DHCP و Magic Cookie — ساختار پکت و پیاده‌سازی ENC28J60 | قسمت 17 آموزش Embedded Ethernet

آموزش

213 بازدید

۱۴۰۴-۰۷-۱۶

7 دقیقه

نویسنده: مجتبی داشخانه
درباره نویسنده: ---

magic cookie چیست؟

گفتیم که فرمت هدر در پروتکل های BOOTP و DHCP یکسان هست. پس چگونه این دو از هم تشخیص داده میشن؟ سرور DHCP و همینطور نرم افزارهای شنود مثل wireshark) با استفاده از مفهوم magic cookie تشخیص میدن که پیام رسیده از نوع BOOTP هست یا DHCP. بدین صورت که اگر 4 بایت ابتدایی در قسمت Options با اعداد ثابت 99.130.83.99 یا 0x63825363 پر شده باشن؛ بدین معنی است که پیام ارسالی مبتنی بر DHCP است وگرنه داریم از BOOTP استفاده میکنیم. گزینه های مورد نیازمون هم بعد از 4 بایت magic cookie نوشته میشن.

معرفي تعدادي از آپشن هاي پروتكل DHCP

مهم‌ترین مورد در بخش گزینه‌ها؛ گزينه شما 53 با نام “Message Type” يا همان نوع پيام است. اين گزينه فقط يك بايت داده داره در نتيجه 3 بايت اشغال ميكنه و به‌صورت 0x35,0x01,0x– استفاده ميشه كه 0x– نوع پيام رو مشخص ميكنه و شامل موارد زير هست:

0x01 : DHCP Discover
0x02 : DHCP Offer
0x03 : DHCP Request
0x05 : DHCP ACK
0x06 : DHCP NACK

موارد ديگه اي هم برای نوع پیام هست كه اينجا اعلام نشد (RFC 2132). در مرحله Discovery کلاینت این گزینه رو به‌صورت 0x35,0x01,0x01 میفرسته؛ در مرحله دوم سرور 0x035,0x01,0x02 و…

گزینه 50 — Requested IP Address (آدرس IP درخواست‌شده)

گزينه مهم ديگه، گزينه شماره 50 با نام Requested IP Address هست. اين گزينه 4 بايت داده براي IP مورد تقاضا (ترجیحی) هست و در نتيجه 6 بايت رو اشغال ميكنه كه دو بايت ابتدايي اون 0x32,0x04‌ و 4 بايت بعدي آدرس IP مورد تقاضا رو نشون ميده.

سایر گزینه‌های مهم DHCP (TTL، DNS، Lease Time، Option Overload)

از گزینه‌های معروف ديگه ميشه به گزينه 23 جهت مشخص نمودن مقدار پیش‌فرض TTL در يك ارتباط مبتني بر IP ؛ گزينه شماره 6 براي تعيين سرور DNS‌؛ گزينه شماره 51 جهت تعيين زمان اجاره و يا گزينه 52 براي وقتي كه مقدار بایت‌های بخش آپشن، جهت قراردادن گزینه‌های ارسالي كافي نباشه. با اين گزينه، گيرنده متوجه ميشه كه بخش‌های SName و File‌ نيز دربرگيرنده بخشي از گزینه‌ها هستند. برای اطلاعات بیشتر در مورد گزینه‌های پروتکل DHCP به سند RFC 2132 مراجعه کنید.

مرور مراحل برقراری ارتباط DHCP

يه مرور كوچولو بكنيم. ابتدا كلاينت روشن ميشه (و برای سادگی، فرض می‌کنیم كه كابل شبكه هم متصله و همه چی گل و بلبله) كلاينت كه فقط مك آدرس خودش رو میدونه؛ يك پيغام عمومي در لايه دو و سه شبكه (مك آدرس مقصد FF:FF:FF:FF:FF:FF ؛ آی‌پی آدرس مقصد 255.255.255.255؛ آدرس آی‌پی مبدأ 0.0.0.0) با پورت مبدأ 68 و پورت مقصد 67 روي شبكه ميفرسته. بیت B هم ست میشه. در جواب، سرور كه الان مك آدرس كلاينت رو داره؛ يك پيغام خصوصي در لايه دوم (با مك آدرس گيرنده يعني كلاينت) و عمومي در لايه سوم (آی‌پی 255.255.255.255) با پورت مبدأ 67 و مقصد 68 ميفرسته. در مرحله سوم، كلاينت از بين پاسخ‌های دريافتي يكي رو انتخاب ميكنه (در استاندارد، مواردی مثل زمان انتظار براي دريافت پيشنهاد و… ذكر شده) و حالا؛ كه هم مك آدرس و هم آی‌پی آدرس سرور رو داره؛ یک پيغام خصوصي به سرور ميفرسته و در نهايت، در مرحله چهارم، سرور با تأیید اين عمليات به‌صورت خصوصي يا عمومي (باتوجه‌به بيت B در مرحله سوم) كار رو تموم ميكنه.

