Дипломная работа: Создание сетевой программы DHCP server

DHCPRELEASE -- Такое широковещательное сообщение отправляется клиентом если он прекращает использования сетевого адреса.

DHCPNAK -- Этот ответ будет отправлен клиенту в случае, если невозможно удовлетворить параметры DHCPREQUEST.

DHCPDECLINE -- Широковещательный ответ серверу в том случае, когда клиент обнаруживает, что присвоенный ему IP-адрес уже используется.

DHCPINFORM -- Сообщение серверу в том случае, если у клиента DHCP прописан статический IP-адрес и он не нуждается в динамическом распределении.

Сообщения протокола DCHP имеют следующие поля:

Как включить DHCP на сетевом адаптере

В операционной системе Windows 10 DHCP-клиент включен по умолчанию как служба, а на сетевом адаптере необходимо выставить автоматическое получение IP. Для этого нажимаем комбинацию клавиш Win+R чтобы открыть окно «Выполнить» и вводим команду ncpa.cpl.

Нажимаем на кнопку «ОК». Появится окно с сетевыми подключениями Виндовс 10.

На том адаптере, где хотим включить DHCP, кликаем правой кнопкой чтобы появилось контекстное меню. В меню -- выбираем пункт «Свойства».

В следующем окне надо выбрать строчку «IP версии 4(TCP/IPv4)» и нажимаем на кнопку «Свойства» чтобы открыть параметры протокола:

Здесь необходимо поставить галочки на автоматическое получение адресов и нажать на кнопку «ОК».

В операционных системах семейства Linux все настройки прописаны в конфигурационных файлах. Например, в популярной Ubuntu это /etc/network/interfaces. Вот пример конфига, который позволяет включить DHCP на сетевом адаптере eth0:

Здесь:

auto eth0 -- автоматическое включение сетевой карты eth0 при загрузке системы.

iface eth0 inet static -- этой строчкой мы указываем системе, что интерфейс сетевой карты eth0 находится в диапазоне адресов с динамическим получением ip.

Если в системе работает менеджер соединение Network Manager, то можно включить DHCP на сетевом адаптере и в графическом интерфейсе:

DHCP (протокол динамической конфигурации хоста) - это протокол управления сетью, используемый для динамического назначения IP-адреса на любом устройстве или узле в сети, чтобы они могли связываться с использованием IP. DHCP автоматизирует и централизованно управляет этими конфигурациями, а не требует, чтобы сетевые администраторы вручную назначали IP-адреса всем сетевым устройствам. DHCP может быть реализован в небольших локальных сетях, а также в крупных корпоративных сетях.

DHCP назначит новые IP-адреса в каждом местоположении, когда устройства будут перемещены с места на место, что означает, что сетевым администраторам не нужно вручную сначала настраивать каждое устройство с допустимым IP-адресом или перенастраивать устройство с новым IP-адресом, если он перемещается на новое место в сети. Версии DHCP доступны для использования в интернет-протоколе версии 4 (IPv4) и в Internet Protocol версии 6 (IPv6).

Как работает DHCP

DHCP работает на прикладном уровне стека протокола протокола управления передачей / протокола IP (TCP / IP) для динамического назначения IP-адресов DHCP-клиентам и для распределения данных конфигурации TCP / IP клиентам DHCP. Сюда входит информация о маске подсети, IP-адреса шлюза по умолчанию и адреса системы доменных имен (DNS).

DHCP - это протокол клиент-сервер, в котором серверы управляют пулом уникальных IP-адресов, а также информацию о параметрах конфигурации клиента и назначают адреса из этих пулов адресов. Клиенты с поддержкой DHCP отправляют запрос на сервер DHCP всякий раз, когда они подключаются к сети.

Клиенты, настроенные DHCP, передают запрос на сервер DHCP и запрашивают информацию о конфигурации сети для локальной сети, к которой они присоединены. Клиент обычно транслирует запрос для этой информации сразу после загрузки. DHCP-сервер отвечает на запрос клиента, предоставляя информацию о конфигурации IP, ранее указанную сетевым администратором. Это включает в себя определенный IP-адрес, а также период времени, также называемый арендой, для которой распределение действительно. При обновлении задания DHCP-клиент запрашивает одни и те же параметры, но DHCP-сервер может назначить новый IP-адрес на основе политик, установленных администраторами.

DHCP-сервер управляет записью всех IP-адресов, которые он назначает сетевым узлам. Если узел перемещается в сети, сервер идентифицирует его, используя его адрес управления доступом к среде передачи (MAC), что предотвращает случайную настройку нескольких устройств с одним и тем же IP-адресом.

