UNIVERSIDAD DE ALCALÁ - DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Área de Ingeniería Telemática LABORATORIO DE COMUNICACIÓN DE DATOS (CURSO 2011/2012)

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1 UNIVERSIDAD DE ALCALÁ - DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Área de Ingeniería Telemática it LABORATORIO DE COMUNICACIÓN DE DATOS (CURSO 2011/2012) PRÁCTICA 5 EMULACIÓN DE REDES. CONFIGURACIÓN DE ROUTERS Objetivos de la práctica El objetivo de esta práctica es aprender a utilizar la herramienta de emulación de redes netkit/netgui, y emplearla para adquirir y aplicar los conocimientos necesarios para la configuración y análisis de redes de datos basadas en TCP/IP. En concreto, se abordará la configuración de interfaces de red y tablas de encaminamiento para diferentes topologías de red, así como el análisis del tráfico generado por diversas herramientas sobre dichas configuraciones, y la observación del proceso de fragmentación de paquetes a nivel IP. Para el análisis de tráfico, se empleará la herramienta wireshark estudiada en la práctica anterior. Introducción a la emulación de redes con Netkit Netkit es un sistema para emular redes de ordenadores. Dado que en el laboratorio tenemos un número de PCs limitado, utilizaremos Netkit para emular diferentes topologías de redes y poder realizar su configuración. Es importante especificar que utilizando Netkit podremos emular redes y no simularlas: Simulación de sistemas: reproducir el rendimiento de un sistema real (latencia, pérdida de paquetes, etc.) Emulación de redes: reproducir las funcionalidades de un sistema real (configuración, arquitectura, protocolos, etc.) teniendo en cuenta las limitaciones en cuanto al rendimiento User Mode Linux Netkit está basado en UML (User-Mode-Linux). UML permite arrancar una máquina Linux como un proceso de usuario corriendo dentro de una máquina anfitriona. Desde el punto de vista de la máquina anfitriona, UML es un proceso normal de usuario, véase figura 1. Desde el punto de vista de un proceso que corre dentro de UML, UML es un kernel, proporcionando memoria virtual y acceso a dispositivos, lo que denominamos máquina virtual. Fig. 1 - UML como un proceso de Linux El kernel UML no se comunica directamente con el hardware, lo hace a través del kernel de Linux de la máquina anfitriona. Los procesos que corren dentro de UML funcionan igual que dentro de una máquina real Linux, ya que UML proporciona su propio espacio de direccionamiento de kernel y de proceso, su sistema de gestión de memoria y planificado, véase figura 2.

2 Fig. 2 Máquina virtual y máquina anfitriona El sistema de ficheros que utiliza UML para arrancar cada máquina virtual se encuentra almacenado en un único fichero. Ahí es donde se encuentra el kernel de Linux y la configuración de una máquina virtual. Cuando queremos arrancar una máquina virtual, UML la arranca basándose en el kernel instalado en ese sistema de ficheros. Gracias a UML podemos ejecutar un conjunto de máquinas virtuales dentro de una máquina real, la máquina anfitriona. Las máquinas virtuales se conectan a través de dominios de colisión virtuales (figura 3). Una máquina virtual puede funcionar como un equipo terminal, un router o un switch. Fig. 3 - Conexión de máquinas virtuales a través de dominios de colisión Netkit Netkit es un conjunto de comandos que permiten configurar y conectar fácilmente máquinas virtuales y un sistema de ficheros que contiene las herramientas necesarias para llevar a cabo la configuración en las máquinas virtuales. Netgui Netgui es una interfaz gráfica que nos permite introducir los comandos de arranque y configuración necesarios para Netkit de una forma sencilla. Arrancamos netgui y mostramos las herramientas de edición de red. Estas permiten crear los siguientes elementos: Terminal Router Hub Conexión entre dos de los elementos anteriores herramientas nos 2/7