راه‌اندازی DHCP Server در محیط ویندوز

از اونجاییکه بسیاری از ویندوزها، به‌صورت پیش‌فرض نمیتونن به‌صورت یک DHCP server عمل کنند؛ ما از یک نرم‌افزار جانبی برای ایجاد قابلیت DHCP server بر روی ویندوز استفاده کردیم. این نرم‌افزار به نام DHCPsrv رو از de/cms/download دانلود کنید (ورژن رایگانش 2.5.2.3)؛ سپس باتوجه‌به راهنمایی‌های عنوان شده در فایل Readme.txt این قابلیت رو فعال کنید.

پیاده‌سازی DHCP Client روی میکروکنترلر با ENC28J60

خب بریم سراغ کد؛ ما یه نرم‌افزار دانلود کردیم تا بتونیم ویندوز رو به‌صورت یک DHCP server فعال کنیم. در ابتدای برنامه؛ بعد از پیکربندی تراشه ENC (و احتمالاً در یک حلقه بی‌نهایت) ما باید فرایند دریافت آدرس IP رو باید انجام بدیم تا بعد از دریافت آدرس IP بتوانیم عملکرد عادی برد رو داشته باشیم. کدی که در میکروکنترلر نوشته شده؛ این‌طوری طراحی شده که پس از دریافت یک پیام روی UDP؛ در صورت نیاز، بهش جواب میده. پیام مرحله 3 رو که در جواب پیام مرحله 2 میتونیم بفرستیم. پیام مرحله چهار هم که نیاز به جواب نداره. میمونه پیام مرحله اول که با این روش قابل‌ارسال نیست. پس ما باید یک فریم حامل پیغامی مبتنی بر DHCP/UDP/IP/Ethernt ii ایجاد و توسط تابع ENC28J60_TransmitFrame ارسال کنیم تا DHCP server رو در جریان خواسته خودمون قرار بدیم. طبیعیه که باید یک روتین مناسب برای این عملیات نوشته بشه. اما جهت درک ساده‌تر مفهوم ارسال درخواست DHCP Dicovery؛ این قسمت از کد رو به‌صورت بسیار ساده‌ای پیاده‌سازی کردیم. بدین ترتیب که یک فریم Ethernet ii رو طوری چیدمان کردیم که پروتکل‌های DHCP,UDP و IP رو شامل باشه. این کد به‌صورت زیر در فایل main.c و بعد از راه‌اندازی اولیه ENC توسط تابع ENC28j60_init پیاده‌سازی شده:

شاید برای شما مفید باشد:

دریافت ورودی از سنسورها | قسمت 30 آموزش آردوینو

ENC28J60_Init();

// ایجاد هدر لایه دوم  //

//در این قسمت مک آدرس مقصد رو عمومی اعلام کردیم و مک آدرس خودمون رو هم به‌عنوان مبدأ نوشتیم//

//Destination MAC Address ff:ff:ff:ff:ff:ff

frame.data[0]=0xff;frame.data[1]=0xff;frame.data[2]=0xff;frame.data[3]=0xff;frame.data[4]=0xff;frame.data[5]=0xff;

//Source MAC Address, for example 00:17:22:ed:a5:01

// or copy from enc28j60.c file

frame.data[6]=0x00;frame.data[7]=0x17;frame.data[8]=0x22;frame.data[9]=0xED;

frame.data[10]=0xA5;frame.data[11]=0x01;

//پروتکل مد نظرمون در لایه 3 رو آیپی معرفی کردیم//

frame.data[12]=0x08; frame.data[13]=0x00;  //IP protocol=0x0800

//حالا هدر پروتکل آیپی رو ست کردیم//

// IP Header

frame.data[14]=0x45; //VER=4, HLen=5

frame.data[15]=0x00; //TOS=0x00

frame.data[16]=0x01;  frame.data[17]=0x1A;  // total length of IP packet=UDP+20=282 bytes

frame.data[18]=0x00; frame.data[19]=0x00;  // ID=0x0000

frame.data[20]=0x40; frame.data[21]=0x00;  // Flag=0b010,Offset=0x00;

frame.data[22]=0x40; // TTL=64

frame.data[23]=0x11; // UDP =0x11  پروتکل

//مقدار چک سام آی‌پی رو قرار میدیم؛ پایین کد نوشتیم که چطور حساب کردیم//

// CheckSum for IP packet

frame.data[24]=0x39;

frame.data[25]=0xd4;

