[系统运维]UNIX source code-DHCP

DHCP

基础知识

什么是DHCP

• DHCP:Dynamic Host Configuration Protocol 动态主机配置协议
• 作用：集中管理、分配IP地址，使得所管辖的网络环境中的主机动态的获取IP地址，Gateway地址、DNS地址等信息。
• 应用层协议（port: 67[Server]、68[Client]）

为什么要使用DHCP

? （IP不够用）每台主机都需要分配唯一的IP地址，才可以进行网络通信。通过手动配置的情况往往会出现IP地址冲突导致通信异常。而DHCP也使得IP地址配置准确化，管理自动化，大大提升了效率。

• 准确的IP配置
• 减少IP地址冲突
• IP地址管理的自动化
• 高效的变更管理

IP地址分配机制

• 自动分配方式（Automatic Allocation）

  DHCP服务器为主机指定一个永久性的IP地址，一旦DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端租用到IP地址后，就可以永久性的使用该地址。

• 动态分配方式（Dynamic Allocation）

  DHCP服务器给主机指定一个具有时间限制的IP地址，时间到期或主机明确表示放弃该地址时，该地址可以被其他主机使用。

• 手工分配方式（Manual Allocation）

  客户端的IP地址是由网络管理员指定的，DHCP服务器只是将指定的IP地址告诉客户端主机。

  自动分配和动态分配的区别？

工作原理

报文类型

工作大致步骤：

1. 客户端通过广播发送DHCP Discover报文寻找服务器端

2. 服务器通过单播发送DHCP Offer报文向客户提供IP地址等信息

3. 客户端通过广播发送DHCP Request报文告知服务端本地选择使用哪个IP

4. 服务器通过单播发送DHCP Ack报文告知客户端IP地址是合法可用的

   (无ip，服务器通过单播发送DHCP Nak报文告知客户端IP地址无法分配)

5. 客户端通过广播发送DHCP Release报文来释放IP地址

   • 为什么客户端是广播，而服务器端是单播？

   • 步骤1的广播之后的步骤2的单播是为什么可以定位到客户端的？ ANY

基本步骤

1. DHCP Discover

   • source ip:0.0.0.0
   • destination ip:255.255.255.255
   • 含有Client的MAC地址（chaddr字段）

   注意：请求参数列表中有 广播标志位flags，可以决定服务器单播0还是广播1发送响应报文

   • 如果是单播响应，那么目标ip应该是什么？ ANY

2. DHCP Offer

   • source ip:DHCP server（option字段）
   • destination ip:255.255.255.255（广播）/ Any(单播)
   • 含有分配给客户端IP地址（yiaddr字段）等配置信息

3. DHCP Request

   • source ip:0.0.0.0
   • destination ip:255.255.255.255
   • 含有选择了的DHCP Server和IP

4. DHCP ACK

   • source ip:DHCP server

   • destination ip:255.255.255.255(广播)/Any(单播)

   • 客户端接收之后会进行冲突检测，广播发送免费ARP报文验证该IP地址是否被使用

     ARP和免费ARP（Gratuitous：无端的、免费的）Address Resolution Protocol

     • 包的结构不同

       报文的区别在于报文中的目标 IP 地址。

     • 作用不同

       1. 宣告作用
       2. 检测 IP 地址冲突
       3. 更新其他主机的 ARP 缓存表

中继

请求和提供阶段会有中继检查，之后两阶段基本一致

1. DHCP Discover（Client）
   • 检查报文hops字段（中继跳数），超过16，丢弃报文（每经过中继，hops字段+1）
   • 检查报文giaddr字段，如果为0，设置为Discover报文的接口IP。
     • giaddr填入第一个中继的IP,后面（中继）不再修改
     • 目的IP改为下一中继的IP或者Server的IP
     • 源IP改为中继连接Client的接口IP
2. DHCP Offer（Server）
   • 根据giaddr字段，分配同一网段的IP
   • Server单播发送给giaddr指定的中继
   • 中继检查是否一致，否则直接丢弃

重用IP

前提：Client并非首次连入该网络

在实际情况中，我们发现 DHCP Client 重启后，也能获得相同的 IP 地址。那是因为DHCP Server 为 DHCP Client 分配 IP 地址时，采用如下的顺序：

