Python搭建DHCP：从零开始构建你的专属动态IP地址分配器

想自己动手用Python搭建DHCP服务器？听起来有点酷，对吧？别怕，其实没那么难。我来跟你聊聊怎么用Python实现一个简单的DHCP服务器，手把手带你玩转动态IP地址分配。

首先，要明确一点，标准的DHCP服务器非常复杂，涉及大量的选项和配置。咱们这次的目标是做一个简化版的，能满足基本需求，让你对DHCP的原理有个更直观的了解。

准备工作是必须的。你需要安装一个Python的网络编程库，scapy就是个不错的选择。它能让你轻松地构造和解析网络数据包。没有它，你就得自己吭哧吭哧地处理底层协议细节，想想都头大。安装方法也很简单：pip install scapy。

接下来，我们就开始撸代码了。DHCP的核心是客户端（DHCP Client）发送请求（DHCP Discover），服务器（DHCP Server）收到请求后，提供一个可用的IP地址（DHCP Offer），客户端确认使用（DHCP Request），服务器确认分配（DHCP ACK）。整个过程有点像租房子，你先找房（Discover），房东给你看房（Offer），你决定租（Request），房东把钥匙给你（ACK）。

首先，我们需要监听DHCP客户端发送的Discover包。这需要用到scapy的网络嗅探功能。你可以指定监听的端口（DHCP通常使用67端口），然后过滤出DHCP Discover包。

“`python
from scapy.all import *

def dhcp_discover_callback(packet):
if DHCP in packet and packet[DHCP].options[0][1] == 1: # DHCP Discover
print(“发现DHCP Discover包！”)
# 在这里处理Discover包
handle_dhcp_discover(packet)

sniff(filter=”udp and port 67″, prn=dhcp_discover_callback, store=0)
“`

这段代码会一直监听67端口的UDP数据包，一旦发现DHCP Discover包，就会调用dhcp_discover_callback函数。注意，packet[DHCP].options[0][1] == 1 这句是用来判断是否是DHCP Discover包的关键。DHCP协议使用option字段来传递各种信息，Discover包的option 53（DHCP Message Type）的值是1。

接下来，我们需要实现handle_dhcp_discover函数。这个函数负责处理Discover包，并发送DHCP Offer包给客户端。

“`python
import random
import socket
import struct

def handle_dhcp_discover(packet):
# 获取客户端的MAC地址
client_mac = packet[Ether].src

# 构造一个可用的IP地址（需要自己维护一个IP地址池）
offered_ip = get_available_ip()

if offered_ip:
    print(f"为客户端 {client_mac} 提供IP地址 {offered_ip}")
    # 构造DHCP Offer包
    dhcp_offer = create_dhcp_offer(packet, offered_ip)
    # 发送DHCP Offer包
    sendp(dhcp_offer, iface="你的网络接口") # 替换成你的网络接口名
else:
    print("没有可用的IP地址了！")

def get_available_ip():
# TODO: 实现一个IP地址池，返回一个可用的IP地址
# 这只是一个简单的示例，实际使用中需要更复杂的逻辑
# 比如，从配置文件读取IP地址范围，记录已分配的IP地址等等
# 避免IP冲突
ip_pool = [“192.168.1.100”, “192.168.1.101”, “192.168.1.102”]
if ip_pool:
return ip_pool.pop(0) # 简单地移除并返回第一个IP
else:
return None

def create_dhcp_offer(discover_packet, offered_ip):
# 获取客户端的MAC地址
client_mac = discover_packet[Ether].src
# 获取事务ID，用于匹配请求和响应
transaction_id = discover_packet[BOOTP].xid

# 构造以太网头部
ether = Ether(src=get_server_mac(), dst=client_mac) # get_server_mac() 获取服务器的MAC地址

# 构造IP头部
ip = IP(src=get_server_ip(), dst=offered_ip) # get_server_ip() 获取服务器的IP地址

# 构造UDP头部
udp = UDP(sport=67, dport=68)

# 构造BOOTP头部
bootp = BOOTP(
    op=2,  # BOOTREPLY
    xid=transaction_id,
    yiaddr=offered_ip, # Your IP address
    siaddr=get_server_ip(), # Server IP address
    giaddr="0.0.0.0", # Gateway IP address (如果需要)
    chaddr=mac2str(client_mac)
)

# 构造DHCP Options
dhcp_options = [
    ("message-type", 2),  # DHCP Offer
    ("server_id", get_server_ip()),
    ("lease_time", 3600),  # 租期，单位秒
    ("subnet_mask", "255.255.255.0"),
    ("router", get_gateway_ip()), # get_gateway_ip() 获取网关地址
    ("dns", get_dns_server_ip()), # get_dns_server_ip() 获取DNS服务器地址
    "end"
]

