0x02, ответ от сервера к клиенту). |
1 |
htype |
Тип аппаратного адреса. Допустимые значения этого поля определены в RFC 1700 «Assigned Numbers». Например, для MAC-адреса Ethernet это поле принимает значение 0x01. |
1 |
hlen |
Длина аппаратного адреса в байтах. Для MAC-адреса Ethernet —0x06. |
1 |
hops |
Количество промежуточных маршрутизаторов (так называемых агентов ретрансляции DHCP), через которые прошло сообщение. Клиент устанавливает это поле в 0x00. |
1 |
xid |
Уникальный идентификатор транзакции в 4 байта, генерируемый клиентом в начале процесса получения адреса. |
4 |
secs |
Время в секундах с момента начала процесса получения адреса. Может не использоваться (в этом случае оно устанавливается в 0x0000). |
2 |
flags |
Поле для флагов — специальных параметров протокола DHCP. |
2 |
ciaddr |
IP-адрес клиента. Заполняется только в том случае, если клиент уже имеет собственный IP-адрес и способен отвечать на запросы ARP (это возможно, если клиент выполняет процедуру обновления адреса по истечении срока аренды). |
4 |
yiaddr |
Новый IP-адрес клиента, предложенный сервером. |
4 |
siaddr |
IP-адрес сервера. Возвращается в предложении DHCP (см. ниже). |
4 |
giaddr |
IP-адрес агента ретрансляции, если таковой участвовал в процессе доставки сообщения DHCP до сервера. |
4 |
chaddr |
Аппаратный адрес (обычно MAC-адрес) клиента. |
16 |
sname |
Необязательное имя сервера в виде нуль-терминированной строки. |
64 |
file |
Необязательное имя файла на сервере, используемое бездисковыми рабочими станциями при удалённой загрузке. Как и sname, представлено в виде нуль-терминированной строки. |
128 |
options |
Поле опций DHCP. Здесь указываются различные дополнительные параметры конфигурации. В начале этого поля указываются четыре особых байта со значениями 99, 130, 83, 99 («волшебные числа»), позволяющие серверу определить наличие этого поля. Поле имеет переменную длину, однако DHCP-клиент должен быть готов принять DHCP-сообщение длиной в 576 байт (в этом сообщении поле options имеет длину 340 байт). |
переменная |
Список всех опций DHCP в RFC 2132
Опции DHCP кодируются следующим образом:
Номер | Длина | Данные |
Например, параметр 3 (предлагаемый шлюз) со значением 10.0.0.1:
3 | 4 | 10 | 0 | 0 | 1 |
В случае, если нужно передать несколько параметров, длина параметра увеличивается.
Например, в параметре 6 (DNS-сервер) передадим два адреса (1.1.1.1 и 8.8.4.4):
6 | 8 | 1 | 1 | 1 | 1 | 8 | 8 | 4 | 4 |
Признаком конца поля опций является параметр с номером 255 (0xFF) и длиной 0.
Чаще всего клиент вкладывает параметр 55 (список параметров, которые он хочет получить в ответ) в DHCP Discover, однако, мы имеем право выдать ему не всё, что он запросил.
Практическая часть
Изначально планировалось написать сервер на каком-то более подоходящем для этого языке (Си), однако, это было бы буднично и просто. То ли дело написать скрипт, который будет брать на себя функции dhcp-сервера.
Упрощения
Так как разрабатываемый сервер предполагался к использованию в сетях из двух узлов, соединенных патчом, были приняты следующие упрощения:
- гарантируется, что один клиент в сети;
- гарантируется, что больше нет dhcp-серверов в сети
- запускающий сам решает, какой адрес выдать
- DHCP Release и DHCP Decline игнорируются
Слушатель
В первую очередь нужно научиться принимать пакеты. Для этого необходим
nc -l 0.0.0.0 -up 67 -w0
OpenBSD netcat нужен в том числе из-за ключа -w со значением 0. После получения одного пакета (UDP Broadcast) традиционный nc не принимает больше пакетов, но и не завершается.
Работа с сырыми байтами
В командном интерпретаторе весьма сложно работать с непечатными символами, например с нуль-символом: он его просто игнорирует. А DHCP-пакет содержит множество байт 0x00 (например, поле file). Решение проблемы приходит в виде hex-dump'а:
nc -l 0.0.0.0 -up 67 -w0 | stdbuf -o0 od -v -w1 -t x1 -An
По одному байту на строку, без вывода адреса, не пропуская повторяющиеся байты. Можно так же приправить stdbuf -o0, чтобы вывод не буферизировался.
Получение, хранение и обработка пакетов
Из stdout команды od байты забираются командой read и складываются в массив.
msg=()
for i in {0..235}; do
read -r tmp
msg[$i]=$tmp
done
Хотя все значения передаются в шестнадцатеричной системе счисления, номер DHCP Option и длину опции лучше всего выводить на экран/в логи в привычном десятичном виде. Для этого можно воспользоваться краткой записью bash'a:
$ op=AC
$ echo $((16#$op))
172
Принятый пакет редактируется в соответствии с типом запроса (Discover или Request) и отправляется обратно.
Отправка ответа
Впрочем, отправка пакета не такая уж и простая задача. Сначала нужно конвертировать байты из дампа в сырые байты и отправить сразу всё одним пакетом.
Конвертацию можно сделать утилитой printf с помощью escape-последовательностей. А чтобы ничего не потерялось, записывать байты сразу в файл.
# Зачищаем файл
>/tmp/dhcp.payload
# Записываем начало фиксированной длины
for i in ${msg[*]}; do
printf "\x$i" >> /tmp/dhcp.payload
done
Для отправки так же используется OpenBSD netcat. Однако, если в качестве слушателя версия 1.105 с Ubuntu подходит, то вот для рассылки широковещательных UDP-сообщений не годится: получаем ошибку protocol not available.
cat /tmp/dhcp.payload | nc -ub 255.255.255.255 68 -s $SERVER -p 67 -w0
Ключ -b разрешает отправку широковещательных сообщений и это вторая причина, по которой сервер необходимо запускать из-под суперпользователя.
Что там с ограничениями?
Данный DHCP-сервер разрабатывался при упрощениях типа одного клиента в сети. Однако, он будет работать и при нескольких клиентах. Просто адрес получит быстрейший.
![](https://habrastorage.org/webt/yq/45/5f/yq455faeeblrxvyhtp9zeffiktg.png)
Вывод
Хотя bash-скрипты сложно назвать полноценным языком программирования, тем не менее, при должном желании можно решить даже такие задачи, как выдача IP-адреса в сети без использования специально предназначенного для этого ПО. А решение специфичных задач не только приносит радость, но и новые знания, которые открылись в момент решения.