//آدرس IP خودمون رو هنوز نداریم و جاش صفر میذاریم، آدرس آی‌پی مقصد رو هم نمیدونیم و عمومی ارسال می‌کنیم//

frame.data[26]=0x00;frame.data[27]=0x00;frame.data[28]=0x00;frame.data[29]=0x00; //SA

frame.data[30]=255;frame.data[31]=255;frame.data[32]=255;frame.data[33]=255;        //DA

//حالا هدر پروتکل UDP رو می‌چینیم//

///// UDP Header

frame.data[34]=0x00; frame.data[35]=0x44; //Source port=68

frame.data[36]=0x00; frame.data[37]=0x43; //Destination port=67

//اینجا مقدار طول سگمنت رو نوشتیم!//

frame.data[38]=0x01; frame.data[39]=0x06;  // UDP data length+8=254+8=262=0x0106

//مقدار چک سام UDP رو هم اینجا می‌نویسم. طریقه محاسبه چک سام در پایین کد گفته شده//

// CheckSum for UDP segment

frame.data[40]=0x48; frame.data[41]=0xD5;

//حالا هدر پروتکل DHCP //         

// DHCP Header

frame.data[42]=0x01; //operation Request=1

frame.data[43]=0x01; //HType ethernet=1

frame.data[44]=0x06; //MAC Address Length=6

frame.data[45]=0x00; //hops=0

//XID = 0xAABBCCDD

frame.data[46]=0xAA;frame.data[47]=0xBB;frame.data[48]=0xCC;frame.data[49]=0xDD;

frame.data[50]=0x00;frame.data[51]=0x00; //SECs=0

frame.data[52]=0x80;frame.data[53]=0x00; //B bit=1

frame.data[54]=0x00;frame.data[55]=0x00;frame.data[56]=0x00;frame.data[57]=0x00;//ciaddr=0

frame.data[58]=0x00;frame.data[59]=0x00;frame.data[60]=0x00;frame.data[61]=0x00;//yiaddr=0

frame.data[62]=0x00;frame.data[63]=0x00;frame.data[64]=0x00;frame.data[65]=0x00;//siaddr=0

frame.data[66]=0x00;frame.data[67]=0x00;frame.data[68]=0x00;frame.data[69]=0x00;//giaddr=0

///MAC Address 16bytes(octet)

frame.data[70]=0x00;frame.data[71]=0x17;frame.data[72]=0x22;frame.data[73]=0xED;//chaddr

frame.data[74]=0xA5;frame.data[75]=0x01;frame.data[76]=0x00;frame.data[77]=0x00;//chaddr

frame.data[78]=0x00;frame.data[79]=0x00;frame.data[80]=0x00;frame.data[81]=0x00;//chaddr

frame.data[82]=0x00;frame.data[83]=0x00;frame.data[84]=0x00;frame.data[85]=0x00;//chaddr

//  192 بایت 0x00 برای بخش های sname,file  //

//192 bytes(sname,file) =0x00

for(int k=0;k<192;k++)

  {frame.data[86+k]=0x00;}

// تنظیم مقدار  magic cookie  //

frame.data[278]=0x63; frame.data[279]=0x82; frame.data[280]=0x53; frame.data[281]=0x63

//تنها گزینه ارسالی؛ گزینه شماره 53 با مقدار 0x01 به معنای پیام دیسکاوری //

frame.data[282]=0x35;frame.data[283]=0x01;frame.data[284]=0x01;

//  پدینگ و بستن انتهای پیام //

for(int k=285;k<295;k++)

{frame.data[k]=0x00;}

frame.data[295]=0xff; // end of option list

//  و در نهایت ارسال پیام //

ENC28J60_TransmitFrame(&frame.data[0],296);

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

ENC28J60_Init();

// ایجاد هدر لایه دوم //

//در این قسمت مک آدرس مقصد رو عمومی اعلام کردیم و مک آدرس خودمون رو هم به‌عنوان مبدأ نوشتیم//

//Destination MAC Address ff:ff:ff:ff:ff:ff

frame.data[0]=0xff;frame.data[1]=0xff;frame.data[2]=0xff;frame.data[3]=0xff;frame.data[4]=0xff;frame.data[5]=0xff;

