android入门-----dhcp服务（上）

Posted 2021-04-27 超人博客屋

一、了解一下dhcp协议

以下是dhcp的报文结构并附上一个discoverry请求包对应着理解。

DHCP协议流程

以下是dhcp客户端请求流程及对应的抓包截图

二、dhcpcd的启动

        DHCP服务器与dhcpcd的交互协议之前已经简单说过了，这里主要介绍android系统中dhcp的使用，dhcpcd作为DHCP服务器的客户端又作为android系统的服务端存在于android系统，其源码位于external/dhcpcd下，根据android.mk可以看出，编译生成的一个dhcpcd执行文件，放在/system/bin下。下面我们来看看它又是如何与属性服务关联的。
        android属性服务是由init创建的，大家对windows的注册表这个东东有了解的话，就容易理解android的属性服务，一般，系统或应用程序会把自己的一些属性存储在注册表中，即使系统重启或应用重启，它能根据之前在注册表中设置的属性，进行相应的初始化。android提供这个功能就叫做属性服务（property service）。应用程序可通过这个属性机制查询或设置属性，也可以启动或停止一些服务。属性服务会在另一篇讲android启动的时候详细说明，这里只简单的介绍一下。属性服务由init创建，其本身是创建共享内存用于IPC共享，属性服务中的属性及服务来自default.prop,/system/build.prop,/system/default.prop,/data/local.prop和***.rc，属性服务对外是通过socket通信，客户端设置或操作属性服务中的属性或服务，也是通过soket来完成的。

        现在回归到dhcpcd的启动，首先dhcpcd是要注册到属性服务中，android系统通过属性服务控制dhcpcd的启动。注册属性服务就要看***.rc文件 例如

service dhcpcd_eth0 /system/bin/dhcpcd -ABKLG

    class main

    disabled

    oneshot
系统（libnetutils）通过property_set(ctrl_prop, DAEMON_NAME);//向名字为dhcpcd的属性service,发送"ctrl.start"启动命令字 来启动dhcpcd，用"ctl.stop"停止命令停止dhcpcd。dhcpcd获得的资源会通过脚本设置到属性中。

三、dhcpcd的配置

        dhcpcd的配置，一般是启动的时候跟上参数或配置文件完成的，譬如/system/bin/dhcpcd -ABKL -f dhcpcd.conf或/system/bin/dhcpcd -n等等，参数的定义晚上都能查到，这里就简单的过一下
dhcpcd [-bdeknpqABDEGKLTV] [-c, --script script] [-f, --config file]
            [-h, --hostname hostname] [-i, --vendorclassid vendorclassid]
            [-l, --leasetime seconds] [-m, --metric metric]
            [-o, --option option] [-r, --request address]
            [-s, --inform address[/cidr]] [-t, --timeout seconds]
            [-u, --userclass class] [-v, --vendor code, value]
            [-y, --reboot seconds] [-z, --allowinterfaces pattern]
            [-C, --nohook hook] [-F, --fqdn FQDN] [-I, --clientid clientid]
            [-O, --nooption option] [-Q, --require option]
            [-S, --static value] [-X, --blacklist address[/cidr]]
            [-Z, --denyinterfaces pattern] [interface] [...]
     dhcpcd -k, --release [interface]

     dhcpcd -x, --exit [interface]

四、dhcpcd在android中数据传递流程

1、封装到netcfg中，可以使用netcfg+参数（netcfg dhcp eth0，netcfg up eth0等）使用。

        从system\core\netcfg下的android.mk可以看出编译生成netcfg命令，而netcfg的功能都在netcfg.c中有一个结构体数组来定义如
struct 
{
    const char *name;
    int nargs;
    void *func;
} CMDS[] = {
    { "dhcp",   1, do_dhcp },
    { "up",     1, ifc_up },
    { "down",   1, ifc_down },
    { "deldefault", 1, ifc_remove_default_route },
    { "hwaddr", 2, set_hwaddr },
    { 0, 0, 0 },

};

