CCF 202104-3 DHCP服務器

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報文格式

為了便於實現，我們簡化地規定 DHCP 數據報文的格式如下：

<發送主機> <接收主機> <報文類型> <IP 地址> <過期時刻>

DHCP 數據報文的各個部分由空格分隔，其各個部分的定義如下：

• 發送主機：是發送報文的主機名，主機名是由小寫字母、數字組成的字符串，唯一地表示了一個主機；
• 接收主機：當有特定的接收主機時，是接收報文的主機名；當沒有特定的接收主機時，為一個星號（*）；
• 報文類型：是三個大寫字母，取值如下：
  • DIS：表示 Discover 報文；
  • OFR：表示 Offer 報文；
  • REQ：表示 Request 報文；
  • ACK：表示 Ack 報文；
  • NAK：表示 Nak 報文；
• IP 地址，是一個非負整數：
  • 對於 Discover 報文，該部分在發送的時候為 0，在接收的時候忽略；
  • 對於其它報文，為正整數，表示一個 IP 地址；
• 過期時刻，是一個非負整數：
  • 對於 Offer、Ack 報文，是一個正整數，表示服務器授予客戶端的 IP 地址的過期時刻；
  • 對於 Discover、Request 報文，若為正整數，表示客戶端期望服務器授予的過期時刻；
  • 對於其它報文，該部分在發送的時候為 0，在接收的時候忽略。

服務器配置

為了 DHCP 服務器能夠正確分配 IP 地址，DHCP 需要接受如下配置：

• 地址池大小

：表示能夠分配給客戶端的 IP 地址的數目，且能分配的 IP 地址是 、

• ：表示運行 DHCP 服務器的主機名。

分配策略

當客戶端請求 IP 地址時，首先檢查此前是否給該客戶端分配過 IP 地址，且該 IP 地址在此后沒有被分配給其它客戶端。如果是這樣的情況，則直接將 IP 地址分配給它，否則，
總是分配給它最小的尚未占用過的那個 IP 地址。如果這樣的地址不存在，則分配給它最小的此時未被占用的那個 IP 地址。如果這樣的地址也不存在，說明地址池已經分配完畢，因此拒絕分配地址。

實現細節

在 DHCP 啟動時，首先初始化 IP 地址池，將所有地址設置狀態為未分配，占用者為空，並清零過期時刻。
其中地址的狀態有未分配、待分配、占用、過期四種。
處於未分配狀態的 IP 地址沒有占用者，而其余三種狀態的 IP 地址均有一名占用者。
處於待分配和占用狀態的 IP 地址擁有一個大於零的過期時刻。在到達該過期時刻時，若該地址的狀態是待分配，則該地址的狀態會自動變為未分配，且占用者清空，過期時刻清零；否則該地址的狀態會由占用自動變為過期，且過期時刻清零。處於未分配和過期狀態的 IP 地址過期時刻為零，即沒有過期時刻。

對於收到的報文，設其收到的時刻為

。處理細節如下：

1. 判斷接收主機是否為本機，或者為 *，若不是，則判斷類型是否為 Request，若不是，則不處理；
2. 若類型不是 Discover、Request 之一，則不處理；
3. 若接收主機為 *，但類型不是 Discover，或接收主機是本機，但類型是 Discover，則不處理。

對於 Discover 報文，按照下述方法處理：

1. 檢查是否有占用者為發送主機的 IP 地址：
   • 若有，則選取該 IP 地址；
   • 若沒有，則選取最小的狀態為未分配的 IP 地址；
   • 若沒有，則選取最小的狀態為過期的 IP 地址；
   • 若沒有，則不處理該報文，處理結束；
2. 將該 IP 地址狀態設置為待分配，占用者設置為發送主機；
3. 若報文中過期時刻為 0 ，則設置過期時刻為

3. ；否則根據報文中的過期時刻和收到報文的時刻計算過期時間，判斷是否超過上下限：若沒有超過，則設置過期時刻為報文中的過期時刻；否則則根據超限情況設置為允許的最早或最晚的過期時刻；
4. 向發送主機發送 Offer 報文，其中，IP 地址為選定的 IP 地址，過期時刻為所設定的過期時刻。

對於 Request 報文，按照下述方法處理：

1. 檢查接收主機是否為本機：
   • 若不是，則找到占用者為發送主機的所有 IP 地址，對於其中狀態為待分配的，將其狀態設置為未分配，並清空其占用者，清零其過期時刻，處理結束；
2. 檢查報文中的 IP 地址是否在地址池內，且其占用者為發送主機，若不是，則向發送主機發送 Nak 報文，處理結束；
3. 無論該 IP 地址的狀態為何，將該 IP 地址的狀態設置為占用；
4. 與 Discover 報文相同的方法，設置 IP 地址的過期時刻；
5. 向發送主機發送 Ack 報文。

　　