1. DHCP Server 中与 DHCP Client 的 MAC 地址静态绑定的 IP 地址；
2. DHCP Client 曾经使用过的 IP 地址；
3. 最先找到的可用 IP 地址。
4. 如果没找到可用的 IP 地址，就依次查询超过租期、发生冲突的 IP 地址，如果找到就进行分配，否则报错处理。

1. DHCP Request（广播）
   • 包含原IP地址信息（”带着目的去申请“）
2. DHCP ACK or DHCP NAK
   • Server（根据MAC）查看记录,有记录则ACK,无记录则NAK或者沉默（和“我”无关）

租赁期限

1. T1(50%)

   • Client单播向Server发送DHCP Request,请求更新

     Server

     • 有回复 DHCP ACK更新成功

       ? DHCP NAK更新失败，并且停止使用（Client需要Discover）

     • 无回复 继续使用，继续等待回复，等到87.5%

2. T2(87.5%)

   • Client广播向Server发送DHCP Request，请求更新

     Server

     • 有回复 DHCP ACK更新成功

       ? DHCP NAK更新失败，并且停止使用（Client需要Discover）

     • 无回复 继续使用，继续等待回复，等到100%

3. 100%

   • Client停止使用当前IP,广播DHCP Discover

代码解析

文件作用

udhcpd.c

udhcp DHCP　Server

能够接收并解析DHCP客户端直接发送或经由DHCP中继转发的 DHCP 请求报文，根据报文请求的内容并结合管理员的配置策略，为 DHCP 客户端进行一定范围内的IP 地址租约或网络参数分配，或对 IP 地址租约进行续约，或释放客户端不再需要的 IP 地址租约，从而保证该 IP 地址能够及时分配给其它有需要的 DHCP 客户端。

结构体

struct server_config_t {
	uint32_t server;                /* Our IP, in network order */ 我们的IP 网络字节序
#if ENABLE_FEATURE_UDHCP_PORT
	uint16_t port;
#endif
	/* start,end are in host order: we need to compare start <= ip <= end */
	uint32_t start_ip;             /* Start address of leases, in host order */ 租赁的开始地址 主机字节序
	uint32_t end_ip;               /* End of leases, in host order */租赁的结束 主机字节序
	struct option_set *options;     /* List of DHCP options loaded from the config file */从配置文件加载的DHCP选项列表
	char *interface;                /* The name of the interface to use */要使用的接口名称
	int ifindex;                         /* Index number of the interface to use */要使用的接口索引号
	uint8_t arp[6];                  /* Our arp address */我们的arp地址
	char remaining;                /* should the lease file be interpreted as lease time remaining, or
	                                            /* as the time the lease expires */租约剩余时间或者租约到期的时间
	uint32_t lease;	          /* lease time in seconds (host order) */租赁时间（秒）主机字节序
	uint32_t max_leases;      /* maximum number of leases (including reserved address) */最大组约数（包含保留地址）
	uint32_t auto_time;        /* how long should udhcpd wait before writing a config file.在写入配置文件之前需要等待多久
	                                            /* if this is zero, it will only write one on SIGUSR1 */
	uint32_t decline_time;   /* how long an address is reserved if a client returns a decline message */如果客户端返回“”Deline“则保留地址多长时间
	uint32_t conflict_time;   /* how long an arp conflict offender is leased for */ARP冲突应该租赁多长时间
	uint32_t offer_time;       /* how long an offered address is reserved */保留提供地址多长时间
	uint32_t min_lease;        /* minimum lease a client can request */客户可要求的最低限度租约
	char *lease_file;
	char *pidfile;
	char *notify_file;              /* What to run whenever leases are written */每当编写租约时运行什么
	char *offer_file;	          /*What to run whenever Ack are sent*/每当发送ACK运行什么
	uint32_t siaddr;                /* next server bootp option */下一个服务器引导选项
	char *sname;                    /* bootp server name */bootp 服务名称
	char *boot_file;                /* bootp boot file option */bootp引导文件选项
	struct static_lease *static_leases; /* List of ip/mac pairs to assign static leases */IP-MAC的列表来分配静态租赁
	uint32_t static_netmask;
	uint32_t static_router;
};