//Source MAC Address, for example 00:17:22:ed:a5:01

// or copy from enc28j60.c file

frame.data[6]=0x00;frame.data[7]=0x17;frame.data[8]=0x22;frame.data[9]=0xED;

frame.data[10]=0xA5;frame.data[11]=0x01;

//پروتکل مد نظرمون در لایه 3 رو آیپی معرفی کردیم//

frame.data[12]=0x08; frame.data[13]=0x00; //IP protocol=0x0800

//حالا هدر پروتکل آیپی رو ست کردیم//

// IP Header

frame.data[14]=0x45; //VER=4, HLen=5

frame.data[15]=0x00; //TOS=0x00

frame.data[16]=0x01; frame.data[17]=0x1A; // total length of IP packet=UDP+20=282 bytes

frame.data[18]=0x00; frame.data[19]=0x00; // ID=0x0000

frame.data[20]=0x40; frame.data[21]=0x00; // Flag=0b010,Offset=0x00;

frame.data[22]=0x40; // TTL=64

frame.data[23]=0x11; // UDP =0x11 پروتکل

//مقدار چک سام آی‌پی رو قرار میدیم؛ پایین کد نوشتیم که چطور حساب کردیم//

// CheckSum for IP packet

frame.data[24]=0x39;

frame.data[25]=0xd4;

//آدرس IP خودمون رو هنوز نداریم و جاش صفر میذاریم، آدرس آی‌پی مقصد رو هم نمیدونیم و عمومی ارسال می‌کنیم//

frame.data[26]=0x00;frame.data[27]=0x00;frame.data[28]=0x00;frame.data[29]=0x00; //SA

frame.data[30]=255;frame.data[31]=255;frame.data[32]=255;frame.data[33]=255; //DA

//حالا هدر پروتکل UDP رو می‌چینیم//

///// UDP Header

frame.data[34]=0x00; frame.data[35]=0x44; //Source port=68

frame.data[36]=0x00; frame.data[37]=0x43; //Destination port=67

//اینجا مقدار طول سگمنت رو نوشتیم!//

frame.data[38]=0x01; frame.data[39]=0x06; // UDP data length+8=254+8=262=0x0106

//مقدار چک سام UDP رو هم اینجا می‌نویسم. طریقه محاسبه چک سام در پایین کد گفته شده//

// CheckSum for UDP segment

frame.data[40]=0x48; frame.data[41]=0xD5;

//حالا هدر پروتکل DHCP //

// DHCP Header

frame.data[42]=0x01; //operation Request=1

frame.data[43]=0x01; //HType ethernet=1

frame.data[44]=0x06; //MAC Address Length=6

frame.data[45]=0x00; //hops=0

//XID = 0xAABBCCDD

frame.data[46]=0xAA;frame.data[47]=0xBB;frame.data[48]=0xCC;frame.data[49]=0xDD;

frame.data[50]=0x00;frame.data[51]=0x00; //SECs=0

frame.data[52]=0x80;frame.data[53]=0x00; //B bit=1

frame.data[54]=0x00;frame.data[55]=0x00;frame.data[56]=0x00;frame.data[57]=0x00;//ciaddr=0

frame.data[58]=0x00;frame.data[59]=0x00;frame.data[60]=0x00;frame.data[61]=0x00;//yiaddr=0

frame.data[62]=0x00;frame.data[63]=0x00;frame.data[64]=0x00;frame.data[65]=0x00;//siaddr=0

frame.data[66]=0x00;frame.data[67]=0x00;frame.data[68]=0x00;frame.data[69]=0x00;//giaddr=0

///MAC Address 16bytes(octet)

frame.data[70]=0x00;frame.data[71]=0x17;frame.data[72]=0x22;frame.data[73]=0xED;//chaddr

frame.data[74]=0xA5;frame.data[75]=0x01;frame.data[76]=0x00;frame.data[77]=0x00;//chaddr

frame.data[78]=0x00;frame.data[79]=0x00;frame.data[80]=0x00;frame.data[81]=0x00;//chaddr

frame.data[82]=0x00;frame.data[83]=0x00;frame.data[84]=0x00;frame.data[85]=0x00;//chaddr

// 192 بایت 0x00 برای بخش های sname,file //

//192 bytes(sname,file) =0x00

for(int k=0;k<192;k++)

{frame.data[86+k]=0x00;}

// تنظیم مقدار magic cookie //

frame.data[278]=0x63; frame.data[279]=0x82; frame.data[280]=0x53; frame.data[281]=0x63

//تنها گزینه ارسالی؛ گزینه شماره 53 با مقدار 0x01 به معنای پیام دیسکاوری //

frame.data[282]=0x35;frame.data[283]=0x01;frame.data[284]=0x01;