　　這題本身沒有太大的難度，主要困難在於靜下心來讀題。

　　注意：每次處理報文時要先更新IP的狀態。

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string>
using namespace std;
int t[10010];//接收到報文的時刻
int N, T_def, T_max, T_min;
string H = "";//主機名
void settings()
{
    char tmp;

    while ((tmp = getchar()) != ' ')
    {
        N *= 10;
        N += (tmp - '0');
    }

    while ((tmp = getchar()) != ' ')
    {
        T_def *= 10;
        T_def += (tmp - '0');
    }

    while ((tmp = getchar()) != ' ')
    {
        T_max *= 10;
        T_max += (tmp - '0');
    }

    while ((tmp = getchar()) != ' ')
    {
        T_min *= 10;
        T_min += (tmp - '0');
    }

    
    while ((tmp = getchar()) != '\n')
    {
        //printf("%d\n", H.size());
        H = H + tmp;
    }
}

int cnt;
string S_H, R_H, kind;//發送主機、接收主機、報文類型
int overdue_T;
int IP;
int overdue_IP[10010];//某IP地址的過期時刻
int state[10010];//IP狀態    未分配、待分配、占用、過期————0、1、2、3
string occupation[10010];//IP占用者

void get_message()//接收報文
{
    char tmp;

    //接收時刻
    while ((tmp = getchar()) != ' ')
    {
        t[cnt] *= 10;
        t[cnt] += (tmp - '0');
    }

    //發送主機
    S_H = "";
    while ((tmp = getchar()) != ' ')
    {
        S_H += tmp;
    }

    //接收主機
    R_H = "";
    while ((tmp = getchar()) != ' ')
    {
        R_H += tmp;
    }

    //報文類型
    kind = "";
    while ((tmp = getchar()) != ' ')
    {
        kind += tmp;
    }

    //IP
    IP = 0;
    while ((tmp = getchar()) != ' ')
    {
        IP *= 10;
        IP += (tmp - '0');
    }

    //過期時刻
    overdue_T = 0;
    while ((tmp = getchar()) != '\n')
    {
        overdue_T *= 10;
        overdue_T += (tmp - '0');
    }

    //printf("%d %s %s %s %d %d\n", t[cnt], S_H.c_str(), R_H.c_str(), kind.c_str(), IP, overdue_T[cnt]);
}

//更新IP的狀態
void update()
{
    for (int i = 1; i <= N; i++)
    {
        if (state[i] == 1 && overdue_IP[i] <= t[cnt])
        {
            state[i] = 0;
            overdue_IP[i] = 0;
            occupation[i] = "";
        }
        else if (state[i] == 2 && overdue_IP[i] <= t[cnt])
        {
            state[i] = 3;
            overdue_IP[i] = 0;
        }
    }
}
void discover()
{
    update();
    IP = 0;
    int IP_0 = 0, IP_3 = 0;//最小未分配、最小過期
    for (int i = 1; i <= N; i++)
    {
        if (occupation[i] == S_H)
        {
            IP = i;
            break;
        }
        if (!IP_0 && state[i] == 0)
            IP_0 = i;
        if (!IP_3 && state[i] == 3)
            IP_3 = i;
    }
    if (!IP)
    {
        if (!IP_0 && !IP_3)
            return;//不處理該報文
        if (IP_0)
            IP = IP_0;
        else
            IP = IP_3;
    }

    state[IP] = 1;
    occupation[IP] = S_H;

    if (!overdue_T)
        overdue_IP[IP] = t[cnt] + T_def;
    else
    {
        if (overdue_T > t[cnt] + T_max)
            overdue_IP[IP] = t[cnt] + T_max;
        else if (overdue_T < t[cnt] + T_min)
            overdue_IP[IP] = t[cnt] + T_min;
        else
            overdue_IP[IP] = overdue_T;
    }
    
    //向發送主機發送 Offer 報文
    cout << H << " " << S_H << " OFR " << IP << " " << overdue_IP[IP] << endl;
}

void request()
{
    update();
    if (R_H != H)
    {
        for (int i = 1; i <= N; i++)
        {
            if (occupation[i] == S_H && state[i] == 1)//找到占用者為發送主機的所有 IP 地址
            {
                //對於其中狀態為待分配的，將其狀態設置為未分配，並清空其占用者，清零其過期時刻
                state[i] = 0;
                occupation[i] = "";
                overdue_IP[i] = 0;
            }
        }
        return;
    }
    if (IP <= N && occupation[IP] == S_H)//檢查報文中的 IP 地址是否在地址池內，且其占用者為發送主機
    {
        state[IP] = 2;

        if (!overdue_T)
            overdue_IP[IP] = t[cnt] + T_def;
        else
        {
            if (overdue_T > t[cnt] + T_max)
                overdue_IP[IP] = t[cnt] + T_max;
            else if (overdue_T < t[cnt] + T_min)
                overdue_IP[IP] = t[cnt] + T_min;
            else
                overdue_IP[IP] = overdue_T;
        }
        //向發送主機發送 Ack 報文
        cout << H << " " << S_H << " ACK " << IP << " " << overdue_IP[IP] << endl;
    }
    else
    {
        //cout << overdue_T << ' ' << overdue_IP[IP] << endl;
        //向發送主機發送 Nak 報文
        cout << H << " " << S_H << " NAK " << IP << " 0" << endl;
    }
}

int main()
{
    //printf("%s", H.c_str());
    int n;
    settings();
    //printf("%d %d %d %d %s\n", N, T_def, T_max, T_min, H.c_str());
    cin >> n;
    getchar();
    
    for (cnt = 1; cnt <= n; cnt ++)
    {
        get_message();
        if (R_H != H && R_H != "*" && kind != "REQ" || R_H == "*" && kind != "DIS" || R_H == H && kind == "DIS")
            continue;
        if (kind == "DIS")
            discover();
        else if(kind == "REQ")
            request();
    }
    return 0;
}