• start_ip–end_ip

  表示了可分配的地址空间 （IP地址池）

• struct option_set *options

  struct option_set {
  	uint8_t *data;
  	struct option_set *next;
  };
  

  选项集合（链表存储），决定了dhcpMessage中options的填写。

• 租赁相关

  lease

  client请求的租赁期限最大值，>lease，就以lease为租赁期限；

  client请求未指明租赁期限，lease作为其租赁期限(静态租赁的默认租期)。

  decline_time

  DHCP Decline发给server,server将IP地址添加到动态租赁数组中，租期为decline_time

  confict_time

  DHCP Offer之前serverIP检测，IP不可用，添加到动态租赁数组中，租期为confict_time

  offer_time

  DHCP Offer,server将IP-MAC对添加到动态租赁表里，还未确定，offer_time(默认60s)

  min_lease

  client请求租赁的最小时间

• 静态租赁

  struct static_lease *static_lease

  struct static_lease{
         uint8_t  *mac;
         uint32_t *ip;
         struct static_lease   *next;
  };
  

  DHCP的自动分配地址就是使用该结构体（也叫静态配置）

代码逻辑（流程）

1. set up parameters（server_config）

   • read_config(files.c) 配置信息（租赁时间，IP地址池等等）

2. 将pid写入pid_file

   • write_pidfile(getopt32.c)

3. 根据server_config的option设置lease

   • find_option(files.c)

4. 初始化和配置leases

   • read_leases(files.c)

5. 读取接口信息

   • read_interface(socket.c)

6. 创建内部socket通信，注册信号处理器

   • udcp_sp_setup(signalpipe.c) AF_UNIX

7. 进入循环，进行DHCP的服务

   • 建立socket监听和single处理器

     这一步的主要目的就是对server_socket和socketpair建立监听，并根据对socketpair的信号情况及leases结构的内容，执行write_leases函数，该函数将最新的leases结构体里的内容写入lease_file，根据yiaddr、remaining和当前时间来更新lease_time，每次执行完write_leases函数和，都有更新time_end时刻，write_leases定义于files.c中。

     • listen_socket

     • select + FD宏函数（更好的操作fd_set）

     /* 添加server_socket和signal_pipe进rfds集合*/
     max_sock = udhcp_sp_fd_set(&rfds, server_socket);
     /* int udhcp_sp_fd_set(fd_set *rfds, int extra_fd)
     {
         FD_ZERO(rfds);
         FD_SET(signal_pipe[0], rfds);
         if (extra_fd >= 0) {
         fcntl(extra_fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);
         FD_SET(extra_fd, rfds);
     }
     return signal_pipe[0] > extra_fd ? signal_pipe[0] : extra_fd;*/
     /* 如果auto_time不为0，更新等待时间tv.tv_sec为auto_time的剩余时间 */
     if (server_config.auto_time) {
         tv.tv_sec = timeout_end - monotonic_sec();
         tv.tv_usec = 0;
     }
     /* 如果auto_time为0，或tv_sec大于0时，建立select等待server_socket和signal_pipe的信号 */
     if (!server_config.auto_time || tv.tv_sec > 0) {
         max_sock = server_socket > signal_pipe[0] ? server_socket : signal_pipe[0];
         /* 对两个fd都进行可读性检测 */
     retval = select(max_sock + 1, &rfds, NULL, NULL, 
                 /*如果auto_time不为0,则非阻塞，超时时间为上述的剩余时间；如果为0，则time设为NULL，select将一直阻塞直到某个fd上接收到信号*/
     server_config.auto_time ? &tv : NULL);
     } else retval = 0; /* If we already timed out, fall through */
     /* 若直到超时都没有接收到信号，则立即写lease文件，并更新time_end */
     if (retval == 0) {
         write_leases();
         timeout_end = monotonic_sec() + server_config.auto_time;
         continue;
     }
     if (retval < 0 && errno != EINTR) {
         DEBUG("error on select");
         continue;
     }
     