# 将选项转换为DHCP格式
dhcp = DHCP(options=dhcp_options)

# 构造完整的DHCP Offer包
offer_packet = ether / ip / udp / bootp / dhcp

return offer_packet

def mac2str(mac):
# 将MAC地址转换为scapy需要的格式
return b”.join([bytes.fromhex(x) for x in mac.split(‘:’)])

def get_server_mac():
# 获取服务器的MAC地址 (需要替换成你的实际MAC地址)
# 可以使用ifconfig或者ip addr命令查看
return “00:11:22:33:44:55”

def get_server_ip():
# 获取服务器的IP地址 (需要替换成你的实际IP地址)
return “192.168.1.1”

def get_gateway_ip():
# 获取网关地址（需要替换成你的实际网关地址）
return “192.168.1.1”

def get_dns_server_ip():
# 获取DNS服务器地址 (需要替换成你的实际DNS服务器地址)
return “8.8.8.8”
“`

这段代码有点长，但逻辑很简单。首先，它从get_available_ip函数获取一个可用的IP地址。然后，它构造一个DHCP Offer包，并使用sendp函数发送出去。create_dhcp_offer函数负责构造DHCP Offer包。这个函数需要设置各种头部和选项，例如以太网头部、IP头部、UDP头部、BOOTP头部和DHCP选项。注意，你需要替换代码中的你的网络接口、服务器的MAC地址、服务器的IP地址、网关地址和DNS服务器地址为你的实际值。

客户端收到Offer包后，会发送DHCP Request包确认使用该IP地址。我们需要监听DHCP Request包，并发送DHCP ACK包确认分配。

“`python
def dhcp_request_callback(packet):
if DHCP in packet and packet[DHCP].options[0][1] == 3: # DHCP Request
print(“发现DHCP Request包！”)
handle_dhcp_request(packet)

def handle_dhcp_request(packet):
# 获取客户端请求的IP地址
requested_ip = packet[DHCP].options[1][1] # Option 50: Requested IP Address
client_mac = packet[Ether].src
transaction_id = packet[BOOTP].xid

print(f"客户端 {client_mac} 请求使用IP地址 {requested_ip}")

# 验证IP地址是否可用（需要和IP地址池对比）
if verify_ip_address(requested_ip):
    print(f"确认分配IP地址 {requested_ip} 给客户端 {client_mac}")
    # 构造DHCP ACK包
    dhcp_ack = create_dhcp_ack(packet, requested_ip)
    # 发送DHCP ACK包
    sendp(dhcp_ack, iface="你的网络接口") # 替换成你的网络接口名
else:
    print(f"IP地址 {requested_ip} 不可用！")
    # 发送DHCP NAK包 (告知客户端IP地址不可用，这里省略)

def verify_ip_address(ip_address):
# TODO: 实现IP地址验证逻辑，确认该IP地址是否在IP地址池中，并且没有被其他客户端使用
# 简单示例，假设IP地址在 192.168.1.100 – 192.168.1.102 之间且当前未使用
ip_pool = [“192.168.1.100”, “192.168.1.101”, “192.168.1.102”]
return ip_address in ip_pool

def create_dhcp_ack(request_packet, assigned_ip):
# 构造DHCP ACK包
client_mac = request_packet[Ether].src
transaction_id = request_packet[BOOTP].xid

# 构造以太网头部
ether = Ether(src=get_server_mac(), dst=client_mac)

# 构造IP头部
ip = IP(src=get_server_ip(), dst=assigned_ip)

# 构造UDP头部
udp = UDP(sport=67, dport=68)

# 构造BOOTP头部
bootp = BOOTP(
    op=2,  # BOOTREPLY
    xid=transaction_id,
    yiaddr=assigned_ip, # Your IP address
    siaddr=get_server_ip(), # Server IP address
    giaddr="0.0.0.0", # Gateway IP address (如果需要)
    chaddr=mac2str(client_mac)
)

# 构造DHCP Options
dhcp_options = [
    ("message-type", 5),  # DHCP ACK
    ("server_id", get_server_ip()),
    ("lease_time", 3600),  # 租期，单位秒
    ("subnet_mask", "255.255.255.0"),
    ("router", get_gateway_ip()),
    ("dns", get_dns_server_ip()),
    "end"
]

# 将选项转换为DHCP格式
dhcp = DHCP(options=dhcp_options)

# 构造完整的DHCP ACK包
ack_packet = ether / ip / udp / bootp / dhcp

return ack_packet

sniff(filter=”udp and port 67″, prn=lambda x: dhcp_discover_callback(x) if DHCP in x and x[DHCP].options[0][1] == 1 else dhcp_request_callback(x) if DHCP in x and x[DHCP].options[0][1] == 3 else None, store=0)

“`

这段代码监听DHCP Request包，验证客户端请求的IP地址是否可用。如果可用，就构造DHCP ACK包并发送出去。否则，可以发送DHCP NAK包（这里省略了）。create_dhcp_ack函数负责构造DHCP ACK包，它的结构和create_dhcp_offer函数类似，只是DHCP Message Type的值不同。

最后，把所有代码放在一起，运行你的Python脚本。如果你有一台虚拟机或者另一台电脑，可以把它配置成DHCP客户端，然后看看能不能成功获取到IP地址。

需要注意的是，这只是一个非常简单的DHCP服务器，有很多功能没有实现，例如：

IP地址池的管理：你需要实现一个更完善的IP地址池，避免IP地址冲突。
DHCP Release：客户端释放IP地址时，服务器需要回收该IP地址。
DHCP Renew：客户端续租IP地址时，服务器需要处理。
错误处理：需要处理各种异常情况，例如网络错误、配置错误等等。

但是，通过这个简单的例子，你应该对DHCP的原理有了更深入的了解。如果你想进一步学习，可以参考DHCP的RFC文档，或者研究一些开源的DHCP服务器的源代码。

自己动手搭建DHCP服务器的过程充满了挑战，但也很有趣。希望你能从中获得乐趣，并学到更多的知识。记住，实践是最好的老师！

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