DHCP не является маршрутизируемым протоколом и не является безопасным. DHCP ограничен конкретной локальной сетью (LAN), что означает, что один DHCP-сервер для каждой локальной сети является достаточным или два сервера для использования в случае отказа. Более крупные сети могут иметь глобальную сеть (WAN), содержащую несколько отдельных мест. В зависимости от соединений между этими точками и количеством клиентов в каждом месте можно настроить несколько DHCP-серверов для обработки адресов. Если сетевые администраторы хотят, чтобы DHCP-сервер предоставлял адресацию нескольким подсетям в данной сети, они должны настроить службы ретрансляции DHCP, расположенные на соединительных маршрутизаторах, что запросы DHCP должны пересекаться. Эти агенты ретранслируют сообщения между клиентами DHCP и серверами, расположенными в разных подсетях.

DHCP не имеет встроенного механизма, позволяющего клиентам и серверам аутентифицировать друг друга. Оба уязвимы для обмана (один компьютер притворяется другим) и атаковать, когда клиенты-изгои могут исчерпать пул IP-адресов DHCP-сервера.

Статические и динамические аренды DHCP

При динамическом DHCP клиент не имеет назначенного ему IP-адреса, а вместо этого «арендует» его в течение определенного периода времени. При каждом включении устройства с динамическим IP-адресом он должен связываться с сервером DHCP для аренды другого IP-адреса. Беспроводные устройства - это примеры клиентов, которым назначены динамические IP-адреса при их подключении к сети.

Устройства, назначенные статическим IP-адресам, имеют постоянные IP-адреса и используются для таких устройств, как веб-серверы или коммутаторы.

При динамической настройке DHCP клиенту также может потребоваться выполнить определенные действия, которые приведут к завершению его IP-адреса, а затем снова подключиться к сети с использованием другого IP-адреса. Время аренды DHCP может варьироваться в зависимости от того, как долго пользователю будет необходимо подключение к Интернету в определенном месте. Устройства выпускают свои IP-адреса, когда истекает срок их аренды DHCP, а затем запрашивают обновление с сервера DHCP, если они находятся в сети. DHCP-сервер может назначать новый адрес, а не обновлять старый.

Типичный динамический цикл аренды DHCP выглядит следующим образом:

Клиент получает аренду IP-адреса через процесс распределения запроса с сервера DHCP.

Если клиент уже имеет IP-адрес из существующего лизинга, он должен будет обновить свой IP-адрес при его перезагрузке после его завершения и обратиться к DHCP-серверу, чтобы перераспределить IP-адрес.

Как только аренда активна, клиент, как говорят, связан с арендой и адресом.

По истечении срока аренды клиент свяжется с сервером, который изначально предоставил наименьшее количество обновлений, чтобы он мог продолжать использовать свой IP-адрес.

Если клиент перемещается в другую сеть, его динамический IP-адрес будет прекращен и он запросит новый IP-адрес с DHCP-сервера новой сети.

package net.floodlightcontroller.dhcpserver;

import net.floodlightcontroller.core.*;

import net.floodlightcontroller.core.internal.IOFSwitchService;

import net.floodlightcontroller.core.module.FloodlightModuleContext;

import net.floodlightcontroller.core.module.FloodlightModuleException;

import net.floodlightcontroller.core.module.IFloodlightModule;

import net.floodlightcontroller.core.module.IFloodlightService;

import net.floodlightcontroller.core.types.NodePortTuple;

import net.floodlightcontroller.dhcpserver.web.DHCPServerWebRoutable;

import net.floodlightcontroller.packet.DHCP;

import net.floodlightcontroller.packet.Ethernet;

import net.floodlightcontroller.packet.IPv4;

import net.floodlightcontroller.restserver.IRestApiService;

import net.floodlightcontroller.staticentry.IStaticEntryPusherService;

import net.floodlightcontroller.core.IOFSwitchListener;

import net.floodlightcontroller.topology.ITopologyService;

import net.floodlightcontroller.util.OFMessageUtils;

import org.projectfloodlight.openflow.protocol.*;

import org.projectfloodlight.openflow.types.*;

import org.slf4j.Logger;

import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.util.*;

import java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**

* SDN DHCP Server

* @author Ryan Izard, rizard@g.clemson.edu, ryan.izard@bigswitch.com

* @edited Qing Wang, qw@g.clemson.edu on 1/3/2018

*

* This module implementing a DHCP DHCPServer. The module can be configured with the REST API.

*

*/

public class DHCPServer implements IOFMessageListener, IOFSwitchListener, IFloodlightModule, IDHCPService {

protected static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(DHCPServer.class);

protected IFloodlightProviderService floodlightProviderService;

protected IOFSwitchService switchService;

protected IRestApiService restApiService;

protected ITopologyService topologyService;

protected IStaticEntryPusherService staticEntryPusherService;

private static Map<String, DHCPInstance> dhcpInstanceMap;

private static volatile boolean enableDHCPService = false;

private static volatile boolean enableDHCPDynamicService = false;

private static ScheduledThreadPoolExecutor leasePoliceDispatcher;

private static long DHCP_SERVER_CHECK_EXPIRED_LEASE_PERIOD_SECONDS = 10; // 10 secs as default

