takana/crates/netup/src/dhcp.rs

//! Cliente DHCPv4 mínimo y SÍNCRONO: DISCOVER → OFFER → REQUEST → ACK sobre un UDP socket bindeado a
//! la interfaz (SO_BINDTODEVICE) con broadcast. El servidor responde en broadcast (ponemos el flag
//! BROADCAST), así no hace falta un raw/AF_PACKET socket para recibir sin IP todavía.

use std::io;
use std::net::{Ipv4Addr, SocketAddrV4, UdpSocket};
use std::os::unix::io::AsRawFd;

const OP_REQUEST: u8 = 1;
const HTYPE_ETHER: u8 = 1;
const HLEN_ETHER: u8 = 6;
const MAGIC: [u8; 4] = [99, 130, 83, 99]; // 0x63825363
const FLAG_BROADCAST: u16 = 0x8000;

// Opciones DHCP.
const OPT_SUBNET: u8 = 1;
const OPT_ROUTER: u8 = 3;
const OPT_DNS: u8 = 6;
const OPT_REQ_IP: u8 = 50;
const OPT_LEASE: u8 = 51;
const OPT_MSG_TYPE: u8 = 53;
const OPT_SERVER_ID: u8 = 54;
const OPT_PARAM_LIST: u8 = 55;
const OPT_END: u8 = 255;

// Tipos de mensaje (opción 53).
const DHCPDISCOVER: u8 = 1;
const DHCPOFFER: u8 = 2;
const DHCPREQUEST: u8 = 3;
const DHCPACK: u8 = 5;

/// El resultado de la negociación: lo que aplicaremos por netlink + resolv.conf.
pub struct Lease {
    pub ip: [u8; 4],
    pub prefix: u8,
    pub router: Option<[u8; 4]>,
    pub dns: Vec<[u8; 4]>,
    pub lease_secs: u32,
    pub server: [u8; 4],
}

/// xid (transaction id) desde /dev/urandom: el servidor lo refleja, lo usamos para casar la respuesta.
fn random_xid() -> io::Result<u32> {
    let mut b = [0u8; 4];
    let mut f = std::fs::File::open("/dev/urandom")?;
    io::Read::read_exact(&mut f, &mut b)?;
    Ok(u32::from_ne_bytes(b))
}

/// Construye un paquete DHCP (cabecera BOOTP de 236 B + magic cookie + opciones).
fn build(msg_type: u8, xid: u32, mac: [u8; 6], extra: &[(u8, Vec<u8>)]) -> Vec<u8> {
    let mut p = vec![0u8; 236];
    p[0] = OP_REQUEST;
    p[1] = HTYPE_ETHER;
    p[2] = HLEN_ETHER;
    // hops=0, secs=0, ciaddr/yiaddr/siaddr/giaddr=0 (ya en cero)
    p[4..8].copy_from_slice(&xid.to_be_bytes());
    p[10..12].copy_from_slice(&FLAG_BROADCAST.to_be_bytes());
    p[28..34].copy_from_slice(&mac); // chaddr
    p.extend_from_slice(&MAGIC);
    // opción 53 (tipo de mensaje) primero.
    p.extend_from_slice(&[OPT_MSG_TYPE, 1, msg_type]);
    for (code, data) in extra {
        p.push(*code);
        p.push(data.len() as u8);
        p.extend_from_slice(data);
    }
    // opción 55: lista de parámetros que pedimos.
    p.extend_from_slice(&[OPT_PARAM_LIST, 4, OPT_SUBNET, OPT_ROUTER, OPT_DNS, OPT_LEASE]);
    p.push(OPT_END);
    p
}

/// Recorre las opciones TLV tras la cabecera+cookie. Devuelve (msg_type, opciones por código).
fn parse_options(pkt: &[u8]) -> Option<(u8, std::collections::HashMap<u8, Vec<u8>>)> {
    if pkt.len() < 240 || pkt[236..240] != MAGIC {
        return None;
    }
    let mut opts = std::collections::HashMap::new();
    let mut i = 240;
    while i < pkt.len() {
        let code = pkt[i];
        if code == OPT_END {
            break;
        }
        if code == 0 {
            i += 1; // pad
            continue;
        }
        if i + 1 >= pkt.len() {
            break;
        }
        let len = pkt[i + 1] as usize;
        if i + 2 + len > pkt.len() {
            break;
        }
        opts.insert(code, pkt[i + 2..i + 2 + len].to_vec());
        i += 2 + len;
    }
    let mt = opts.get(&OPT_MSG_TYPE).and_then(|v| v.first().copied())?;
    Some((mt, opts))
}

fn ipv4(v: &[u8]) -> Option<[u8; 4]> {
    if v.len() >= 4 {
        Some([v[0], v[1], v[2], v[3]])
    } else {
        None
    }
}

fn prefix_from_mask(mask: [u8; 4]) -> u8 {
    mask.iter().map(|b| b.count_ones() as u8).sum()
}