这里调用netcfg dhcp就会相应的调用到do_dhcp(1为参数是一个譬如eth0)->dhcp_init_ifc->open_raw_socket，拿到socket的fd调用poll等待激活或超时后填充msg（init_dhcp_discover_msg或init_dhcp_request_msg）->send_message->send_packet->sendmsg(s, &msghdr, 0)发送给DHCP服务器，而在这个循环里也接收receive_packet和解析decode_dhcp_msg，处理dhcp的回复包信息（ack，nak，offer等）。这里要指出流程dhcp_init_ifc这里就已经在libnetutils这个库中处理了，所以dhcp的所有处理包括android调用的都是在此库中完成的。
int dhcp_init_ifc(const char *ifname)
{
    省略部分代码
    s = open_raw_socket(ifname, hwaddr, if_index);
    for (;;) {
        r = poll(&pfd, 1, timeout);
        if (r == 0) {
            if (timeout >= TIMEOUT_MAX) {
                printerr("timed out\n");
                if ( info.type == DHCPOFFER ) {
                    printerr("no acknowledgement from DHCP server\nconfiguring %s with offered parameters\n", ifname);
                    return dhcp_configure(ifname, &info);
                }
                errno = ETIME;
                close(s);
                return -1;
            }
            timeout = timeout * 2;
        transmit:
            size = 0;
            msg = NULL;
            switch(state) {
            case STATE_SELECTING:
                msg = &discover_msg;
                size = init_dhcp_discover_msg(msg, hwaddr, xid);
                break;
            case STATE_REQUESTING:
                msg = &request_msg;
                size = init_dhcp_request_msg(msg, hwaddr, xid, info.ipaddr, info.serveraddr);
                break;
            default:
                r = 0;
            }
            if (size != 0) {
                r = send_message(s, if_index, msg, size);
                if (r < 0) {
                    printerr("error sending dhcp msg: %s\n", strerror(errno));
                }
            }
            continue;
        }
        if (r < 0) {
            if ((errno == EAGAIN) || (errno == EINTR)) {
                continue;
            }
            return fatal("poll failed");
        }
        errno = 0;
        r = receive_packet(s, &reply);
        if (r < 0) {
            if (errno != 0) {
                ALOGD("receive_packet failed (%d): %s", r, strerror(errno));
                if (errno == ENETDOWN || errno == ENXIO) {
                    return -1;
                }
            }
            continue;
        }
        decode_dhcp_msg(&reply, r, &info);
        if (state == STATE_SELECTING) {
            valid_reply = is_valid_reply(&discover_msg, &reply, r);
        } else {
            valid_reply = is_valid_reply(&request_msg, &reply, r);
        }
        switch(state) {
        case STATE_SELECTING:
            if (info.type == DHCPOFFER) {
                state = STATE_REQUESTING;
                timeout = TIMEOUT_INITIAL;
                xid++;
                goto transmit;
            }
            break;
        case STATE_REQUESTING:
            if (info.type == DHCPACK) {
                printerr("configuring %s\n", ifname);
                close(s);
                return dhcp_configure(ifname, &info);
            } else if (info.type == DHCPNAK) {
                printerr("configuration request denied\n");
                close(s);
                return -1;
            } else {
                printerr("ignoring %s message in state %d\n",
                         dhcp_type_to_name(info.type), state);
            }
            break;
        }
    }
    close(s);
    return 0;
}

2、封装为libnetutils库中，提供给jni（android_net_netutils）调用。

        android中提供给java层的网络调用接口主要就是NetworkUtils类，其中封装了android_net_netutils的native方法，而jni的方法又是调用libnetutils提供的方法，而libnetutils才是android主要维护dhcp服务的交互。举一个启动dhcpcd的例子来说明一下

   NetworkUtils.runDhcp(mIface, dhcpResults)直接调用JNI的native函数android_net_utils_runDhcp->android_net_utils_runDhcpCommon->::dhcp_do_request(nameStr, ipaddr, gateway, &prefixLength,dns, server, &lease, vendorInfo, domains, mtu)这里获取到ip信息利用jmethodID回调java层函数设置这些信息到java层的类中。

int dhcp_do_request(const char *interface,char *ipaddr,char *gateway,uint32_t *prefixLength,char *dns[],char *server,uint32_t *lease,char *vendorInfo,char *domain,char *mtu)

{

   忽略一些代码

    const char *ctrl_prop = "ctl.start";

    const char *desired_status = "running";

    snprintf(result_prop_name, sizeof(result_prop_name), "%s.%s.result",

            DHCP_PROP_NAME_PREFIX,

            p2p_interface); 

            DHCP_PROP_NAME_PREFIX,

            p2p_interface);  拼接字符串result_prop_name=‘dhcp.eth0.result’

    snprintf(daemon_prop_name, sizeof(daemon_prop_name), "%s_%s",

            DAEMON_PROP_NAME,

            p2p_interface);  拼接字符串daemon_prop_name=‘init.svc.dhcpcd_eth0’

    property_set(result_prop_name, "");

    if (property_get(HOSTNAME_PROP_NAME, prop_value, NULL) && (prop_value[0] != '\0'))

        snprintf(daemon_cmd, sizeof(daemon_cmd), "%s_%s:-f %s -h %s %s", DAEMON_NAME,

                 p2p_interface, DHCP_CONFIG_PATH, prop_value, interface);

    else

        snprintf(daemon_cmd, sizeof(daemon_cmd), "%s_%s:-f %s %s", DAEMON_NAME,

                 p2p_interface, DHCP_CONFIG_PATH, interface);