3 Una vez dibujados los elementos que queremos emular, arrancaremos la configuración que nos abrirá las correspondientes consolas de configuración de los elementos que hayamos dibujado inicialmente Ping entre dos máquinas que pertenecen a la misma subred Arranca la herramienta netgui. Dibujaremos con netgui la red que queremos emular, en nuestro caso, inicialmente 2 terminales conectados a través de un hub, véase la figura 1. En el dibujo que realizaremos con netgui se mostrarán los nombres asignados a cada uno de los terminales y el hub, así como las interfaces de red de los terminales que se están utilizando para conectarse al hub. Una vez dibujado arrancaremos la configuración y esta acción provocará el inicio de las 2 máquinas virtuales que hemos dibujado. Para cada una de las máquinas virtuales tendremos una consola que nos permitirá realizar la configuración de cada una de ellas. En concreto nosotros asignaremos direcciones IP con el comando ifconfig. Asigna 2 direcciones IP diferentes a cada máquina pero que ambas direcciones se encuentren dentro de la misma subred (ya que ambas máquinas están conectadas al mismo hub), por ejemplo en la subred /24. Para la asignación de las IPs debes emplear la orden ifconfig, cuya sintaxis se muestra a continuación con un ejemplo: ifconfig eth netmask Fig. 4 - Dos máquinas que pertenecen a una misma lan Ahora vamos a analizar el tráfico que hay entre esas dos máquinas cuando realizamos un ping. Para ello vamos a utilizar la herramienta tcpdump que permite capturar todo el tráfico de una interfaz de red. Arrancaremos tcpdump en una de las máquinas virtuales la opción l para que la salida sea un buffer lineal y con la opción w que permite guardar en un fichero todo el tráfico capturado. tcpdump l w <nombrefichero> Lanzaremos ping desde la otra máquina virtual para que se envíen 3 paquetes. ping c 3<IP_destino> Cuando haya terminado ping, cerraremos tcpdump con ctrl.+c Para analizar el fichero que ha escrito tcpdump tendremos que arrancar el programa ethereal en la máquina anfitriona. Por tanto el fichero donde está la captura hay que dejarlo en un directorio visible desde la máquina anfitriona, ese directorio es el directorio 3/7

4 /hosthome de la máquina virtual. Copia tu fichero con la captura de paquetes en el directorio /hosthome. Desde la máquina anfitriona tendremos acceso a ese fichero en nuestro directorio $HOME (en nuestro caso /home/curso). Desde la máquina anfitriona arranca ethereal para analizar el tráfico que ha habido entre las dos máquinas virtuales. El tipo de tráfico, las direcciones IP origen y destino y sus direcciones MAC origen y destino. Justifica las respuestas. Las cachés de ARP en cada una de las máquinas, para ello ejecuta el comando arp -a. Explica en detalle la secuencia de mensajes que se han intercambiado, justificando tu respuesta. Comprueba ahora que las cachés de ARP tienen la resolución de las IPs de las máquinas involucradas y vuelve a realizar la misma captura que antes. Qué diferencias observas? Ping con fragmentación entre máquinas que pertenecen a la misma subred Utilizando la misma configuración que en el apartado anterior vamos a enviar mensajes ICMP que superen la MTU de la red Ethernet (1500 bytes). En una de las máquinas utiliza ping con la opción s para añadir un número de bytes de relleno al mensaje ICMP: ping c 3 s 1473 <IP_destino> En la otra máquina arranca tcpdump, de igual forma que en el apartado anterior para capturar nuevamente el tráfico. El número de paquetes intercambiados. Los campos de fragmentación de las cabeceras IP (identificador, bits MF, DF y offset) de cada uno de los paquetes fragmentados. Justifica los valores de estos campos. Justifica por qué ha sido necesario fragmentar (utiliza para ello el tamaño de las cabeceras de los protocolos que estás utilizando en el envío de esos mensajes). Cuando hayas terminado de hacer las pruebas anteriores, para la red con el botón rojo de la interfaz. Ping entre dos máquinas que pertenecen a subredes diferentes Dibujaremos una nueva red que queremos emular, los 2 terminales conectados a través de un hub que teníamos anteriormente y ahora conectaremos ese hub a un router. Dibujaremos otro PC conectado a otro hub diferente y este último hub también lo conectaremos al router, tal y como se muestra en la figura 5. 4/7

