CCF CSP 202104-3 DHCP服务器
作者:互联网
试题背景
动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP)是一种自动为网络客户端分配 IP 地址的网络协议。当支持该协议的计算机刚刚接入网络时,它可以启动一个 DHCP 客户端程序。后者可以通过一定的网络报文交互,从 DHCP 服务器上获得 IP 地址等网络配置参数,从而能够在用户不干预的情况下,自动完成对计算机的网络设置,方便用户连接网络。DHCP 协议的工作过程如下:
当 DHCP 协议启动的时候,DHCP 客户端向网络中广播发送 Discover 报文,请求 IP 地址配置;
当 DHCP 服务器收到 Discover 报文时,DHCP 服务器根据报文中的参数选择一个尚未分配的 IP 地址,分配给该客户端。DHCP 服务器用 Offer 报文将这个信息传达给客户端;
客户端收集收到的 Offer 报文。由于网络中可能存在多于一个 DHCP 服务器,因此客户端可能收集到多个 Offer 报文。客户端从这些报文中选择一个,并向网络中广播 Request 报文,表示选择这个 DHCP 服务器发送的配置;
DHCP 服务器收到 Request 报文后,首先判断该客户端是否选择本服务器分配的地址:如果不是,则在本服务器上解除对那个 IP 地址的占用;否则则再次确认分配的地址有效,并向客户端发送 Ack 报文,表示确认配置有效,Ack 报文中包括配置的有效时间。如果 DHCP 发现分配的地址无效,则返回 Nak 报文;
客户端收到 Ack 报文后,确认服务器分配的地址有效,即确认服务器分配的地址未被其它客户端占用,则完成网络配置,同时记录配置的有效时间,出于简化的目的,我们不考虑被占用的情况。若客户端收到 Nak 报文,则从步骤 1 重新开始;
客户端在到达配置的有效时间前,再次向 DHCP 服务器发送 Request 报文,表示希望延长 IP 地址的有效期。DHCP 服务器按照步骤 4 确定是否延长,客户端按照步骤 5 处理后续的配置;
在本题目中,你需要理解 DHCP 协议的工作过程,并按照题目的要求实现一个简单的 DHCP 服务器。
问题描述
报文格式
为了便于实现,我们简化地规定 DHCP 数据报文的格式如下:
<发送主机> <接收主机> <报文类型> <IP 地址> <过期时刻>
DHCP 数据报文的各个部分由空格分隔,其各个部分的定义如下:
发送主机:是发送报文的主机名,主机名是由小写字母、数字组成的字符串,唯一地表示了一个主机;
接收主机:当有特定的接收主机时,是接收报文的主机名;当没有特定的接收主机时,为一个星号(*);
报文类型:是三个大写字母,取值如下:
DIS:表示 Discover 报文;
OFR:表示 Offer 报文;
REQ:表示 Request 报文;
ACK:表示 Ack 报文;
NAK:表示 Nak 报文;
IP 地址,是一个非负整数:
对于 Discover 报文,该部分在发送的时候为 0,在接收的时候忽略;
对于其它报文,为正整数,表示一个 IP 地址;
过期时刻,是一个非负整数:
对于 Offer、Ack 报文,是一个正整数,表示服务器授予客户端的 IP 地址的过期时刻;
对于 Discover、Request 报文,若为正整数,表示客户端期望服务器授予的过期时刻;
对于其它报文,该部分在发送的时候为 0,在接收的时候忽略。
例如下列都是合法的 DHCP 数据报文:
a * DIS 0 0
d a ACK 50 1000
服务器配置
为了 DHCP 服务器能够正确分配 IP 地址,DHCP 需要接受如下配置:
地址池大小 N:表示能够分配给客户端的 IP 地址的数目,且能分配的 IP 地址是 1,2,…,N;
默认过期时间 Tdef:表示分配给客户端的 IP 地址的默认的过期时间长度;
过期时间的上限和下限 Tmax、Tmin:表示分配给客户端的 IP 地址的最长过期时间长度和最短过期时间长度,客户端不能请求比这个更长或更短的过期时间;
本机名称 H:表示运行 DHCP 服务器的主机名。
分配策略
当客户端请求 IP 地址时,首先检查此前是否给该客户端分配过 IP 地址,且该 IP 地址在此后没有被分配给其它客户端。如果是这样的情况,则直接将 IP 地址分配给它,否则,
总是分配给它最小的尚未占用过的那个 IP 地址。如果这样的地址不存在,则分配给它最小的此时未被占用的那个 IP 地址。如果这样的地址也不存在,说明地址池已经分配完毕,因此拒绝分配地址。
实现细节
在 DHCP 启动时,首先初始化 IP 地址池,将所有地址设置状态为未分配,占用者为空,并清零过期时刻。
其中地址的状态有未分配、待分配、占用、过期四种。
处于未分配状态的 IP 地址没有占用者,而其余三种状态的 IP 地址均有一名占用者。
处于待分配和占用状态的 IP 地址拥有一个大于零的过期时刻。在到达该过期时刻时,若该地址的状态是待分配,则该地址的状态会自动变为未分配,且占用者清空,过期时刻清零;否则该地址的状态会由占用自动变为过期,且过期时刻清零。处于未分配和过期状态的 IP 地址过期时刻为零,即没有过期时刻。对于收到的报文,设其收到的时刻为 t。处理细节如下:
判断接收主机是否为本机,或者为 *,若不是,则判断类型是否为 Request,若不是,则不处理;
若类型不是 Discover、Request 之一,则不处理;
若接收主机为 *,但类型不是 Discover,或接收主机是本机,但类型是 Discover,则不处理。