/// Negocia un lease en `ifname`. `mac` es la MAC de la interfaz (para chaddr).
pub fn run(ifname: &str, mac: [u8; 6]) -> io::Result<Lease> {
    let sock = UdpSocket::bind((Ipv4Addr::UNSPECIFIED, 68))?;
    sock.set_broadcast(true)?;
    sock.set_read_timeout(Some(std::time::Duration::from_secs(5)))?;
    // SO_BINDTODEVICE: amarra el socket a la interfaz (sin IP todavía no hay ruta que elija salida).
    let cname = std::ffi::CString::new(ifname).unwrap();
    let r = unsafe {
        libc::setsockopt(
            sock.as_raw_fd(),
            libc::SOL_SOCKET,
            libc::SO_BINDTODEVICE,
            cname.as_ptr() as *const libc::c_void,
            (ifname.len() + 1) as libc::socklen_t,
        )
    };
    if r < 0 {
        return Err(io::Error::last_os_error());
    }
    let bcast = SocketAddrV4::new(Ipv4Addr::BROADCAST, 67);
    let xid = random_xid()?;

    // DISCOVER → OFFER (reintentos: las VMs/servidores pueden tardar en contestar el primer paquete).
    let discover = build(DHCPDISCOVER, xid, mac, &[]);
    let mut buf = [0u8; 2048];
    let offer = recv_matching(&sock, &discover, &bcast, xid, DHCPOFFER, &mut buf, 4)?;
    // yiaddr (la IP ofrecida) vive en la cabecera BOOTP; recv_matching lo dejó en LAST_YIADDR.
    let yi = LAST_YIADDR.with(|c| *c.borrow());
    let server = offer
        .get(&OPT_SERVER_ID)
        .and_then(|v| ipv4(v))
        .ok_or_else(|| io::Error::new(io::ErrorKind::InvalidData, "OFFER sin server-id"))?;

    // REQUEST (pidiendo el yiaddr ofrecido y citando el server-id) → ACK.
    let request = build(
        DHCPREQUEST,
        xid,
        mac,
        &[(OPT_REQ_IP, yi.to_vec()), (OPT_SERVER_ID, server.to_vec())],
    );
    let ack = recv_matching(&sock, &request, &bcast, xid, DHCPACK, &mut buf, 4)?;
    let ack_ip = LAST_YIADDR.with(|c| *c.borrow());

    let prefix = ack
        .get(&OPT_SUBNET)
        .and_then(|v| ipv4(v))
        .map(prefix_from_mask)
        .unwrap_or(24);
    let router = ack.get(&OPT_ROUTER).and_then(|v| ipv4(v));
    let dns = ack
        .get(&OPT_DNS)
        .map(|v| v.chunks_exact(4).map(|c| [c[0], c[1], c[2], c[3]]).collect())
        .unwrap_or_default();
    let lease_secs = ack
        .get(&OPT_LEASE)
        .and_then(|v| if v.len() >= 4 { Some(u32::from_be_bytes([v[0], v[1], v[2], v[3]])) } else { None })
        .unwrap_or(0);

    Ok(Lease { ip: ack_ip, prefix, router, dns, lease_secs, server })
}

// yiaddr (la IP ofrecida) vive en la cabecera BOOTP, no en las opciones; lo guardamos al parsear cada
// paquete para que `run` lo recupere sin reestructurar el flujo.
thread_local! {
    static LAST_YIADDR: std::cell::RefCell<[u8; 4]> = const { std::cell::RefCell::new([0; 4]) };
}

/// Manda `out` y espera un paquete con el xid y el tipo esperados, reintentando `tries` veces.
fn recv_matching(
    sock: &UdpSocket,
    out: &[u8],
    dst: &SocketAddrV4,
    xid: u32,
    want_type: u8,
    buf: &mut [u8],
    tries: u32,
) -> io::Result<std::collections::HashMap<u8, Vec<u8>>> {
    for _ in 0..tries {
        sock.send_to(out, dst)?;
        loop {
            match sock.recv_from(buf) {
                Ok((n, _)) => {
                    let pkt = &buf[..n];
                    if n < 240 || u32::from_be_bytes([pkt[4], pkt[5], pkt[6], pkt[7]]) != xid {
                        continue; // no es nuestra transacción
                    }
                    if let Some((mt, opts)) = parse_options(pkt) {
                        if mt == want_type {
                            LAST_YIADDR.with(|c| c.borrow_mut().copy_from_slice(&pkt[16..20])); // yiaddr
                            return Ok(opts);
                        }
                    }
                }
                Err(e) if e.kind() == io::ErrorKind::WouldBlock || e.kind() == io::ErrorKind::TimedOut => {
                    break // timeout → reintentar el send
                }
                Err(e) => return Err(e),
            }
        }
    }
    Err(io::Error::new(io::ErrorKind::TimedOut, format!("sin respuesta DHCP (tipo {want_type})")))
}