5 Fig. 5 - Máquinas que pertenecen a diferentes LANs, 2 subredes En el dibujo de netgui se mostrarán los nombres asignados a cada uno de los terminales, los hubs, así como las interfaces de red de los terminales y el router que se están utilizando para las conexiones. Una vez dibujado arrancaremos la configuración y esta acción provocará el inicio de las máquinas virtuales que hemos pintado. Para cada uno de los terminales y el router tendremos una consola que nos permitirá realizar la configuración IP. Asigna 2 direcciones IP diferentes dentro de la misma subred a los terminales que están conectados al mismo hub y a la interfaz del router que también pertenece a esa subred, por ejemplo dentro de la subred /24. Asigna IPs diferentes en otra subred al otro terminal y a la interfaz del router que está conectada a dicho terminal, por ejemplo dentro de la subred /24. Configura las rutas necesarias en cada uno de los terminales teniendo en cuenta la asignación de IPs que has realizado previamente. Utiliza el comando route: route add net netmask gw dev eth0 Piensa si es necesario añadir rutas en el router. Ahora vamos a analizar el tráfico que hay entre dos máquinas de diferentes subredes cuando realizamos un ping: Arrancaremos tcpdump en uno de los terminales, igual que en la prueba anterior. Lanzaremos ping desde un terminal que se encuentra en otra subred, una vez recibidas dos o tres respuestas pararemos ping y tcpdump. ping c 3<IP_destino> De nuevo tienes que copiar el fichero de captura de tcpdump a la máquina anfitriona, al directorio /hosthome. Desde la máquina anfitriona arranca ethereal para analizar el tráfico que ha habido entre las dos máquinas virtuales. El tipo de tráfico, las direcciones IP origen y destino y sus direcciones MAC origen y destino de los paquetes capturados. Justifica las respuestas. Las cachés de ARP en todas las máquinas y en el router, para ello ejecuta el comando arp -a. Justifica la respuesta. 5/7

6 Explica en detalle la secuencia de mensajes que se han intercambiado, justificando tu respuesta. Cuando hayas terminado de hacer las pruebas anteriores, para la red con el botón rojo de la interfaz. Traceroute entre dos máquinas que pertenecen a subredes diferentes Dibujaremos una nueva red que queremos emular, los 2 terminales conectados a través de un hub que teníamos anteriormente y ahora conectaremos ese hub a un router, r1. Dibujaremos otro terminal conectado a otro hub diferente y este último hub lo conectaremos a un segundo router, r2. La conexión entre los dos routers la realizaremos a través de un nuevo hub, tal y como se ve en la figura 6. Fig. 6 - Máquinas que pertenecen a diferentes LANs, 3 subredes Configura las direcciones IP y las rutas en todos los terminales y en los dos routers, teniendo en cuenta que existen 3 subredes y los rangos de direcciones son los siguientes: /24, /24 y /24. Analiza el tráfico que hay entre las dos máquinas más lejanas cuando realizamos un traceroute. Para ello: Arranca tcpdump en el router r1 para que escuche los paquetes en la interfaz de la primera subred (eth0, según la figura 3). tcpdump i eth0 l w <nombrefichero1> Arranca tcpdump en el router r2 para que escuche los paquetes en la interfaz de la segunda subred (eth1, según la figura 3). tcpdump i eth1 l w <nombrefichero2> Arranca tcpdump en el router r3 para que escuche los paquetes en la interfaz de la tercera subred (eth0, según la figura 3). tcpdump i eth0 l w <nombrefichero3> El tipo de tráfico, las direcciones IP origen y destino y sus direcciones MAC origen y destino de los paquetes capturados. Justifica las respuestas. 6/7

7 Las cachés de ARP en todas las máquinas y en el router, para ello ejecuta el comando arp -a. Justifica la respuesta. Explica en detalle la secuencia de mensajes que se han intercambiado, justificando tu respuesta. Entrega y defensa de la práctica: La duración de la práctica es de dos sesiones de laboratorio. En la semana posterior a la de finalización, el alumno deberá entregar una memoria que tendrá que incluir, al menos, los siguientes apartados: índice, objetivos de la práctica, introducción y apartados diferentes para cada uno de los ejercicios en los que se describirá la secuencia de tramas implicadas en cada ejercicio, el análisis de los campos relevantes de las mismas, conclusiones y todo lo que el alumno considere interesante en la descripción del tráfico analizado. En ningún punto de la práctica se incluirá un listado de todas las tramas capturadas. Sólo se pide la selección de aquellas necesarias para analizar el ejercicio. 7/7