@Override

public Command receive(IOFSwitch sw, OFMessage msg, FloodlightContext cntx) {

Ethernet eth = IFloodlightProviderService.bcStore.get(cntx, IFloodlightProviderService.CONTEXT_PI_PAYLOAD);

OFPort inPort = OFMessageUtils.getInPort((OFPacketIn) msg);

if (!isDHCPEnabled()) return Command.CONTINUE;

if (!DHCPServerUtils.isDHCPPacketIn(eth)) return Command.CONTINUE;

NodePortTuple npt = DHCPServerUtils.getNodePortTuple(sw, inPort);

VlanVid vid = DHCPServerUtils.getVlanVid((OFPacketIn) msg, eth);

if (!getInstance(npt).isPresent() && !getInstance(sw.getId()).isPresent() && !getInstance(vid).isPresent()) {

log.warn("Could not locate DHCP instance for DPID {}, port {} or VLAN {}", new Object[] {sw.getId(), inPort, vid});

return Command.CONTINUE;

}

DHCPInstance instance = null;

if (getInstance(sw.getId()).isPresent()) {

instance = getInstance(sw.getId()).get();

}

else if (getInstance(npt).isPresent()) {

instance = getInstance(npt).get();

}

else {

instance = getInstance(vid).get();

}

synchronized (instance.getDHCPPool()) {

if (!instance.getDHCPPool().isPoolAvailable()) {

log.info("DHCP Pool is full, trying to allocate more space");

return Command.CONTINUE;

}

}

DHCP dhcPayload = DHCPServerUtils.getDHCPayload(eth);

IPv4Address srcAddr = ((IPv4) eth.getPayload()).getSourceAddress();

IPv4Address dstAddr = ((IPv4) eth.getPayload()).getDestinationAddress();

MacAddress srcMac = eth.getSourceMACAddress();

switch (DHCPServerUtils.getOpcodeType(dhcPayload)) {

case REQUEST:

processDhcpRequest(dhcPayload, sw, inPort, instance, srcAddr, dstAddr, srcMac);

return Command.STOP;

default:

break;

}

return Command.CONTINUE;

}

private void processDhcpRequest(DHCP dhcpPayload, IOFSwitch sw, OFPort inPort, DHCPInstance instance,

IPv4Address srcAddr, IPv4Address dstAddr, MacAddress srcMac) {

DHCPMessageHandler handler = new DHCPMessageHandler();

switch (DHCPServerUtils.getMessageType(dhcpPayload)) {

case DISCOVER:

OFPacketOut dhcpOffer = handler.handleDHCPDiscover(sw, inPort, instance, srcAddr, dhcpPayload, enableDHCPDynamicService);

log.info("DHCP DISCOVER message received from switch {} for client interface {}, handled by dhcp instance {} ... ",

new Object[]{sw.getId().toString(), srcMac.toString(), instance.getName()});

sw.write(dhcpOffer);

break;

case REQUEST:

OFPacketOut dhcpReply = handler.handleDHCPRequest(sw, inPort, instance, dstAddr, dhcpPayload);

log.info("DHCP REQUEST message received from switch {} for client interface {}, handled by dhcp instance {} ... ",

new Object[]{sw.getId().toString(), srcMac.toString(), instance.getName()});

sw.write(dhcpReply); // either ACK or NAK

break;

case RELEASE: // clear client IP (e.g. client shut down, etc)

log.debug("DHCP RELEASE message received from switch {}, start handling... ", sw.getId().toString());

handler.handleDHCPRelease(instance, dhcpPayload.getClientHardwareAddress());

break;

case DECLINE: // client found assigned IP invalid

log.debug("DHCP DECLINE message received from switch {}, start handling... ", sw.getId().toString());

handler.handleDHCPDecline(instance, dhcpPayload.getClientHardwareAddress());

break;

case INFORM: // client request some information

log.debug("DHCP INFORM message received from switch {}, start handling... ", sw.getId().toString());

OFPacketOut dhcpAck = handler.handleDHCPInform(sw, inPort, instance, dstAddr, dhcpPayload);

sw.write(dhcpAck);

break;

default:

break;

}

}

@Override

public String getName() {

return "dhcpserver";

}

@Override

public boolean isCallbackOrderingPrereq(OFType type, String name) {

return false;

}

@Override

public boolean isCallbackOrderingPostreq(OFType type, String name) {

return (type.equals(OFType.PACKET_IN) && name.equals("forwarding"));

}

@Override

public Collection<Class<? extends IFloodlightService>> getModuleServices() {

Collection<Class<? extends IFloodlightService>> s =

new HashSet<Class<? extends IFloodlightService>>();

s.add(IDHCPService.class);

return s;

}

@Override

public Map<Class<? extends IFloodlightService>, IFloodlightService> getServiceImpls() {

Map<Class<? extends IFloodlightService>, IFloodlightService> m =

new HashMap<Class<? extends IFloodlightService>, IFloodlightService>();

m.put(IDHCPService.class, this);

return m;

}

@Override

public Collection<Class<? extends IFloodlightService>> getModuleDependencies() {