         /* 若signal_pipe接收到可读signal（signal_handler将signal写入signal_pipe[1],根据socketpair的特性，此时signal_pipe[0]将可读，产生一个可读的信号） */
     switch (udhcp_sp_read(&rfds)) {
     /* 接收到SIGUSR1，立即写leases，并更新time_end */
         case SIGUSR1:
             bb_info_msg("Received a SIGUSR1");
             write_leases();
             /* why not just reset the timeout, eh */
             timeout_end = monotonic_sec() + server_config.auto_time;
         continue;
         case SIGTERM:
             bb_info_msg("Received a SIGTERM");
             goto ret0;
         case 0: break;      /* no signal */
         default: continue;  /* signal or error (probably EINTR) */
     }
     

8. 获取和提取报文

   • udhcp_get_kernel_packet

   • get_option获取状态state信息

   • getIPbyMac寻找静态IP

   • 根据state和packet内容响应报文

     • DHCPDISCOVER : send_offer

     • DCHPREQUEST

     • DHCPDECLINE

     • DHCPRELEASE

     • DHCPINFORM

udhcpc.c

udhcp DHCP client

用来获取 IP 地址或其它网络资源的主机，它会维持一个有限状态机，一旦启动 DHCP 客户端 DHCP 功能，它就会在状态机的控制下完成 IP 地址租约的申请、刷新和释放等功能，同时也会完成对其它自身所需的网络资源的获取。

结构体

struct dhcpMessage { /*DHCP报文格式*/
	uint8_t op; //操作码 1：请求报文 2：响应报文 具体报文类型在option字段标识
	uint8_t htype;//硬件地址类型 
	uint8_t hlen;//硬件地址长度
	uint8_t hops;//DHCP保文经过的中继数量
	uint32_t xid;//处理ID,随机数，顺序号
	uint16_t secs;//从获取IP或者续约开始到现在所消耗的时间
	uint16_t flags;//标志广播还是单播 0：单播 1：广播
	uint32_t ciaddr;//客户机IP client自己的IP 或者 server分配给client的IP
	uint32_t yiaddr;//客户机IP server分配给client的IP
	uint32_t siaddr;//下一个为DHCP客户端分配IP的DHCP服务器IP
	uint32_t giaddr;//DHCP客户端发出请求报文后经过的第一个DHCP中继的IP地址
	uint8_t chaddr[16];//DHCP客户端的MAC地址
	uint8_t sname[64];//为DHCP客户端分配IP地址的DHCP服务器名称（DNS域名格式）
	uint8_t file[128];//DHCP服务器为DHCP客户端指定的启动配置文件名称及路径信息
	uint32_t cookie;//使得客户端和服务端清楚后面的解释模式，即options field
	uint8_t options[DHCP_OPTIONS_BUFSIZE + CONFIG_UDHCPC_SLACK_FOR_BUGGY_SERVERS];
    //可选参数字段：这个字段包含了终端的初始配置信息和网络配置信息，包括报文类型，有效租期，DNS服务器的IP地址等配置信息
} PACKED;

/* 
允许厂商定议选项( Uendor-Specific Area),
以提供更多的设定信息(如:Netmask、Gateway、DNS、Subnet等等)。其长度可变,可同时带多个选项。



在选项字段里面里三类信息:
	1-DHCP_PADDING填充字节
	2-DHCP_END选项结束字节
	3-选项信息,<CLV>code（1B） + length(1B) + value(length决定)
*/

typedef struct client_config_tt {
	uint8_t arp[6];                 /* Our arp address */ arp地址
	/* TODO: combine flag fields into single "unsigned opt" */ 合并标识字段为单个无符号opt
	/* (can be set directly to the result of getopt32) */
	char no_default_options;        /* Do not include default optins in request */不包括默认的options请求
	USE_FEATURE_UDHCP_PORT(uint16_t port;)
	int ifindex;                    /* Index number of the interface to use */ 使用接口的索引号
	uint8_t opt_mask[256 / 8];      /* Bitmask of options to send (-O option) */发送选项的位掩码(-o选项)
	const char *interface;          /* The name of the interface to use */使用接口的名字
	char *pidfile;                  /* Optionally store the process ID */可选择地存储进程ID
	const char *script;             /* User script to run at dhcp events */在dhcp事件处运行的用户脚本
	struct option_set *options;     /* list of DHCP options to send to server */要发送到服务器的DHCP选项列表
	uint8_t *clientid;              /* Optional client id to use */要选择的客户端ID使用
	uint8_t *vendorclass;           /* Optional vendor class-id to use */可选供应商类别-id使用
	uint8_t *hostname;              /* Optional hostname to use */可选主机名使用
	uint8_t *fqdn;                  /* Optional fully qualified domain name to use */可选的完全限定域名使用
} client_config_t;