对于 Discover 报文,按照下述方法处理:
检查是否有占用者为发送主机的 IP 地址:
若有,则选取该 IP 地址;
若没有,则选取最小的状态为未分配的 IP 地址;
若没有,则选取最小的状态为过期的 IP 地址;
若没有,则不处理该报文,处理结束;
将该 IP 地址状态设置为待分配,占用者设置为发送主机;
若报文中过期时刻为 0 ,则设置过期时刻为 t+Tdef;否则根据报文中的过期时刻和收到报文的时刻计算过期时间,判断是否超过上下限:若没有超过,则设置过期时刻为报文中的过期时刻;否则则根据超限情况设置为允许的最早或最晚的过期时刻;
向发送主机发送 Offer 报文,其中,IP 地址为选定的 IP 地址,过期时刻为所设定的过期时刻。
对于 Request 报文,按照下述方法处理:
检查接收主机是否为本机:
若不是,则找到占用者为发送主机的所有 IP 地址,对于其中状态为待分配的,将其状态设置为未分配,并清空其占用者,清零其过期时刻,处理结束;
检查报文中的 IP 地址是否在地址池内,且其占用者为发送主机,若不是,则向发送主机发送 Nak 报文,处理结束;
无论该 IP 地址的状态为何,将该 IP 地址的状态设置为占用;
与 Discover 报文相同的方法,设置 IP 地址的过期时刻;
向发送主机发送 Ack 报文。
上述处理过程中,地址池中地址的状态的变化可以概括为如下图所示的状态转移图。为了简洁,该图中没有涵盖需要回复 Nak 报文的情况。
输入格式
输入的第一行包含用空格分隔的四个正整数和一个字符串,分别是:N、Tdef、Tmax、Tmin 和 H,保证 Tmin≤Tdef≤Tmax。
输入的第二行是一个正整数 n,表示收到了 n 个报文。
输入接下来有 n 行,第 (i+2) 行有空格分隔的正整数 ti 和约定格式的报文 Pi。表示收到的第 i 个报文是在 ti 时刻收到的,报文内容是 Pi。保证 ti
输出格式
输出有若干行,每行是一个约定格式的报文。依次输出 DHCP 服务器发送的报文。
样例输入
4 5 10 5 dhcp
16
1 a * DIS 0 0
2 a dhcp REQ 1 0
3 b a DIS 0 0
4 b * DIS 3 0
5 b * REQ 2 12
6 b dhcp REQ 2 12
7 c * DIS 0 11
8 c dhcp REQ 3 11
9 d * DIS 0 0
10 d dhcp REQ 4 20
11 a dhcp REQ 1 20
12 c dhcp REQ 3 20
13 e * DIS 0 0
14 e dhcp REQ 2 0
15 b dhcp REQ 2 25
16 b * DIS 0 0
样例输出
dhcp a OFR 1 6
dhcp a ACK 1 7
dhcp b OFR 2 9
dhcp b ACK 2 12
dhcp c OFR 3 12
dhcp c ACK 3 13
dhcp d OFR 4 14
dhcp d ACK 4 20
dhcp a ACK 1 20
dhcp c ACK 3 20
dhcp e OFR 2 18
dhcp e ACK 2 19
dhcp b NAK 2 0
样例说明
输入第一行,分别设置了 DHCP 的相关参数,并收到了 16 个报文。
第 1 个报文和第 2 个报文是客户端 a 正常请求地址,服务器为其分配了地址 1,相应地设置了过期时刻是 7(即当前时刻 2 加上默认过期时间 5)。
第 3 个报文不符合 Discover 报文的要求,不做任何处理。
第 4 个报文 b 发送的 Discover 报文虽然有 IP 地址 3,但是按照处理规则,这个字段被忽略,因此服务器返回 Offer 报文,过期时刻是 9。
第 5 个报文中,Request 报文不符合接收主机是 DHCP 服务器本机的要求,因此不做任何处理。
第 6 个报文是 b 发送的 Request 报文,其中设置了过期时刻是 12,没有超过最长过期时间,因此返回的 Ack 报文中过期时刻也是 12。
第 7 个报文中,过期时刻 11 小于最短过期时间,因此返回的过期时刻是 12。虽然此时为 a 分配的地址 1 过期,但是由于还有状态为未分配的地址 3,因此为 c 分配地址 3。第 8 个报文同理,为 c 分配的地址过期时刻是 13。
第 9、10 两个报文中,为 d 分配了地址 4,过期时刻是 20。
第 11 个报文中,a 请求重新获取此前为其分配的地址 1,虽然为其分配的地址过期,但是由于尚未分配给其它客户端,因此 DHCP 服务器可以直接为其重新分配该地址,并重新设置过期时刻为 20。
第 12 个报文中,c 请求延长其地址的过期时刻为 20。DHCP 正常向其回复 Ack 报文。
第 13、14 个报文中,e 试图请求地址。此时地址池中已经没有处于“未分配”状态的地址了,但是有此前分配给 b 的地址 2 的状态是“过期”,因此把该地址重新分配给 e。
第 15 个报文中,b 试图重新获取此前为其分配的地址 2,但是此时该地址已经被分配给 e,因此返回 Nak 报文。
第 16 个报文中,b 试图重新请求分配一个 IP 地址,但是此时地址池中已经没有可用的地址了,因此忽略该请求。
评测用例规模与约定
对于 20% 的数据,有 N≤200,且 n≤N,且输入仅含 Discover 报文,且 t
对于 50% 的数据,有 N≤200,且 n≤N,且 t*;
对于 70% 的数据,有 N≤1000,且 n≤N,且报文的接收主机或为本机,或为 *;
