pythonでDHCPサーバ作成　~①DHCPとは~

最近業務でDHCPに触れる機会があったので、pythonを使用して任意のIPアドレス解決を実施できるDHCPサーバツールを作成してみました。

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DHCPとは

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)は、自分が使うためのIPアドレスをDHCPサーバからもらうためのプロトコルです。

市販のルータにも該当の機能が備わっており、皆さんが普段使っているPCやスマホでも、知らないうちにDHCPを使っていたりします。

DHCP通信の流れは以下の通り。

送信フレーム	送信元	概要	送信データ宛先
① DHCP Discover	DHCPクライアント	利用可能なDHCPサーバーを見つける為の、ブロードキャストメッセージ。	ブロードキャスト
② DHCP Offer	DHCPサーバ	サーバーからクライアントへの DHCPDISCOVER に対する応答。	任意のクライアント
③ DHCP Request	DHCPクライアント	クライアントからサーバーへの、次のいずれかのメッセージ (a) サーバからのレスポンスに対するリクエスト (b) リブート時などに、以前使用していたIPアドレスの正当性を確認 (c) IPアドレスの延長要求	ブロードキャスト
④ DHCP ACK	DHCPサーバ	サーバーからクライアントへの要求受け入れメッセージ	任意のクライアント
⑤ DHCP Release	DHCPクライアント	事前に取得していたIPアドレスの解放をサーバへ通知	任意のサーバ

詳細については RFC2131参照

RFC2131(Dynamic Host Configuration Protocol)

RFC2131(Dynamic Host Configuration Protocol) トップページ - 翻訳ドキュメント - RFC 2131 原文：ft ...

http://srgia.com/docs/rfc2131j.html

実際の通信内容は以下の通り。重要なことはDHCPクライアントの送信元IPアドレスが0.0.0.0かつ、送信先IPアドレスが255.255.255.255(ブロードキャスト)であることです。

ちなみにwiresharkでDHCPプロトコル使用時のキャプチャを取るため、以下の流れでIPアドレスのリリース、再取得を実施しました。

本コマンドはDHCPサーバの動作確認でも使用するので重要です。

①　管理者としてコマンドプロンプト起動
②　コマンド「ipconfig /release」実行しIPアドレスの解放
③　コマンド「ipconfig /renew」実行しIPアドレスの再取得

DHCPのパケットフォーマットは以下の通り。(UDPヘッダまでは省略)

各パラメータ詳細については、以下のようになっています。

領域	サイズ(byte)	名称	意味
op	1	Message Operation Code	op=1：DHCPクライアントからのメッセージ op=2：DHCPサーバからのメッセージ
htype	1	Hardware Address Type	htype=1 : Ethernet
hops	1	hops	DHCP サーバの中継回数(今回は0)
xid	4	Transaction ID	DHCP クライアントが割り当てる 4 byte のランダム値 Discover/Offer/Request/ACK 等の流れで一貫して同じ値となる
secs	2	Seconds elapsed	再リースの要求時に残り時間を設定
flags	2	flags	flags=0x0000 :DHCP クライアントへの応答にユニキャストを指定 flags=0x0001 :DHCP クライアントへの応答にブロードキャストを指定
ciaddr	4	Client IP Address	DHCP クライアントが再リース要求時、自身へ既に払い出されているIPアドレスを設定
yiaddr	4	Your IP Address	DHCP サーバが DHCP クライアントへ払い出す IP アドレスを設定
siaddr	4	Server IP Address	DHCP サーバのIPアドレス
giaddr	4	Gateway IP Address	DHCPリレーエージェントのIPアドレス DHCPサーバはGIADDRを見てクライアントの所属するサブネットを識別する
chaddr	16	Client Hardware Address	クライアントの MAC アドレスを格納する後ろ10byteは0パディング
sname	64	Server Name	オプションのサーバホスト名(今回は未使用)
file	128	file	ブートファイルの名前(今回は未使用)
Options	ー	Options	様々なネットワーク環境情報を載せる

Optionsについては重要なもののみ抽出したものを以下にまとめます。

なお、オプション領域の最初には Magic Cookie = 0x63 0x82 0x53 0x63 が入ります。この Magic Cookie によって受信データが DHCP であることが分かります。

また、各オプションデータのフォーマットはまず初めにオプションの識別子、データサイズ、実際のデータとなります。
例 (Message TypeがDiscoverのOption)：0x35 0x01 0x01

識別子	オプション名	概要
53	Message Type	Discover/Offer/Request/ACK 等のメッセージタイプ 0x01:DHCP DISCOVER (発見) 0x02:DHCP OFFER (提示) 0x03:DHCP REQUEST (要求) 0x04:DHCP DECLINE (辞退) 0x05:DHCP ACK (承認) 0x06:DHCP NAK (拒否) 0x07:DHCP RELEASE (解放) 0x08:DHCP INFORM (情報) 0x09:DHCP FORCERENEW (強制再取得)
55	Parameter Request List	Discover において、クライアントがサーバに要求するオプションを示すサーバは必ずすべての要求にこたえる必要はない
1	Subnet Mask	払い出し IP (yiaddr)における、サブネットマスク
3	Router	デフォルトゲートウェイの IP アドレス
6	DNS Server	DNS サーバのIPアドレス
12	Hostname	クライアントのホスト名
15	Domain Name	クライアントの所属するドメイン
28	Broadcast Address	ブロードキャスト・アドレス
50	Address Request	クライアントがリクエストするIPアドレス
51	Address Time	IPアドレス・リース期間
54	DHCP Server Id	DHCPサーバ・アドレス
255	End	オプションの終了位置を示す