代码逻辑（流程）

1. 初始化和配置，对传入参数进行解析和处理

2. 读取接口信息，udhcp_run_script

3. 建立socket和pipe，并进行监听

4. 超时未收到信号

file.c

DHCP server file manipulation

• read_config函数初始化server配置信息server_config

• read_lease函数

结构体（read_config）

struct config_keyword {
	const char *keyword; //关键字 辅助读取配置信息 对应server_config_t（udhcpd.c）的成员变量名
	int (*handler)(const char *line, void *var);//处理操作
	void *var;//存储位置
	const char *def;//默认信息
};

关键：对照keyword，去var指定的位置进行对应的操作handler，填上line(也可以是def) 消息地图

static const struct config_keyword keywords[] = {
	/* keyword       handler   variable address               default */
	{"start",        read_ip,  &(server_config.start_ip),     "192.168.0.20"},
	{"end",          read_ip,  &(server_config.end_ip),       "192.168.0.254"},
	{"interface",    read_str, &(server_config.interface),    "eth0"},
	/* Avoid "max_leases value not sane" warning by setting default
	 * to default_end_ip - default_start_ip + 1: */
	{"max_leases",   read_u32, &(server_config.max_leases),   "235"},
	{"remaining",    read_yn,  &(server_config.remaining),    "yes"},
	{"auto_time",    read_u32, &(server_config.auto_time),    "7200"},
	{"decline_time", read_u32, &(server_config.decline_time), "3600"},
	{"conflict_time",read_u32, &(server_config.conflict_time),"3600"},
	{"offer_time",   read_u32, &(server_config.offer_time),   "60"},
	{"min_lease",    read_u32, &(server_config.min_lease),    "60"},
	{"lease_file",   read_str, &(server_config.lease_file),   LEASES_FILE},
	{"pidfile",      read_str, &(server_config.pidfile),      "/var/run/udhcpd.pid"},
	{"siaddr",       read_ip,  &(server_config.siaddr),       "0.0.0.0"},
	/* keywords with no defaults must be last! */
	{"option",       read_opt, &(server_config.options),      ""},
	{"opt",          read_opt, &(server_config.options),      ""},
	{"notify_file",  read_str, &(server_config.notify_file),  ""},
	{"offer_file",  read_str, &(server_config.offer_file),  ""},
	{"sname",        read_str, &(server_config.sname),        ""},
	{"boot_file",    read_str, &(server_config.boot_file),    ""},
	{"static_lease", read_staticlease, &(server_config.static_leases), ""},
	/* ADDME: static lease */
	{"static_netmask", read_ip, &(server_config.static_netmask), ""},
	{"static_router", read_ip, &(server_config.static_router), ""},
};

• 各信息操作函数的作用
  • read_ip 将字符串格式的IP转换成IP格式
  • read_u32 将字符串格式的数转换成数字
  • read_yn line字符串yes：var(1)，no：var(0)
  • read_str 释放var原值，再根据line大小申请空间，赋新值
  • read_opt line读取options，写到所指向的struct options_set链表中
  • read_staticlease line读取MAC、IP地址，静态绑定写入static_lease链表中
  • read_mac 将字符串格式的MAC转换成MAC

代码逻辑（流程）

1. 准备读取
2. 配置默认信息
3. 从配置文件（/etc/udhcpd.conf）读取配置信息line
4. 配置得到的信息（IP地址池、接口、租期等非默认信息）

函数关系

1. 准备读取

   • 准备工作（文件描述符，记录行值等）

2. 配置默认信息

   • 结构体中的对应的操作函数

3. 从配置文件（/etc/udhcpd.conf）读取配置信息

   line(对应def，此处便是区别默认，该变量被封装在parser_t结构体中)

   tokens(对应keyword)