对于 100% 的数据,有 N≤10000,且 n≤10000,主机名的长度不超过 20,且 t,Tmin,Tdefault,Tmax≤109,输入的报文格式符合题目要求,且数字不超过 109。
这道题目其实不是很复杂,就是坑挖的有点多,不仔细读懂题目的话,很难拿到AC。
题目只要求我们对两种格式的报文进行处理,一种接受主机为*的DIS报文,另一种则是接收主机不为*的REQ报文。其余的报文都是不需要进行处理的。那么给两种报文各写一个函数负责处理信息就可以了。
两种报文处理过期时间的方法是一致的,所以我们先编写一个get_righttime()函数来得到正确的过期时间
long int get_righttime(long int wanttime,long int time)//wanttime表示期望过期时间,time表示当前时间
{
long int ti;
if(wanttime==0) //期望时间为零时,为当前时间加默认时间
{ti=time+Tnormol;
}
else if(wanttime-time<Tmin) //期望时间小于最小过期时间时,为当前时间加最小过期时间
{
ti=time+Tmin;
}
else //否则为期望时间与期望时间加最大过期时间中较小的一个
{
ti=time+Tmax;
if(ti>wanttime)
{
ti=wanttime;
}
}
}
关于DIS报文的相关函数
//p数组储存相应ip地址里的过期时间,q储存相应ip地址里的机器名,limit表示有几个ip,fork储存相应ip地址里的状态0为未分配,1为已分配,2为占用,3为过期
int findDIS(long int *p,string *q,long int time,long int limit,long int wanttime,long int *fork,string username)
{
long int ti=get_righttime(wanttime,time);
for(int i=0;i<limit;i++)//先判断主机里所有的ip地址中是否已经有了该用户
{
if(q[i]==username)
{
p[i]=ti;
fork[i]=1;
return i;
}
}
for(int i=0;i<limit;i++)//寻找主机里最小的未分配ip地址
{
if(q[i]=="NULL")
{
p[i]=ti;
fork[i]=1;
return i;
}
}
for(int i=0;i<limit;i++)//如果没有未分配的ip,则查找最小的过期ip
{
if(p[i]<=time)
{
p[i]=ti;
fork[i]=1;
return i;
}
}
return -1;//该主机的ip被完全占用,返回-1
}
关于REQ报文的函数
//接收机器为主机时
long int whichchange(long int *p,long int *fork,string *q,long int time,long int limit,string username,long int wanttime,int ip)
{
long int ti=get_righttime(wanttime,time);//如果可执行,得到正确的过期时间
if(q[ip-1]==username)//若主机中的ip地址里储存了该用户,则使该ip的状态改变为占用,并返回用户所在的ip
{
p[ip-1]=ti;
fork[ip-1]=2;
return ip;
}
return -1;//若主机没有储存该用户,返回-1
}
//接收主机为其他机器时,将主机里所有储存该用户的已分配ip修改为未分配
void check(long int *p,string *q,long int time,long int limit,string usname,long int *fork)
{
for(int i=0;i<limit;i++)
{
if(q[i]==usname&&fork[i]==1)
{
q[i]="NULL";
p[i]=0;
fork[i]=0;
}
}
}
而在接收到报文,并根据报文内容进行判断前,我们需要将主机中已经过期的已分配状态下的ip修改为未分配状态,所以增加一个checkd函数,负责这一部分
void checkd(long int *p,string *q,long int time,long int limit,long int *fork)
{
for(int i=0;i<limit;i++)
{
if(p[i]<=time&&fork[i]==1)//当该ip的过期时间已到,且状态为已分配时,修改为未分配
{
q[i]="NULL";
p[i]=0;
fork[i]=0;
}
}
}
这四个函数便可以实现一个简单的DHCP服务器,功能全部完成了。但是上传测试时却发现,代码只能拿70分,剩下的部分出现运行错误。
出现运行错误最大的可能性是数组溢出,在反复检查了自己的代码后,我确定代码本身没有造成数组溢出的可能性,那么原因就在于我没有考虑到一种特殊的输入。在仔细审题后,很无语的发现题目里并没有关于ip大小的限制,也就是说,REQ报文中的ip有可能超出主机有的ip,这造成了数组溢出。找到原因后就很简单了,加一个简单判断ip是否在主机范围内就行。
以下贴上完整AC代码
#include<iostream>
#include<string.h>
using namespace std;
long int num,Tmin,Tmax,Tnormol;
long int get_righttime(long int wanttime,long int time)