拼接字符串daemon_cmd=‘dhcpcd_eth0:-f /system/etc/dhcpcd/dhcpcd.conf eth0’

    memset(prop_value, '\0', PROPERTY_VALUE_MAX);

    property_set(ctrl_prop, daemon_cmd);

    if (wait_for_property(daemon_prop_name, desired_status, 10) < 0) {

        snprintf(errmsg, sizeof(errmsg), "%s", "Timed out waiting for dhcpcd to start");

        return -1;

    }

    if (wait_for_property(result_prop_name, NULL, 60) < 0) {

        snprintf(errmsg, sizeof(errmsg), "%s", "Timed out waiting for DHCP to finish");

        return -1;

    }

    if (!property_get(result_prop_name, prop_value, NULL)) {

        /* shouldn't ever happen, given the success of wait_for_property() */

        snprintf(errmsg, sizeof(errmsg), "%s", "DHCP result property was not set");

        return -1;

    }

    if (strcmp(prop_value, "ok") == 0) {

        char dns_prop_name[PROPERTY_KEY_MAX];

        if (fill_ip_info(interface, ipaddr, gateway, prefixLength, dns,

                server, lease, vendorInfo, domain, mtu) == -1) {

            return -1;

        }

        return 0;

    } else {

        snprintf(errmsg, sizeof(errmsg), "DHCP result was %s", prop_value);

        return -1;

    }

}

这里说明上述几个拼接字符串的作用，daemon_prop_name是用来同步获取dhcpcd当前启动状态的，result_prop_name是通知dhcpcd获取到非NULL结果的属性，启动dhcpcd则使用了启动属性服务的流程property_set(ctrl_prop, daemon_cmd);以后的章节中会详细介绍属性服务的内容，这里只需知道启动属性服务只需传ctl.start+属性服务名称：参数即可（这里为ctl.start+dhcpcd_eth0:-f /system/etc/dhcpcd/dhcpcd.conf eth0）,而停止一个属性服务为ctl.stop+属性服务名称，重启一个属性服务ctl.restart+属性服务名称。

        启动dhcpcd属性服务后，就会调用dhcpcd的main函数，从而进入dhcpcd的工作流程。read_config(从配置文件中设置option)->parse_config_line->parse_option->add_options(从传入的参数中设置option)->之后创建了几个event（signal、socket、link_socket、ipv6rs_socket），添加到start_eloop中poll阻塞轮询->init_state->configure_interface->run_script(iface)以reason = "PREINIT"执行脚本->handle_carrier->handle_interface(1, ifname)->start_interface->start_discover->send_discover->send_message((struct interface *)arg, DHCP_DISCOVER, send_discover)->open_sockets中创建了另一个处理dhcp的event(handle_dhcp_packet->bind_interface它是更新reason状态的)->send_raw_packet->sendto发送DHCP_DISCOVER给DHCP服务器。而其中穿插着以reason值执行脚本，从而更新系统dhcp属性，脚本如下

if [[ $interface == p2p* ]]
    then
    intf=p2p
    else
    intf=$interface
fi
setprop dhcp.${intf}.reason "${reason}"
case "${reason}" in
BOUND|INFORM|REBIND|REBOOT|RENEW|TIMEOUT)
    setprop dhcp.${intf}.ipaddress  "${new_ip_address}"
    setprop dhcp.${intf}.gateway    "${new_routers%% *}"
    setprop dhcp.${intf}.mask       "${new_subnet_mask}"
    setprop dhcp.${intf}.leasetime  "${new_dhcp_lease_time}"
    setprop dhcp.${intf}.server     "${new_dhcp_server_identifier}"
    setprop dhcp.${intf}.vendorInfo "${new_vendor_encapsulated_options}"
    setprop dhcp.${intf}.mtu        "${new_interface_mtu}"
    setprop dhcp.${intf}.result "ok"
    ;;
EXPIRE|FAIL|IPV4LL|STOP|NOCARRIER)
    setprop dhcp.${intf}.result "failed"
    ;;
RELEASE)
    setprop dhcp.${intf}.result "released"
    ;;
esac

dhcpcd各个状态的跳转，这里就不赘述了，因为这篇是介绍android的调用，并不是一片介绍dhcpcd流程的文章，如果以后有机会，也会有专门一篇介绍dhcpcd流程的，根据reason，大概有这几种状态STATIC，IPV4LL，INFORM，TIMEOUT，TEST，RENEW，REBIND，REBOOT，BOUND。

        如有那里不对欢迎留言指点，共同探讨，谢谢。