   • config_open

   • config_read

4. 配置得到的信息（IP地址池、接口、租期等非默认信息）

   • 使用3读取出来的配置信息，进行比对，然后使用操作函数处理

结构体（read_lease）

struct dhcpOfferedAddr {
	uint8_t hostname[16]; 主机名
	uint8_t chaddr[16]; Client MAC
	uint32_t yiaddr;	/* network order */租赁IP
	uint32_t expires;	/* host order */租赁IP的到期时间
	uint8_t vendor[16]; /*add by liusong 2011-08-08 for hy required*/
};

目的：dhcp server启动后（可能是异常重启）读取文件，获取与租赁相关的信息

代码逻辑（流程）

• 同上（read_config）

函数关系

• 同上（read_config）

leases.c

tools to manage DHCP leases

结构体

struct dhcpOfferedAddr {
	uint8_t hostname[16]; 主机名
	uint8_t chaddr[16]; Client MAC
	uint32_t yiaddr;	/* network order */租赁IP
	uint32_t expires;	/* host order */租赁IP的到期时间
	uint8_t vendor[16]; /*add by liusong 2011-08-08 for hy required*/
};

代码逻辑（模块）

• add_lease

• find_lease_by_chaddr

• find_lease_by_yiaddr

• find_address

  使用场景：该函数的调用是在，server端接收到DHCPDISOCVER的报文的时候，会为client提供一个IP地址：

  • server首先利用client的MAC地址在leases数组里查找该client以前是否在这里租赁过IP，租赁过的话，把以前的IP提供给client

  • 第一种情况不满足的话，server会检查DHCPDISCOVER报文的选项字段,client是否有请求的IP（该选项信息的CODE ：DHCP_REQUESTED_IP），有的话检查该IP是否为Free，可以的话把Request IP提供给client。

  上面两种情况都不满足的话，就调用find_address这个函数了

options.c

DHCP server option packet tools

结构体

struct dhcp_option {
	uint8_t flags;
	uint8_t code;
};

options字段存储三类数据：

• DHCP_PADDING 填充字节， 没有任何意义，填充 0x00
• DHCP_END potions字段结束的标志 0xFF
• 选项信息 对于DHCP过程真正有价值的信息，承载了选项数据(V)

代码逻辑

• get_option

   * 参数struct dhcpMessage *packet DHCP报文  
   * int code需要获得什么选项信息(选项信息的标识) 
   * 
   * 返回指向选项信息的指针（去除了 OPT_CODE,OPT_LEN） 
   * 未找到返回NULL 
   */  
  uint8_t *get_option(struct dhcpMessage *packet, int code)  
  {  
      int i, length;  
      uint8_t *optionptr;  
      int over = 0, done = 0, curr = OPTION_FIELD;  
    
      optionptr = packet->options;  
      i = 0;  
      length = 308;   /* 整个options字段的长度308 */  
    
      /* 在options字段里查找code选项标识信息*/  
      while (!done) {  
          if (i >= length) {   /* 查找完所有字段都未找到code标识的信息,返回NULL */  
              LOG(LOG_WARNING, "bogus packet, option fields too long.");  
              return NULL;  
          }  
    
          //CLV方式存储数据  
          //这里与struct option_set的data存储相似  
          //OPT_CODE字节上存储code标识  
          //OPT_LEN 字节上存储信息长度  
          //OPT_LEN后就是存储信息  
    
          if (optionptr[i + OPT_CODE] == code) {  //Found  
              if (i + 1 + optionptr[i + OPT_LEN] >= length) {  //检查选项信息长度  
                  LOG(LOG_WARNING, "bogus packet, option fields too long.");  
                  return NULL;  
              }  
              return optionptr + i + 2;   //Found，返回选项信息的首地址  
          }  
            
          switch (optionptr[i + OPT_CODE]) {  
          case DHCP_PADDING:  //DHCP_PADING(填充)字节,直接 i++;  
              i++;  
              break;  
          case DHCP_OPTION_OVER:  //选项过载DHCP_OPTION_OVER  
              if (i + 1 + optionptr[i + OPT_LEN] >= length) {  
                  LOG(LOG_WARNING, "bogus packet, option fields too long.");  
                  return NULL;  
              }  
    