{
long int ti;
if(wanttime==0)
{ti=time+Tnormol;
}
else if(wanttime-time<Tmin)
{
ti=time+Tmin;
}
else
{
ti=time+Tmax;
if(ti>wanttime)
{
ti=wanttime;
}
}
}
int find(long int *p,string *q,long int time,long int limit,long int wanttime,long int *fork,string username)
{
long int ti=get_righttime(wanttime,time);
for(int i=0;i<limit;i++)
{
if(q[i]==username)
{
p[i]=ti;
fork[i]=1;
return i;
}
}
for(int i=0;i<limit;i++)
{
if(q[i]=="NULL")
{
p[i]=ti;
fork[i]=1;
return i;
}
}
for(int i=0;i<limit;i++)
{
if(p[i]<=time)
{
p[i]=ti;
fork[i]=1;
return i;
}
}
return -1;
}
long int whether(long int *p,long int *fork,string *q,long int time,long int limit,string username,long int wanttime,int ip)
{
long int ti=get_righttime(wanttime,time);
if(q[ip-1]==username)
{
p[ip-1]=ti;
fork[ip-1]=2;
return ip;
}
return -1;
}
void check(long int *p,string *q,long int time,long int limit,string usname,long int *fork)
{
for(int i=0;i<limit;i++)
{
if(q[i]==usname&&fork[i]==1)
{
q[i]="NULL";
p[i]=0;
fork[i]=0;
}
}
}
void checkd(long int *p,string *q,long int time,long int limit,long int *fork)
{
for(int i=0;i<limit;i++)
{
if(p[i]<=time&&fork[i]==1)
{
q[i]="NULL";
p[i]=0;
fork[i]=0;
}
}
}
int main()
{
string majorname;
cin>>num>>Tnormol>>Tmax>>Tmin>>majorname;
string messger[10020];
for(int i=0;i<num;i++)
{
messger[i]="NULL";
}
long int timechi[10020]={0};
long int state[10020]={0};
long int turn;
cin>>turn;
while(turn)
{
long int n,ip,Tma;
string usrname,askedname,requir;
cin>>n>>usrname>>askedname>>requir>>ip>>Tma;
checkd(timechi,messger,n,num,state);
if(askedname=="*"&&requir=="DIS")
{
long int usedbol=find(timechi,messger,n,num,Tma,state,usrname);
if(usedbol>=0)
{
messger[usedbol]=usrname;
cout<<majorname<<" "<<usrname<<" OFR "<<usedbol+1<<" "<<timechi[usedbol]<<endl;
}
}
else if(requir=="REQ")
{
if(askedname==majorname)
{
if(ip>num||ip<=0)
{
cout<<majorname<<" "<<usrname<<" NAK "<<ip<<" 0"<<endl;
continue;
}
long int usedbol=whether(timechi,state,messger,n,num,usrname,Tma,ip);
if(usedbol>0)
{
cout<<majorname<<" "<<usrname<<" ACK "<<usedbol<<" "<<timechi[usedbol-1]<<endl;
}
else
{
cout<<majorname<<" "<<usrname<<" NAK "<<ip<<" 0"<<endl;
}
}
else if(askedname=="*")
{
}
else
{
check(timechi,messger,n,num,usrname,state);
}
}
turn--;
}
return 0;
}
标签:202104,int,IP,报文,long,过期,地址,DHCP,CCF 来源: https://blog.csdn.net/qq_52007793/article/details/118516620