// پدینگ و بستن انتهای پیام //

for(int k=285;k<295;k++)

{frame.data[k]=0x00;}

frame.data[295]=0xff; // end of option list

// و در نهایت ارسال پیام //

ENC28J60_TransmitFrame(&frame.data[0],296);

شاید برای شما مفید باشد:

آموزش راه‌اندازی SPI در میکروکنترلر WCH و IC حافظه W25Q - قسمت 13 آموزش CH32

آپشن 0xFF به معنای انتهای گزینه‌ها رو می‌توان درست بعد از آخرین پیام قرار داد و نه انتهای بخش گزینه‌ها؛ همچنین در بین پیام‌ها یا در انتهای بخش گزینه‌ها، می‌توان برای قراردادن گزینه‌ها در مرزهای مضرب چهار، از پدینگ یعنی گزینه 0x00 استفاده کرد.
برای محاسبه چک سام در پروتکل‌های IP, UDP قاعدتاً باید تابع مناسبی بنویسیم. اما اینجا اونها رو مستقیم نوشتیم. برای محاسبه چک سام هم از یک حقه ساده استفاده کردیم. در نرم‌افزار wireshark محاسبه و بررسی مقدار چک سام رو فعال کردیم (Edit/Preferences/Advance). یک‌بار پیام رو ارسال کردیم تا ببینیم مقدار درست چک سام، چی باید باشه. مقدار مناسب رو در کد قرار دادیم و دوباره کامپایل و پروگرام کردیم! یادآوری کنیم؛ ممکنه بعضی از پیاده‌سازی‌های این دو پروتکل؛ درستی چک سام رو بررسی نکنند. اما نرم‌افزاری که به‌عنوان DHCP Server دانلود کردیم، بررسی میکنه!
یادمون هم نره که مقدار آی‌پی رو در فایل c به آدرس عمومی تنظیم کنیم:

uint8_t   ipAddr[IP_ADDRESS_BYTES_NUM] = {255, 255, 255, 255};

1	uint8_t ipAddr[IP_ADDRESS_BYTES_NUM] = {255, 255, 255, 255};

برای پیغام مرحله سوم (Request) در پاسخ Offer هم از کدی که تا الان داشتیم؛ استفاده کردیم. چون آی‌پی برد ما در حال حاضر 255.255.255.255 هست؛ پس کدی که الان در اختیار داریم؛ پکت های عمومی آیپی رو دریافت میکنه و چون پیغام روی UDP ارسال میشه، کافیه در تابع UDP_Process تغییرات لازم رو اعمال کنیم. اولین قدم اینه که بررسی کنیم آیا روی پورت 68 چیزی اومده یا نه؟

else if(destPort == UDP_DHCP_PORT)           //DHCP client=68

1	else if(destPort == UDP_DHCP_PORT) //DHCP client=68

گام بعدی اینه که ببینیم آیا پیغام فعلی پیغام Offer یا ACK هست. برای این کار در ابتدای بخش گزینه‌ها، اول باید مجیک کوکی رو پیدا کنیم و بعد اگر مقدار موجود در گزینه 53، عدد 2 بود (یعنی پیغام Offer) باید پاسخ پیام که همون پیغام Request هست رو بفرستیم. مقدار آی‌پی واقعی رو هم از بخش yiaddr به دست میاریم و به‌عنوان آدرس IP خودمون ذخیره می‌کنیم. البته بهتر بود بعد از دریافت Ack انجام بشه.

ipAddr[0]=udpFrame->data[16];  ipAddr[1]=udpFrame->data[17];

ipAddr[2]=udpFrame->data[18];  ipAddr[3]=udpFrame->data[19];

ipAddr[0]=udpFrame->data[16]; ipAddr[1]=udpFrame->data[17];

ipAddr[2]=udpFrame->data[18]; ipAddr[3]=udpFrame->data[19];

پیغام ACK نیاز به جواب نداره.
در پاسخ به پیغام Offer میتونید بیت B رو ریست کنید تا پیغام ACK به‌صورت خصوصی برای شما ارسال بشه.

برای تست؛ آدرس IP کامپیوتر رو 192.168.30.1 قرار دادیم و محدوده مجاز برای پیشنهاد آدرس رو هم 192.168.30.2 تا 192.168.30.255 ست کردیم. بریم ببینیم wireshark این پیغام ها رو چطور ثبت کرده:

پیغام Discover فرستاده شده توسط کلاینت (میکروکنترلر):