              /* 
                  optionptr[i + OPT_CODE] == DHCP_OPTION_OVER选项过载; 
                  optionptr[i + 3]存放了采用哪个字段来存储过载的选项 
                  可能存储过载选项的字段: 
                      uint8_t sname[64]; //server host name (ASCIZ)  
                      uint8_t file[128];  // boot file name (ASCIZ)  
   
                  over = optionptr[i + 3];记录下使用那个字段存储过载选项 
              */  
    
    
              /* 
               * 
              The code for this option is 52, and its length is 1.  Legal values 
              for this option are: 
               
                      Value   Meaning 
                      -----   -------- 
                        1     the 'file' field is used to hold options 
                        2     the 'sname' field is used to hold options 
                        3     both fields are used to hold options 
               
               Code   Len  Value 
              +-----+-----+-----+ 
              |  52 |  1  |1/2/3| 
              +-----+-----+-----+ 
              */  
    
              over = optionptr[i + OPT_DATA];  
              i += optionptr[i + OPT_LEN] + 2;  
                
          //  over = optionptr[i + 3];      /* Error */  
          //  i += optionptr[OPT_LEN] + 2;  /* Error */  
              break;  
          case DHCP_END:  //选项字段结束标志 DHCP_END 0xff  
    
              /*  
               * 当选项过载的时候(curr == OPTION_FILE允许选项过载) 
               *  首先用file字段,不够的话再用sname字段 
               *  使用file字段的时候: 
               *      over的右起的第0位必须为1 
               *  使用sname字段: 
               *      over的右起的第一位必须为1 
               */  
              if (curr == OPTION_FIELD && over & FILE_FIELD) {  
                  optionptr = packet->file;  
                  i = 0;  
                  length = 128;  
                  curr = FILE_FIELD;  
              } else if (curr == FILE_FIELD && over & SNAME_FIELD) {  
                  optionptr = packet->sname;  
                  i = 0;  
                  length = 64;  
                  curr = SNAME_FIELD;  
    
                          //没有或不允许选项过载或over(options[i + 3])标志不允许，结束查找返回NULL  
              } else done = 1;  
              break;  
    
    
          /* 
           * 不是填充信息:DHCP_PADDING 
           * 选项过载:DHCP_OPTION_OVER 
           * 选项结束:DHCP_END 
           * 
           * 表明是属于选项信息,所以可以直接改变偏移量: 
           * i += option[OPT_LEN + i] + 2; 
           */  
          default:  
              i += optionptr[OPT_LEN + i] + 2;  
          }  
      }  
      return NULL;  
  } 
  

• end_options

  /* return the position of the 'end' option (no bounds checking) */  
  int end_option(uint8_t *optionptr)  
  {  
      int i = 0;  
    
      /* 在选项字段里找到DHCP_END的偏移 */  
      /* 在选项字段里面里三类信息: 
          1.DHCP_PADDING 填充字节 
          2.DHCP_END  选项结束字节 
          3.选项信息<CLV> code + length + value 
          */  
      while (optionptr[i] != DHCP_END) {  
          if (optionptr[i] == DHCP_PADDING) i++;  //填充字节DHCP_PADDING  
          else i += optionptr[i + OPT_LEN] + 2;   //选项信息  
      }  
      return i;  
  }  
  

• add_option_string

  /* add an option string to the options (an option string contains an option code, 
   * length, then data) */  
  int add_option_string(uint8_t *optionptr, uint8_t *string)  
  {  
      int end = end_option(optionptr);//找到DHCP_END在选项字段里偏移  
    
      /* end position + string length + option code/length + end option */  
          //检查需要添加的选项信息后的长度是否大于选项字段的最大长度  
      if (end + string[OPT_LEN] + 2 + 1 >= 308) {  
          LOG(LOG_ERR,"Option 0x%02x did not fit into packet!",string[OPT_CODE]);  
          return 0;  
      }  
      DEBUG(LOG_INFO, "adding option 0x%02x", string[OPT_CODE]);  
      memcpy(optionptr + end, string, string[OPT_LEN] + 2);  
      optionptr[end + string[OPT_LEN] + 2] = DHCP_END;//在<CLV>的最后添加上DHCP_END  
      return string[OPT_LEN] + 2; //返回<CLV>长度  
  }  
  

• add_simple_option

  /* add a one to four byte option to a packet */  
  /* add_simple_option函数只能想选项字段添加OPT_LEN = 4 bytes的选项 */  
  /*  optionptr: 报文选项字段的首地址 
      code:   选项code 
      data:   选项value 
   
      返回值是 <CLV>的长度 
      返回0 表示添加失败 
      */  
  int add_simple_option(uint8_t *optionptr, uint8_t code, uint32_t data)  
  {  
      struct dhcp_option *dh;  
    
      /* 检查需要添加的选项是否符合标准的选项 */  
      /* 在dhcp_options数组里查找 */  
      for (dh=dhcp_options; dh->code; dh++) {  
          if (dh->code == code) {      //Found  
              uint8_t option[6], len;  
    
              option[OPT_CODE] = code;    //添加code  
              len = option_lengths[dh->flags & TYPE_MASK];//计算length  
              option[OPT_LEN] = len;      //添加length  
    
                          /*  
                           * 假设data长度是一个字节，但在大端字节序的机器里 
                               * 但存放在uint32_t里的放在最高地址的地方， 
                               * 所以data << 8 * (4 - len) 把她移到低位 
                               */  
              if (BB_BIG_ENDIAN) data <<= 8 * (4 - len);  
    
              /* This memcpy is for broken processors which can't 
               * handle a simple unaligned 32-bit assignment */  
              memcpy(&option[OPT_DATA], &data, 4);  
              return add_option_string(optionptr, option);  
          }  
      }  
    
      DEBUG(LOG_ERR, "Could not add option 0x%02x", code);  
      return 0;  
  }  
  

arpping.c

检测IP是否被使用

• DHCP Server发出DHCP Offer之前，会进行IP检测

• DHCP Client得到Server的ACK后，进行IP检测 （gratuitous 免费ARP）

结构体

typedef	struct arpMsg {
		/* Ethernet header */ 以太网帧头
		uint8_t  h_dest[6];     /* 00 destination ether addr */ 目的MAC地址  FF-FF-FF-FF-FF-FF
		uint8_t  h_source[6];   /* 06 source ether addr */   源MAC地址 发送ARP节点的MAC
		uint16_t h_proto;       /* 0c packet type ID field */  报文类型ID字段
	
		/* ARP packet */
		uint16_t htype;         /* 0e hardware type (must be ARPHRD_ETHER) */ 硬件类型 必须是ARPHRD_ETHER
		uint16_t ptype;         /* 10 protocol type (must be ETH_P_IP) */ 协议类型 必须是ETH_P_IP(ip协议)
		uint8_t  hlen;          /* 12 hardware address length (must be 6) */ MAC 6Byte
		uint8_t  plen;          /* 13 protocol address length (must be 4) */  IP 4Byte
		uint16_t operation;     /* 14 ARP opcode */ ARP 操作码 1 表示请求报文 2 表示应答报文
		uint8_t  sHaddr[6];     /* 16 sender's hardware address */发送方MAC
		uint8_t  sInaddr[4];    /* 1c sender's IP address */发送方IP
		uint8_t  tHaddr[6];     /* 20 target's hardware address */目标MAC 
		uint8_t  tInaddr[4];    /* 26 target's IP address */目的IP
		uint8_t  pad[18];       /* 2a pad for min. ethernet payload (60 bytes) */有效载荷（数据部分）
} PACKED;

代码逻辑(流程)

1. set socket

2. send arp request

3. wait for arp reply, and check it

函数关系

• arpping（IP冲突检测）

1. set socket

   • socket

   • setsockopt_b(广播)

     • setsockopt

       setsockopt函数用于任意类型、任意状态套接字接口的设置选项值。

2. send arp request

   • memset、memcpy、safe_strncpy设置好相应的arpMsg

   • sendto 发送设置好了的报文

3. wait for arp reply, and check it

   • safe_poll (IO多路复用）

     • poll

       监视并等待多个文件描述符的属性变化

   • read、memcmp、gettimeofday 读取数据，进行对比

script.c

Functions to call the DHCP client notification scripts

代码逻辑（模块）

• upper_length(option字段占用的最大字节数)

• alloc_fill_option(读取options,分配空间并且填充它)

• fill_envp(按指定格式填充环境变量)

reference

1. 一篇文章让你掌握神秘的 DHCP
2. 计算机网络之DHCP原理与配置
3. DHCP协议详解

感谢观看，侵权必删